前言：作为一个光电本科生，这学期学了点应用光学，光学设计和Zemax，算是终于拿起了自己的老本行来了，这学期的课设便是设计一个开普勒式望远镜，起初只是需要使用PW法设计一个双胶合物镜就行了，寒假在家决定把目镜也设计了，主要是使用缩放法进行初始结构的像差矫正。
原理:
图中可见开普勒望远镜是由正光焦度的物镜与正光焦度的目镜构成，与显微镜不同的是望远镜的光学间隔为0，平行光入射平行光射出。其系统的视觉放大倍率为：
由于开普勒望远镜成倒像不利于观察，故而需在系统中加入一个由透镜或棱镜构成的转像系统。军用望远镜的转像系统多是用两个互相垂直放置的棱镜（即保罗棱镜）组成。
其总体结构如下:
课程设计题目要求：
10倍双目望远镜
视放大率Γ= 8
物镜视场角: 2ω =7°
出瞳直径：D’= 5 mm
出瞳距：p = 20 mm
分辨率: α= 6’’
渐晕系数：k = 0.55
棱镜后表面到分划板的距离 ：a = 26.3 mm
棱镜: 普罗I型棱镜
材料： BAK7
结构设计：
由于物镜的视场比较小，我们直接选用双胶合透镜来消球差与位置色差就行。
对于目镜，其视场较大2w’=55°，我们参考书上的满足出瞳距与视场的目镜，我们拟选用如下结构目镜:(参考自《光学设计手册上》）
其结构参数如下：
其出瞳在右侧，实际对于目视光学系统出瞳应该在左侧，所以我们要将其倒置，求取其出瞳距，看是否满足要求，我们通过近轴光学追迹确定其出瞳位置判断其符合出瞳距要求。
故物镜的焦距为8乘20.216=161.728mm。由物镜为简单透镜，为望远镜的入瞳，故物镜孔径为5乘8=40mm。
其分划板为2tanw*f1=19.78mm。其分辨率为140’’/D入<6’'符合要求。
棱镜口径
我们利用如下公式计算出棱镜的口径从而确定其对应的等效展开排序平板的厚度。
求得其D棱=20.873mm(考虑渐晕)从而确定物镜距棱镜的距离为:82.21mm。
至此，我们完成了总体尺寸结构的计算
物镜设计:
对于物镜，我们考虑以下像差：球差，正弦差，位置色差。其像差容限按公式计算如下:
(分别满足六倍焦深与一倍焦深)
物镜的初始结构设计方法有两种，一种是使用PW法完成(依据棱镜像差与物镜像差互为相反数而抵消);另一种通过选取一对冕牌玻璃与火石玻璃，再由公式完成光焦度的分配(基于阿贝数)，从而确定各面的曲率半径。我们这里通过PW法已经给定了物镜的结构参数如下:（PW法具体算法略)
其点列图如下:
可以看出各视场存在较大垂轴球差，在0视场与2°视场存在倍率色差。
其轴向球差如下:
可见0孔径与0.7孔径的球差较大，需要进行球差矫正.同时其位置色差也不达标。
我们需要对其进行优化，我们使用spot diagram作为其评价函数，在默认的操作上数的基础上(各视场的各孔径轴向球差TRAC)再加入三个新的操作数，AXCL（轴向色差操作数,在0.7带消色差),COMA(彗差操作数),MXCT(间隔厚度操作数，保证棱镜后表面距分划板距离恒为26.3mm).其权重都取值为1.如下图:
我们选择双胶合透镜的前两个半径为变量，将第三个半径设置为F数为161.728/40来控制物镜的焦距固定(也可以将其设置为变量，并在操作数中引入EFFL来控制焦距),再将棱镜后一面与分划板(像面)的间隔进行离焦处理，即选择边缘光线高度(M)求解。
优化后其点列图与轴向球差图如下:
我们发现经过优化后其球差与位置色差大幅减少，0.7带的位置色差非常小，接近为0，但是边缘带的球差却任然稍大于容限，故我们选择重新分配各操作数的权重，将AXCL权重减少为0.5以稍增大位置色差，同时将0视场0.942孔径的TRAC提高到0.5，再次进行优化，得到其轴向球差图如下:
其结构变为:
此时各像差容县都得以满足，但是我们查看离焦点列图与场曲图如下:
两种图都可以看出该物镜在较大视场角下有较大的场曲与像散，双胶合物镜无法有效消除场曲与像散，所以我们需要在进行目镜设计时考虑物镜的场曲和像散，将物镜与目镜的轴外像差进行抵消平衡。至此望远物镜设计完成。
其成像分析可见明显的场曲(边缘模糊):
其Layout如下图:
