三、 设计原理
(一) 望远镜外形尺寸设计
光学望远镜是最常用的助视光学仪器，常被组合在其它光学仪器中。望远镜之所以能看见 很远的物体，主要是内部核心部件透镜对光线的折射作用而形成的。以开普勒望远镜例，当远 方天体发出的平行光线经过物镜后，在物镜焦点外距焦点很近的地方，得到天体的倒立、缩小 的实像。目镜的前焦点和物镜的后焦点是重合在一起的，所以实像位于目镜和它的焦点之间离 焦点很近的地方。所成实像对目镜来说物体，再经过目镜成像为一正立放大的虚像。这样，当 我们对着目镜进行观察的时候，所看到的是天体的倒立、放大的虚像。
5) 目镜的视场角 2'
tan ' tan 20 tan1.667 ' 30.202 3012' 2' 6024
6) 出瞳距 lz
物镜
目镜 出瞳
R
O


L
lz
孔径光阑选在物镜框上，轴外光束的主光线通过物镜中心 O，假定在目镜组的投射高为 R：
R目 Rz lx tan 1.5 15.75 tan 3020 10.667mm D目 2R目 21.334mm
目镜
出瞳

R目
lz
8) 望远镜的分辨率
由望远镜分辨率与视放大率关系式：
60'' 60'' 3'' 20
9) 目镜的视度调节量
根据透镜成像性质，望远镜系统应该是一个把无限远物体成像在无限远的光学系统。因此 仅采用一个透镜是不够的，它只能将无限远物体成像在像方焦平面上，必须再加上第二个透镜， 将其焦平面上的像作为第二个透镜的物，成像在无穷远处，达到望远的目的。一般把前面的透 镜称为物镜，后面的透镜称为目镜。当用在观测远物体时，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点 重合，光学间隔Δ=0。这样平行光射入望远系统后，仍以平行光射出。
视度的调节范围一般为 SD= 5 视度。则目镜的轴向移动量 x 等于
x f‘目2 SD f目 2 5 152 mm 1.125mm
x'
1000
1000
(二) 物镜组与目镜组的选取
1. 物镜组主要参数 1) 主要结构形式及需要消除的相差类型
物镜的光学特性主要有三个：焦距
tan R
L
tan( ' ) R
l
' z

tan()

l
' z
tan( ' ) L
l
' z

tan() tan()
L
L

315 20
15.75mm
7) 目镜口径 D目
目镜的视场角 2 ，以及出瞳直径 2 R z 限制了目镜的口径，据此计算：
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一、 设计目的及意义
运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目 镜组及转像系统的简易原理设计。了解光学设计中的 PW 法基本原理。
二、 设计内容
设计一个可见光望远镜系统，它的光学性能已知参数： 物镜与目镜之间的距离 L=315nm 望远镜放大的倍数 Γ= 物方视场角
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dx dl
= dx = dl
望远镜系统的视放大率的垂轴放大率、轴向放大率都与共轭面的位置无关。
5) 望远镜系统的极限分变角
由于人眼的极限分辨角为 60″，所以为了使望远镜所能分辨的细节也能被人眼分辨，则望
远镜的视放大率和它的极限分辨角 应当满足 =60″。所以若要求分辨角减小，视放大率
f物
D 、相对孔径
f物
和视场 2ω。
其中
f物
=
D f目 ，相对孔径
f物
，当
f物
和 D 确定之后，物镜的相对孔径也就确定了。
相对孔径越大，光束和光轴的夹角就越大，像差也就越大。为了校正像差，必须使物镜的结构复杂化。又由于物镜视场tan
tan
，
即目镜的视场角。一般望远镜物镜的视场都不大，
四、 设计总结....................................................................... 14 五、 参考文献....................................................................... 14

