**大学学生实验报告
第二篇：望远镜实验设计报告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 : 0.07976859
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
图1 光线像差
图2 球差
图3 场曲和畸变
图4 点列图
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 : SAT JUN 25 2011
GENERAL LENS DATA:
Surfaces : 6
Stop : 1
系统光圈 : 入瞳直径 = 32
Glass Catalogs : SCHOTT CHINA
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 : 200.095 (系统温度和压力在空气中)
有效的焦点长度 : 200.095 (在像空间)
Back Focal Length : 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/# : 6.256354
Image Space NA : 0.07970759
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 : -248.6925
Field Type : Angle in degrees
最大视场 : 1.59
主光波长 : 0.5875618
镜头单位 : 毫米
角度放大率 : 0.8045881
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/Prescription Data
File : D:\新建文件夹 (2)\zemax\Samples\新建文件夹\组合.ZMX
Title:
Date : SAT JUN 25 2011
GENERAL LENS DATA:
Surfaces : 12
Stop : 1
系统光圈 : 入瞳直径 = 32
Glass Catalogs : SCHOTT CHINA
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 : -64.01469 (系统温度和压力在空气中)
有效的焦点长度 : -64.01469 (在像空间)
Back Focal Length : 35.15879
统计轨迹 : 326.91
图像空间F/# : 2.000459
离轴工作面F/# : 2.000459
工作面F/# : 2.060373
Image Space NA : 0.2424832
物空间 NA : 1.6e-009
光阑半径 : 16
离轴像高 : 1.776911
近轴放大率 : 0
入瞳直径 : 32
入瞳区域 : 0
入瞳直径 : 4.002275
入瞳直径区域 : -8
Field Type : Angle in degrees
最大视场 : 1.59
主光波长 : 0.5875618
镜头单位 : 毫米
角度放大率 : -7.995453
④整体系统的像质指标图
图9 光线像差
图10 球差
图11 场曲和畸变
