zemax设计望远镜

实验三 基于ZEMAX的牛顿望远镜的优化设计

一．实验目的

学会使用ZEMAX软件对典型牛顿望远镜进行优化设计。

二． 实验要求

1. 掌握设立反射镜、使坐标中断的方法； 2. 学会使用圆锥系数来优化成像质量；

3. 学习点列图和3D图形分析像质的简单方法。

三． 实验原理

1. 牛顿望远镜基本结构：见理论课课本图6-10，抛物面主反射镜+与光轴成45度的平

面反射镜构成，是一种全反射式的望远镜物镜； 2. 对于球面凹面镜成像，有F=R/2的关系； 3. 圆锥系数（conic系数）：见于LDE窗口中每一行的第7列（Conic），这个系数是描

述该行所代表的面的曲面函数中的非球面二次曲面系数，决定了该行代表的面的形状，典型值对应的面形状如下：

Conic=0 球面； -1

4. ZEMAX中关于在光路中新添加折叠反射镜仿真实现的步骤：

（1） 定位置：在所需要放置反射镜的位置添加一个虚构面（空面），由反射镜要

放置的位置决定添加虚构面后相应各面的厚度值的改变；

（2） 添加反射镜：从主菜单-工具-折叠反射镜里添加一个反射镜，设置相关合

适的参数。

5. 鬼像与挡光板：

（1） 鬼像：成像系统中一些非设计中的反射光线最终沿着非期望的

《应用光学》课程设计—望远镜设计计算指导

说明：

1、本指导将全面介绍带有普罗I型转像棱镜系统的望远镜设计过程以及计算，作为《应用光学》课程设计的实习范例。实验报告需在此基础上完善和修改，严禁全盘抄袭本指导，否则作0分处理！

2、本指导省略了理论分析部分，计算依据请参考有关资料。

设计题目和技术要求 题目：双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计） 要求：

双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝6倍；

2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°；

4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离?14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm。 6、lz′=8～10mm

如何开始呢？ 我们的工作将按照以下步骤进行：

1、系统外形尺寸的计算：根据需求确定像差，选型；

2、使用PW法进行初始结构的计算：确定系统的r、d、n； 3、像差的校正：通过修改r、d、n，调整像差至容限之内； 4、进行像质评价，总结数据图表，完成设计。

下面我们将根据以上步骤来示范本次设计 第一部分：外形尺寸计算

一、各类尺

《应用光学》课程设计—望远镜设计计算指导

说明：

1、本指导将全面介绍带有普罗I型转像棱镜系统的望远镜设计过程以及计算，作为《应用光学》课程设计的实习范例。实验报告需在此基础上完善和修改，严禁全盘抄袭本指导，否则作0分处理！

2、本指导省略了理论分析部分，计算依据请参考有关资料。

设计题目和技术要求 题目：双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计） 要求：

双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝6倍；

2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°；

4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离?14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm。 6、lz′=8～10mm

如何开始呢？ 我们的工作将按照以下步骤进行：

1、系统外形尺寸的计算：根据需求确定像差，选型；

2、使用PW法进行初始结构的计算：确定系统的r、d、n； 3、像差的校正：通过修改r、d、n，调整像差至容限之内； 4、进行像质评价，总结数据图表，完成设计。

下面我们将根据以上步骤来示范本次设计 第一部分：外形尺寸计算

一、各类尺

从伽利略望远镜到哈勃太空望远镜

——人类对宇宙的认识史 一、望远镜发展简史

关于望远镜的发明，不同文献有不同的记载。例如，“13世纪，英国诺格尔·培根发现，用透镜组成的仪器可使遥远的物体看起来好像更近了”。“ 1590年，意大利有人制成了望远镜。”

荷兰光学家和眼镜制造者利伯休（1572—1640）的儿子在1608年的一天偶然发现，将两块镜片重叠并使其相隔一定远近观看时，可看见远处教堂屋顶原来几乎看不见的小鸟。他俩把两块镜片装在一个铜管的两头，发明了最初的望远镜。不过，也有文献认为他是得到了别人（可能是Z·扬岑）的帮助。

