1、实验目的： 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；学会使用ZEMAX软件对开普勒望远镜物镜进行优化设计。 2、实验要求： （1）、具备独立查阅光学设计理论和像差分析的相关文献和资料； （2）、能提出并较好地的实施方案；具有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。 （3）、具备独立设计优化望远物镜组，能用ZEMAX软件对初级像差进行分析和校正，从而对镜头进行优化设计的能力。 （4）、学习点列图和3D图形分析像质的简单方法。 （5）、具备采用计算机软件进行数值计算、仿真、绘图等能力。

PC机一台（装有ZEMAX光学设计软件、Office办公软件、画图软件等）。

1、实验内容： 利用ZEMAX软件来设计一个4倍开普勒望远镜的物镜，技术指标要求：焦距100mm、相对孔径D/f’=1/5、视场角3；在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)；成像质量：MTF 轴上>40%@30lp/mm，轴外0.707 >35%@30lp/mm；最大畸变40%@30lp/mm，轴外0.707 >35%@30lp/mm，但是观察上图可以发现轴上0°与轴外0.707ω（1.06°）均不到15%，达不到要求，需要后序继续优化。 2、优化后数据： 材料选择为BK7+SF1组合。 增加新透镜优化后的数据记录如下表（整个系统的优化后结果）： （表5-2）望远物镜系统优化后成像质量记录 （1）、光学数据表——LENS DATA： 在系统像平面之前增加一个透镜，并将其曲率半径设置为变量，其优化后Lens Data数据表如下所示： （图5-2-1）望远物镜系统优化后Lens Data数据表 （2）、光学系统图——LAY： （图5-2-2）望远物镜系统优化后光学系统图Layout 优化后的系统总长为104.84784mm。 （3）、光线像差特性曲线——RAY： （图5-2-3）望远物镜系统优化后光线像差特性曲线 系统的Ray Fan曲线S形状不再明显，并且MAXIMUN SCALE从±500μm变成了±50μm，说明球差被改善，虽然并没有完全消除球差，但是已经进入一个比较合理的范围中。 （4）、场曲畸变图——FCD： （图5-2-4）望远物镜系统优化后场曲畸变图 可以看到满足最大畸变小于1%的要求，除此之外，场曲最大值、畸变的最大值，都相对于只有一个BK7透镜时的系统有了极大的改善。 （5）、点列图——SPT： （图5-2-5）望远物镜系统优化后点列图 观察优化后的点列图，其RMS半径基本从将近100μm减小到10μm左右甚至6μm，相对于系统优化前改善了十倍之多。 （6）、光学传递函数图——MTF（30lp/mm）： （图5-2-6）望远物镜系统优化后MTF 修改MAX Frequency值为30，同样，可以看到MTF轴上0DEG蓝色的光线，与最大值（30lp/mm）的交点在0.7以上满足大于40%的要求，0.707ω(1.06DEG)的绿色光线与最大值的交点也在0.6以上，满足大于35%的要求（T和S都满足）。综合前面的最大畸变小于1%，整个系统优化基本完毕。

本次实验，需要用之前设计的单透镜的前后两个表面的曲率半径(也可以不采用)：82.866mm、-82.866mm。点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新建一个新的空白透镜。在LDE（透镜数据编辑器）中输入相关透镜的曲率半径r1=82.866mm、r2=-82.866mm，厚度d=4mm和玻璃类型BK7，系统入瞳直径D=20mm，设定三个视场角0、0.707ω（1.06°）、ω（1.5°），设定波长（F，d，C）并设定主波长为d光。 在设定完毕基本的数据参数以后，设置默认优化函数并增加EFFL优化参数，设置变量之后进行优化，记录第一次优化的数据。之后在像平面之前增加一个新的表面，形成双胶合物镜，设置玻璃类型为SF1（BK7-SF1相对应，也可以采用BK7-F2）。修改第二个表面的厚度、设置新增加的折射面曲率半径为变量，然后进行第二次优化，对比两次结果。基本上完成了对最初时单透镜望远物镜的优化工作（优化过程中可以打开MTF图并设置Opt的AutoUpdata为自动更新，可观察优化的整个过程）。 通过本次实验，我学习了望远物镜的不同类型与双胶合物镜的设计方法，对于物镜系统的优化与ZEMAX的默认优化函数的应用有了进一步的了解。对于双胶合物镜的优点从像差校正方面有了更深一步的了解。