望远镜系统设计

望远镜光路设计

至今没有一个光学系统是完美的。为了平坦且清晰的成像，往往必须把光学系统设计的十分复杂。如此一来，不但透光度变差，还得付出很高的制造成本。因此简单的镜片组而且能保有高品质成像的光学系统是光学设计的努力目标。一个好的光学系统都出自设计者的巧思。它能在最简单的镜片组合下产生最佳的成像品质。不过在许多设计中，往往会遇到球面像差与彗形像差难以取舍的窘境（天文望远镜光学与机械）。当你能同时处理这些像差的时候，系统却又发生严重的色差。最后好不容易解决了所有的色像差，却又发生成像的变形。因此光学系统的设计在在考验设计者的经验与智力。希望透过以下的天文望远镜的演进，让你了解前人的成果。折射式望远镜系统由于白光经过透镜会有色散的现象（Dipersion），因此使得光学系统除了球面像差与彗形像差之外又多了影像不清晰的光源。由上图可知，蓝光的折射率较大，其次为绿光，最后为红光，因此不同颜色的入射光产生，却有不同的聚焦点。好的光学系统除了成像品质之外，还必须考虑消色差的效果。基本上，我们在处理可见光的光路分析时，是用蓝色的F line(486.13nm)、红色的C line(656.27nm)与绿色的e line(546.07nm) 作为分析的主要光源。要查看镜片的色差情形，可以用色散数值V( Dispersion Number or Abbe number)。V越大表示镜片的色散的情况越小。 V＝(ne－1) / ( nF－nC) 对於一个D= 5公分，f=20公分的两片镜片组合，我们可以由下图的光路分析了解他们各自聚焦的一致性。其实这就是球面像差的检测工作！ D＝5公分f=20公分第一片镜片R1＝18公分R2＝－19公分中心厚度＝0.84公分间隙0.1公分第二片镜片R3＝－19公分R4＝－22公分中心厚度＝0.98公分

光学课程设计——望远镜系统-精品

光学课程设计——望远镜系统-精品 2020-12-12 【关键字】情况、方法、条件、空间、领域、质量、传统、认识、问题、焦点、系统、有效、现代、良好、优良、透明、保持、了解、研究、特点、位置、关键、网络、理想、地位、基础、需要、环境、工程、负担、方式、作用、结构、关系、分析、调节、形成、满足、保证、维护、指导、强化、取决于、方向、适应、实现、减轻、中心、重要性望远镜系统结构设计指导教师：张翔专业：光信息科学与技术班级：光信息08级1班姓名：学号：目录第一部分设计背景 (1) 第二部分设计目的及意义 (1) 第三部分望远镜介绍 (1) 3.1望远镜定义 (1) 3.2望远镜分类及相应工作原理 (2) 第四部分望远镜系统设计 (3) 4.1开普勒望远镜 (3) 4.2望远镜系统常用参数 (4) 4.3外形尺寸计算 (6) 4.4伽利略望远镜 (8) 4.5物镜组的选取 (9) 4.6望远镜像差类型及主要结构 (10) 4.7双胶物镜与双分离物镜分析 (12) 4.8内调焦望远物镜分析 (14) 4.9目镜组的选取 (14) 4.10目镜主要像差及分析 (17)

4.11棱镜转像系统 (17) 4.12转折形式望远镜系统 (18) 4.13光学系统初始结构参数计算方法 (18) 4.14应用光学系统中的光栅 (20) 第五部分设计总结 (21) 第六部分参考文献 (21) 一．设计背景在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测与识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等。其中我国以高功率激光科研和激光核聚变研究为目的的光电系统——“神光二号”，颇具代表。“神光二号”对于未来的能源危机和我国的军事领域有着重要意义。二．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，完成望远镜外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或远离设计。了解光学设计中的PW法基本原理。三．望远镜介绍 3.1 望远镜定义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。根据望远镜原理一般分为三种。一种通过收集电磁波来观察遥远物体的仪器。在日常生活中，望远镜主要指光学望远镜。但是在现代天文学中，天文望远镜包括了射电望远镜，红外望远镜，X射线和伽吗射线望远镜。近年来天文望远镜的概念又进一步地延伸到了引力波，宇宙射线和暗物质的领域。或者再经过一个放大目镜进行观察。日常生活中的光学望远镜又称“千里镜”。它主要包括业余天文望远镜，观剧望远镜和军用双筒望远镜。【望远镜基本工作示意图】 3.2 望远镜分类及相应工作原理 1．折射式望远镜是用透镜作物镜的望远镜。分为两种类型：由凹透镜作目镜的称伽利略望远镜；由凸透镜作目镜的称开普勒望远镜。因单透镜物镜色差和球差都相当严重，现代的折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜。其中以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制

