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’>)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 D=D‘×Γ=4×8=32mm
11)选取目镜和物镜的结构。由于物镜的相对孔径D/f’=1/,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= +000
温度(C) : +001
压力(ATM) : +000
有效的焦点长度: (系统温度和压力在空气中)
有效的焦点长度: (在像空间)
Back Focal Length :
统计轨迹:
图像空间F/# : 6.
离轴工作面F/# : 6.
工作面F/# : 6.
Image Space NA : 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:
入瞳直径区域: -
Field Type : Angle in degrees
最大视场:
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= +000
温度(C) : +001
压力(ATM) : +000
有效的焦点长度: (系统温度和压力在空气中)
有效的焦点长度: (在像空间)
Back Focal Length :
统计轨迹:
图像空间F/# :
离轴工作面F/# :
工作面F