1608年10月，荷兰利伯休、马丢、詹森三人分别先后向政府申请发明望远镜的专利，但均被专利部门所拒绝，因为真正的发明人一直未能查明。

当望远镜从荷兰重新传入意大利时，引起了伽利略的研究。他发明了能测量镜片球面半径的球径计。这使他在与普通磨制镜片工人的竞争中处于优势，因为这一仪器可使每一望远镜元件按设计标准数字化。他从1609年7月初制成倍率为3的望远镜开始，于1609年11月制成倍率为20的望远镜，发现了月球表面的环形山。因此，伽利略是“天文望远镜”的发明者。1610年9月，他给开普勒的信中说他已将望远镜倍率

如何采购望远镜

说到望远镜，很多人就会问，某某望远镜能看多远？这个问题本身就是错误的，望远镜是没有距离限制的，人眼能看到的地方，望远镜都能看到，望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远处很小的目标按一定倍率放大，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变得清晰可辨。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。了解望远镜首先从它最基本、最常见的技术参数开始。

1、放大倍数

一般用目镜视角与物镜入射角之比作为望远镜放大倍数的标示，但通常用物镜焦距与目镜焦距之比计算，表示景物被望远镜拉近的程度，一般7-10倍的是最适合手持望远镜，但在特殊领域，也有10-16倍的放大倍率。

2、视场角度

视场范围用1000米处望远镜可视景物范围标示，如113M/1000M，表示距观察者1000米处，望远镜可观察到113米范围的视场。放大倍率越大，视场就越小。

3、出瞳直径

出瞳直径又叫出瞳口径，是光线经过目镜汇聚后，在目镜后形成的亮斑的直径。也是粗略描述成像亮度的参数。在弱光环境下，越大的出瞳直径，可以带来更清晰的图像。人类的瞳孔，在正常生理情况下，最大不会超过7mm，所以大于7mm的出瞳直径，无

望远镜知识

据说眼镜大约同时在中国和欧洲出现，眼镜的功能是提高视力或矫正视力的缺陷。眼镜片主要是由加工磨制的凸透镜和凹透镜来担当，中央比边缘薄的是凹透镜，用来纠正近视；中央比边缘厚的是凸透镜，用来纠正远视。

17世纪荷兰制造眼镜的技术已经很精湛了，主要的工艺是磨制凸透镜和凹透镜。凸透镜和凹透镜经常与眼睛打交道，但是人们从来都没有想到把凸透镜和凹透镜放在一起使用。 17世纪初的一天，荷兰密特尔堡镇一家眼镜店的主人科比斯赫，为检查磨制出来的透镜质量，把一块凸透镜和一块凹透镜排成一条线，通过透镜看去，发现远处的教堂的塔好像变大而且拉近了，于是，他在无意中发现了望远镜原理。

科比斯赫马上就明白了这一发现是非常有用的。他把透镜安放在一根金属管内适当的位置上，这就是世界上第一架望远镜，当时被称作“窥镜”，大概取有窥视他人行踪作用之意。当时荷兰正与西班牙作战，望远镜在荷、西战争中起了作用。荷兰舰队的战舰上备有望远镜，能在敌舰发现他们之前就先行发现敌舰的动向，从而使荷兰舰队取得了战争的主动权。1609年荷兰与西班牙休战，望远镜解密。

望远镜发明的消息很快在欧洲各国流传开了，意大利科学家伽利略得知这个消息之后，就自制了一个。第

思考题及常识

1、试画出拆装那款望远镜的光路图。 2、镜头擦拭的方法是什么，应注意些什么？ 3、望远镜两镜筒光轴调试的原理是什么？

4、望远镜物镜镀膜有什么作用？红膜与蓝膜各有什么特点？ 5、望远镜放大倍数是越大越好吗？为什么？

6、8x30 ；150/1000M；-40°C---50°C；分别表示什么意思？

望远镜常识简介

随着人们生活水平和文化水平的提高，望远镜已逐渐成为人 们文化消费的必备品进入日常生活，为了帮助您更好地选择所需要的望远镜，特向大家介绍该产品的一般常识。

1、品牌：目前国内市场上的望远镜品牌繁多，但绝大部分为国 内产品，而且国优产品\熊 猫\牌望远镜仍占市场主导地位，由该厂生产本公司注册的出口 品牌tasco（德宝，基本上为玩具望远镜）也深受广大消费者一种误 导，其实真正进口美国tasco的望远镜，市面上是很少见的，目前中国唯一总代理是北京浩成普华网络技术有限公司。

