望远镜实验设计报告.doc

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2(’=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’>100000）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2ω 4）求视场光阑直径D2 5）镜目距lz’。利用牛顿公式可求得镜目距lz’ 6)目镜的口径D2 7）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=0 10）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 : SAT JUN 25 2011 GENERAL LENS DATA: Surfaces : 7 Stop : 1 系统光圈 : 入瞳直径 = 4 Glass Catalogs : SCHOTT Ray Aiming : 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 (系统温度和压力在空气中) 有效的焦点长度 : 24.99263 (在像空间) Back Focal Length : 10.12589 统计轨迹 : 56.54728 图像空间F/# : 6.248157 离轴工作面F/# : 6.248157 工作面F/# : 6.249332 Image Space NA : 0物空间 NA : 2e-010 光阑半径 : 2 离轴像高 : 5.540732 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 : -70.58324 Field Type : Angle in degrees 最大视场 : 12.5 主光波长 : 0.5875618 镜头单位 : 毫米 角度放大率 : 0.3540873 ④像质指标图