望远镜实验设计报告.doc

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1、一、实验目的（1）通过设计实验，加深对已学几何光学、像差理论及光学设计基本知识、一般手段的理解，并能初步运用；（2）介绍光学设计ZEMAX的基本使用方法，设计实验通过ZEMAX来实现二、实验内容及要求(1)设计一个8倍开普勒望远镜的目镜，焦距f’=25mm，出瞳直径D’=4mm，出瞳距>22mm，视场角2w’=25°；考虑与物镜的像差补偿，目镜承担轴外像差的校正，物镜承担轴上像差的校正。（2）设计一个8倍开普勒望远镜的物镜，其焦距、相对孔径D/f’、视场角、像差补偿要求根据设计（1）的要求来确定，要求给出计算过程。（3）将上述物

2、镜与目镜组合成开普勒望远镜，要求望远镜的出射光束角像差小约3’左右。如不符合要求，可结合ZEMAX中paraxial理想光学面，通过控制视觉放大倍率和组合焦距为无限大（如f’>）等手段。所有设计中采用可见光（F，d，C）波段。三、实验设计方案1、外形尺寸计算通过“未加入棱镜”的望远镜系统计算出主要的参数：原理图如下所示：图１表示了一种常见的望远系统的光路图。这种望远系统没有专门设置的孔径光阑，物镜框就是孔径光阑，也是入射光瞳。出射光瞳位于目镜像方焦点之外，观察者就在此处观察物体的成像情况。系统的视场光阑设在物镜的像平面处，即物镜

3、和目镜的公共焦点处。入射窗和出射窗分别位于系统的物方和像方的无限远，各与物平面和像平面重合。1）求物镜的焦距根据开普勒望远镜的结构和视角放大率公式，可得方程组2)求物镜的通光口径D1出瞳直径，物镜的通光口径3）求物镜的视场角2ω4）求视场光阑直径D25）镜目距lz’。利用牛顿公式可求得镜目距lz’6)目镜的口径D27）求目镜的视度调节8）望远镜的分辨率9）入瞳距lz由于入瞳位置与物镜重合，所以lz=010）入瞳直径D由式,得11）选取目镜和物镜的结构。由于物镜的相对孔径D/f’=1/6.25,焦距f‘=200mm，由于目镜的视场

4、为3°，出瞳距>22mm，由于出瞳距和视场都不大，故选用凯涅尔型式目镜。2、初始结构的计算和选择1目镜的设计①目镜的初始结构值②优化后的目镜参数②透镜的Layout图③光学特性参数Date:SATJUN252011GENERALLENSDATA:Surfaces:7Stop:1系统光圈:入瞳直径=4GlassCatalogs:SCHOTTRayAiming:Off变迹:均衡,统一的,因子=0.00000E+000温度(C):2.00000E+001压力(ATM):1.00000E+000有效的焦点长度:24.99263(系统温度

5、和压力在空气中)有效的焦点长度:24.99263(在像空间)BackFocalLength:10.12589统计轨迹:56.54728图像空间F/#:6.离轴工作面F/#:6.工作面F/#:6.ImageSpaceNA:0.物空间NA:2e-010光阑半径:2离轴像高:5.近轴放大率:0入瞳直径:4入瞳区域:0入瞳直径:11.29665入瞳直径区域:-70.58324FieldType:Angleindegrees最大视场:12.5主光波长:0.镜头单位:毫米角度放大率:0.④像质指标图图1光线像差图2球差图3场曲和畸变图4点列

6、图2）物镜的设计①系统参数初始参数值物镜的优化函数优化后的物镜参数②物镜的Layout图③透镜的结构参数、视场、孔径等光学参数Date:SATJUN252011GENERALLENSDATA:Surfaces:6Stop:1系统光圈:入瞳直径=32GlassCatalogs:SCHOTTCHINARayAiming:Off变迹:均衡,统一的,因子=0.00000E+000温度(C):2.00000E+001压力(ATM):1.00000E+000有效的焦点长度:200.095(系统温度和压力在空气中)有效的焦点长度:200.09

7、5(在像空间)BackFocalLength:215.2103统计轨迹:258.2103图像空间F/#:6.25297离轴工作面F/#:6.25297工作面F/#:6.ImageSpaceNA:0.物空间NA:1.6e-009光阑半径:16离轴像高:5.55421近轴放大率:0入瞳直径:32入瞳区域:0入瞳直径:39.7719入瞳直径区域:-248.6925FieldType:Angleindegrees最大视场:1.59主光波长:0.镜头单位:毫米角度放大率:0.④像质指标图图5光线像差图6球差图7场曲和畸变图8点列图3）整个

8、系统①组合后优化参数的结果②Layout图③系统的光学特性参数System/PrescriptionDataFile:D:新建文件夹(2)zemaxSamples新建文件夹组合.ZMXTitle:Date:SATJUN252011GENERALLENS