望远镜系统结构设计

光学课程设计望远镜结构系统设计姓名:曾茂桃班级:光通信082 学号:2008031126 指导老师:张翔

摘要该报告运用应用光学知识，了解望远镜的历史,在工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。了解光学设计中的PW 法基本原理。并应用光学设计软件对系统误差、成像质量进行理论分析。初级像差理论与像差的校正和平衡方法，像质评价与像差公差，光学系统结构参数的求解方法。望远物镜设计的特点、双胶合物镜结构参数的求解和光学特性。目镜设计的特点、常用目镜的型式和像差分析等都有了一个明确的简要的介绍。关键字：望远镜物镜目镜放大率分辨率内调焦望远镜 PW法光栅

目录一概述…………………………………………………………页二望远镜尺寸设计与分析…………………………………页2.1 望远镜的简述…………………………………………………………页2.2 望远镜的主要特性分析………………………………………………页三分物镜组与目镜组的选………………………………………………页 3.1望远镜物镜需要消除的像差类型及主要结构形式…………………页3.2双胶物镜和双分离物镜………………………………………………页 3.3内调焦望远镜…………………………………………………………页四.目镜组的主要种类及其结构：………………………….. 页 4.1惠更斯目镜……………………………………………………………页4.2冉斯登目镜……………………………………………………………页 4.3Porro、Roof棱镜结构及其特点…………………………………页五.望远镜像差设计PW法………………………………….. 页 5.2物体在有限距离时的P,W的规化……………………………………页5.5用C ,表示的初级像差系数………………………………………页 P, W 六.光学系统中的光栅分析……………………………………页

《显微镜和望远镜》教案

显微镜和望远镜教学目标：知识与技能: 了解显微镜、望远镜的基本结构。过程与方法: 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。情感态度与价值观: 初步认识科学技术对于社会发展和人类生活的影响。教学重点：了解显微镜、望远镜的基本结构。教学准备：PPT课件教学过程：一、复习提问近视眼是如何形成的？如何矫正？远视眼是如何形成的？如何矫正？眼镜的度数如何计算二、引入新课放大镜可以使我们看到较小的物体，但是太小的物体像细胞，用放大镜却不能看到。为了能看到细小的物体，人们制成了显微镜。为了看清远处的物体，人们又制成了望远镜。今天我们就来学习显微镜和望远镜。三、新授课（一）显微镜 1. 作用：用来观察细微物体或物体细微部分。 2、构造：显微镜的主要部分是装在镜筒两端的两组透镜．每组透镜都相当于一个凸透镜． 3. 原理：先用一个接近物体的凸透镜使物体成一放大的实像，然后再用另一个接近眼睛的凸透镜把这个实像再一次放大，就能看清很微小的物体了。离物体近的这个透镜叫物镜，其焦距较短；离眼睛近的这个透镜叫目镜，其焦距比物镜稍大。两镜间的距离可以调节。 5.显微镜的放大倍数 ①显微镜的放大倍数等于物镜和放大倍数和目镜的放大倍数的乘积。 ②显微镜的放大倍数是指长和宽的倍数 ③物镜、目镜的焦距越短，放大率越高。（二）望远镜 1. 作用：利用望远镜能看清远处的（大）物体。 2. 组成：有一种望远镜（开普勒望远镜）由两组凸透镜组成。靠近物体的叫物镜，焦距较长；靠近眼睛的叫目镜，焦距较短。物镜的第二焦点与目镜的第一焦点重合。 3. 原理：物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像，目镜的作用相当于一个放大镜，用来把这个像放大。（三）视觉从眼睛的光心向观察物体的两端所引的两条直线的夹角。视角越大，人看到的物体越大、越清楚

天文望远镜的光学形式与优缺点简介

望远镜的光学形式与优缺点简介望远镜的光学形式分为折射式、反射式、折反射式等三种。折射望远镜折射镜的镜片结构是由二片到三片所组合的消色差设计。优点：焦距长、视野较大、解析力强、拍摄出的星点锐利，星像明亮，最适合于做天体测量方面的工作、观测月球、行星、双星表现出色，较大口径的产品易于地面观景、非常适合做月面及行星的扩大摄影。影像清晰锐利，高对比度、较好的消色差设计、极好的APO高消色差、好的镜片几乎无色差、使用寿命很长，但须注意不要让镜片发霉、易于设置和使用、保养容易，很少或不需要维护、底片比例尺大、对镜筒弯曲不敏感、简单和可靠的设计、密封的镜筒避免了空气扰动图像并保护光学镜片、物镜永久固定式安装，无需校正。缺点：价格高昂。大口径规格比较昂贵、较重、长度和体积比同等口径和焦距的牛顿反射或折反望远镜更大、存在一些色彩畸变(消色差双胶合透镜)、有残余的色差，从而降低了分辨率、优质折射镜的物镜是2片双分离消色差物镜或3片复消色差物镜。不过，消色差或复消色差并不能完全消除色差，所谓消色差物镜只是对白光中7种色光的2种色光（红和兰光）消除色差，而复消色差物镜除了对2种色光