2、放大倍数（角放大率）：如10＊50望远镜，10即为倍数，它是放大了人眼看物体的张角，使您从感观上觉得 离物体近了，倍数越大，即拉的越近，但放大倍数并非越大越好，太大会把手的抖动和心跳呼吸起伏及空气对流同时放大，使您观察的物像出现漂 浮和不稳定的感觉，所

我对望远镜有很多了解，也很喜欢拿它看远处，而且我一旦沾上它，手就像在它的身上生了根，融为一体，不敢放下。久而久之，我开始想象未来的望远镜是什么样的。

未来的望远镜的功能包罗万象。如果你在公共场所丢了东西的话，它就发出警报声。警报的声音十分洪亮，有50分贝，这么响的声音，不但可以吓跑小偷，还可以呼唤失主。

未来的望远镜还可以改正人不正确的姿作文势。如果你的姿势不对，那么它就会念到：头离桌子要一尺，胸离桌子要一拳，背不弯，手空心。”这样一来，姿势就完全正确了。

它还可以照顾小孩。小孩哭了，它就讲笑话；小孩睡不着觉，它就播放《催眠曲》；小孩无聊了，它还能陪小孩聊天。

以上功能只是未来的望远镜的一小部分。虽然我不知道未来的望远镜是不是真的这样无所不能，但我一定要发明出这样的望远镜。

§5-5 显微镜和望远镜

课 前 预 习

一、学习目标

1．说出显微镜、望远镜的基本结构。

2．说出显微镜、望远镜成像原理。

3．尝试应用已知的科学规律解释具体问题，获得初步的分析概括能力。 4．体会科学技术对社会发展和人类生活的影响。 二、学习内容

（请根据“学习目标”，仔细阅读课本第P103—P105页的相关内容，完成以下几个问题）

1.显微镜的主要结构有哪些？其物镜和目镜各成什么像？

2．望远镜的主要结构有哪些？其物镜和目镜各成什么像？

3．视角的大小与什么因素有关？

4．显微镜和望远镜的发展历程中重要的事件有哪些？

三、自我检测

1．显微镜镜筒的两端各有一组透镜，物镜的作用相当于 ，可以形成一个物体

像，目镜的作用则相当于一个 ，可以把像再放大一次，使人看到肉眼看不见的小物体。

2．望远镜的物镜可以形成一个物体 像，目镜可以形成一个 像。 3、现代天文望远镜力求把物镜的口径加大，其目的是（ ）

A、会聚更多的光 B、成像更明亮 C、增大视角 D、以上说法都不对

四、问题困惑

（请你将自己在预习过程中的

我有一个小巧精致的望远镜，是哥哥送给我的礼物。

我第一次见到它的时候，就迫不及待的从哥哥手里接过来，仔细观察，它的表面是用橡胶制作的，摸起来手感光滑舒适。望远镜由两个圆筒组成，圆筒前还装着小镜片，它可以使我很清楚的看到很远的地方。两个圆筒是用一个小支架连接起来的，在这个支架中间，有一个旋转调试器，把它向左旋转，你看的东西就会慢慢变小，把它向右旋转，你看的东西就会逐渐变大。

我把望远镜放在眼前，慢作文慢的拨弄调试器，远处的风景逐渐拉近，很清楚的呈现在我眼前，仿佛身临其境，这个望远镜真奇妙真有趣啊。每当我拿起这个望远镜，向远方眺望的时候，我就感觉自己像彭德怀元帅一样，是一位久经沙场的老将。

每当我看见这个望远镜时，就会让我想起很多美好的回忆。虽然它现在已经非常破旧了，但它在我的心中永远是独一无二的。这个望远镜陪伴着我成长，带我领略过许多美丽的景色。让我发现更多美好、有趣的事物，我很喜欢这个望远镜。