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1、基于ZEMAX软件的望远镜系统设计,指导老师：孔梅梅 组员：叶嘉琦 B08040903卫晓颖 B08040901魏润润 B08040912,目录,项目背景介绍,主要研究内容及研究方法,望远镜系统的设计,特色与创新,总结与展望,项目背景介绍,望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。在日常生活中，望远镜主要指光学望远镜。一般地，普通望远镜以构造来分类，可分为折射望远镜、反射望远镜
2、及折反射望远镜三大类。本次项目设计的是折射望远镜中的开普勒型望远镜。除此之外，望远镜也可按照其探测对象的不同来分类，可分为射电望远镜、空间望远镜、双子望远镜、红外望远镜、太阳望远镜等等。,主要研究内容及方法,我们的研究思想： 整体分析局部设计,设计目标,视放大率=10物镜焦距f物=250mm物镜入瞳直径D=40mm目镜焦距f目=25mm目镜视场角2=40目镜出瞳直径D=4mm根据公式 1/F数=D/f目 可算出F数=6.25。物镜系统的像差为：球差0.1mm，轴向色差0.1mm。目镜系统的像差为：像散=0mm，垂轴色差=0mm，彗差=0。,3、设置优化函数进行优化,4、根据光学设计手册进行数据
3、规整,2、根据设计要求在光学设计手册上选择初始结构,1、选择物镜类型,用ZEMAX设计望远物镜流程图,望远物镜,望远物镜可分为三种结构式，即折射式、反射式和折反式。用于一般军用光学仪器和计量仪器中的望远物镜，主要是折射式物镜。折射式又可分为双胶合物镜、双分离物镜、三分离物镜、摄远物镜。根据各个物镜的成像特性和像质特点，我们选用了双胶合物镜。双胶合物镜是最简单且最常用的望远物镜，它是由一个正透镜和一个负透镜胶合而成。其优点是：结构简单制造及装配方便，光能损失小。当恰当地选择玻璃和弯曲程度，可以校正球差、彗差和轴向色差；但不能校正像散、场曲和畸变等轴外像差。,表1 双胶合物镜的初始结构参数,表2
4、物镜优化函数编辑器,我们得出，PEAK TO VALLEY（峰谷值）值为0.2035个波长，满足最大波像差/4的要求。物镜的球差是-0.046838mm，轴向色差是0.075474mm。在设定的标准范围内，表明这个物镜的成像质量很高。,物镜成果,望远目镜,望远系统目镜的作用相当于放大镜，它把物镜所成的像放大后成像在人眼的远点处进行观察。对于正常人眼，其远点在无限远。因此，一般要求物镜所成的像平面应与目镜的物方焦平面重合。常用的望远系统目镜有冉斯登目镜、凯涅尔目镜、对称式目镜、无畸变目镜、惠更斯目镜、埃尔弗目镜、广角目镜。根据设计要求和望远目镜的光学特性，我们选择了对称式目镜。对称式目镜由两个双
5、透镜构成，由于结构对称，加工方便，相对出瞳距离大，在军用观察和瞄准仪器中应用很广。需特别注意的是：用ZEMAX设计目镜时采用的是反光路设计法！,最终我们得到：像散=0.014656mm，垂轴色差=-0.042456mm，彗差=0.013023。这个目镜的成像质量还是很不错的。,目镜成果,组合过程中，我们应该要考虑哪些因素呢？,目镜是根据反光路设计的，所以组合的时候必须将目镜倒置后再组合。,应在目镜的最后一个面后加上一个近轴面，以检查出射光的平行度。,物镜和目镜组合后的第三个面和第四个面的厚度总和应=物镜和目镜的焦距和左右。,物镜和目镜的组合设计,最终我们得到望远镜系统的放大倍数为：=-10.0
6、0532。,特色与创新点：采用ZEMAX光学设计软件实现折射式望远镜的成像；采用了整体分析到局部设计的方法，高效，高质量的完成了此次项目；设计过程中也有许多创新点，如采用我们自己编制的优化函数，使结果更为准确等。 总结与展望:本次项目任务是应用光学设计软件ZEMAX设计出望远物镜和望远目镜，对整个望远系统（开普勒式）进行有关的光学特性与成像分析，加强对折射式望远镜光学原理的理解。我们的设计成果满足指标，成像质量良好，达到了预期效果。 关于我们设计的这个系统，还有可以优化拓展的地方，例如，开普勒式望远镜成的是倒像，我们可以通过加一个棱镜系统，使之成正立的像。我们希望通过更深入的研究学习，使之更为完美！,特色与创新,结束语,最后，非常感谢孔梅梅老师这一年里对我们的悉心指导。在仿真设计中遇到的种种困难，孔老师事无巨细一直对我们严格要求，并给了我们许许多多具有启发性的建议。从她身上，我们不仅学到了项目有关知识，更学到了对待学习和研究的严谨态度。在此我们向孔老师表示衷心的感谢和深深的敬意。我们从这次项目中学到了很多：掌握一阶光学理论的相关知识。掌握对ZEMAX软件的操作。对望远镜系统的原理及设计有充分的认识。加强了分析问题的能力和小组合作解决问题的能力。培养了自主、创新的科研精神和科研素质等。学习和探索都是无止境的，我们只有不断努力，才能不断地创造我们的最高点，超越我们的最高点！,谢谢！,