=
f x
=-
x f
1
望远镜系统的垂轴放大率与 的关系： =
3) 望远镜系统的角放大率
理想光学系统的角放大率 定义为像方孔径角 u′的正切与物方孔径角 u 的正切之比
tan u
= tan u 望远镜系统的角放大率 =
4) 望远镜系统的轴向放大率
理想光学系统轴向放大率 定义为：

315
f‘物 f目’

20


f
f‘目
’ 物
15mm 300mm
2) 物镜的通光口径 D
物镜的口径取决与分辨率的要求，若使物镜的分辨率与放大率相适应，望远镜口径与放大
率的关系满足

D 2 .3
，为减轻眼睛负担，可取Γ 0.5 ~ 1D, 及 D (1 ~
2) ，这里系数取
2) 伽利略望远镜
伽利略望远镜的物镜是会聚透镜而目镜是发散透镜的望远镜。光线经过物镜折射所成的实 像在目镜的后方（靠近人目的后方）焦点上，这像对目镜是一个虚像，因此经它折射后成一放 大的正立虚像。伽利略望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距的比值。其优点是镜筒短而能 成正像，但它的视野比较小。把两个放大倍数不高的伽利略望远镜并列一起、中间用一个螺栓 钮可以同时调节其清晰程度的装置，称为“观剧镜”，因携带方便，常用以观看表演等。
(二) 物镜组与目镜组的选取 ................................................. 6 1. 物镜组主要参数........................................................... 6 2. 目镜组主要参数........................................................... 9
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1. 开普勒及伽利略望远镜简介 1) 开普勒望远镜
开普勒式望远镜，折射式望远镜的一种。物镜组也为凸透镜形式，但目镜组是凸透镜形式。 这种望远镜成像是倒立的，但视场可以设计的较大，最早由德国科学家开普勒（Johannes Kepler）于 1611 年发明。为了成正立的像，采用这种设计的某些折射式望远镜，特别是多数双 筒望远镜在光路中增加了转像稜镜系统。此外，几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开 普勒式。它由两个凸透镜构成。由于两者之间有一个实像，可方便的安装分划板，并且各种性 能优良，所以目前军用望远镜，小型天文望远镜等专业级的望远镜都采用此种结构。但这种结 构成像是倒立的，所以要在中间增加正像系统。
光学课程设计Ⅰ
——望远镜系统设计
专 业： 电子科学与技术 班 级： 光电子 07 级 2 班 姓 名： 吴 翀 学 号： 2007031125 指导教师： 张 翔
目录
一、 设计目的及意义 ............................................................... 1 二、 设计内容......................................................................... 1 三、 设计原理......................................................................... 1
1.5，则: D 1.5 30mm
3) 出瞳直径 D'
D D' D 30 1.5mm
D'
20
4) 视场光阑的直径 D视
根据三角形定则，计算视场角：
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物镜
视场光阑

R
f物
D视 2 f物 2 2 f物 tan 2 300 tan1.67 17.46mm
开普勒望远镜光路示意图
如果当 f物 ＞0、 f目’＞0 都为正焦距时为开普勒望远镜，系统成倒立像；如果当 f物 ＞0、 f目’
＜0 为一正一负焦距时为伽利略望远镜，系统成正立像。如上图，开普勒望远镜，为了方便物 镜和目镜均采用单透镜表示，且物镜框为孔径光阑，也是入射光瞳，出射光瞳位于目镜像方焦 点外，观察者在此观测成像情况，望远镜系统的视场光阑设在物镜的像平面处。
由上面计算可知物镜通光口径 D=30mm，物镜焦距
f物
D 300mm ，则相对孔径
f物
=1：10。
再结合上面介绍的五种物镜，可知选取双胶物镜作为望远镜的物镜是最为合适的。
(一) 望远镜外形尺寸设计 .................................................... 1 1. 开普勒及伽利略望远镜简介 ........................................... 2 2. 望远镜系统放大原理 .................................................... 3 3. 主要参数的设计与计算 ............................................... 4
(三) 棱镜转像系统............................................................ 10 1. 转折式望远镜系统...................................................... 10