消色差之外，还对第3种色光（黄光）消除了剩余色差。短焦的折射镜有周边像差的现象，但这些缺点现已可解决。口径无法做太大，增大口径的成本因素限制了商业产品的最大尺寸，经济的设计大多为中小口径产品、巨大的光学玻璃浇制也十分困难，对紫外、红外波段的辐射吸收很厉害、到1897年叶凯士望远镜建成，折射望远镜的发展达到了顶点，此后的这一百年中再也没有更大的折射望远镜出现。这主要是因为从技术上无法铸造出大块完美无缺的玻璃做透镜，并且，由于重力使大尺寸透镜的变形会非常明显，因而丧失明锐的焦点。反射式望远镜：优点：口径较大，影像明亮。成本低，没有色差，可做较大的口径，适合做星云、星团的摄影。没有色差，能在广泛的可见光范围内记录天体发出的信息，且相对于折射望远镜比较容易制作。缺点：口径越大，视场越小，光轴需常调整，反射镜面镀膜易氧化，物镜需要定期镀膜（三至五年），否则星星愈看愈暗，保养较为繁复。反射镜的慧差和像散较大，使得视野边缘像质变差，周边像差使星象肥大。彗形像差，这已被克服。常用的反射镜有牛顿式和卡塞格林式2种。牛顿反射望远镜光学系统简单、价格便宜，球面反射镜在后端，目镜在前端侧面；牛顿反射望远镜采用一面凹面镜作为主要物镜，光进入镜筒的底端，然后折回开口处的第二反射镜，再次改变方向进入目镜焦平面。目镜为便于观察，被安置靠近望远镜镜筒顶部的侧方。牛顿反射望远镜用

初中物理《显微镜和望远镜》教学设计

《显微镜和望远镜》教学设计 ●○教学目标 ·知识与技能了解显微镜和望远镜的结构和原理。 ·过程和方法通过自制望远镜培养学生动手动脑的习惯。 ·情感、态度、价值观乐于参与观察、实验、制作等科学实践。 ·重点了解望远镜和显微镜的结构及原理。 ·难点视角的理解。 ●○教学准备师：显微镜（每5人一小组）、两个焦距不同的凸透镜。生：预习。 ●○教学步骤一、提问，复习凸透镜成像规律，引入新课

二、显微镜三、望远镜

四、交流、练习、小结 ●○板书设计 ●○课堂练习设计 1．使用显微镜时，被观察的物体经过________次放大，第一次放大与________原理相同，说明了被观察物体应放在物镜的________之间，成________像；第二次放大与________原理相同，成________像。

2．使用望远镜时，物镜的作用与________原理相同，成________像；目镜的作用和________原理相同，成________像。 ●○能力提高设计自制望远镜，通过望远镜观察不同远近的物体，你有什么新的发现？ ●○参考答案 1．两、投影仪、一倍焦距和两倍焦距、放大倒立、放大镜、放大正立 2．照像机、缩小倒立、放大镜、放大正立 ●○小资料 1609年，在荷兰的密特西波奇城里，有一家眼镜店。有一天，眼镜店老板汉斯的孩子，悄悄地拿了几块镜片，有老花的，也有近视的，和邻居的几个孩子玩儿。他们本来是想模仿大人，把镜片架在自己的眼睛上，可是他们的眼睛既不近视，又不老花，这些镜片对他们当然都不合适。只有把它们靠在离眼睛比较远的地方，才能看清楚镜片后面的东西。有一个淘气的孩子忽然想到了一个异想天开的游戏。他一只手拿着近视镜片，一只手拿着老花镜片，把它们一前一后地举在眼前，他透过两块镜片向远处一望，不由得又惊又喜地喊了起来：“嗨！真奇怪，礼拜堂的尖塔，突然变得这样近啦！”他的发现使得小朋友们异常兴奋。大家又喊又叫，惊动了眼镜店的老板汉斯。汉斯起来一看，真了不起！孩子们在游戏中竟发现了一种可以望远的透镜。当时，荷兰正在跟西班牙打仗。汉斯做了一架望远镜献给了荷兰皇帝，可以用它来侦察敌情，皇帝很高兴，赏了汉斯很大一笔钱。

应用光学课程设计-15倍双目望远镜

应用光学课程设计报告 ———15倍双目望远镜姓名：班级学号：指导教师：光电工程学院 2016年01月04日

一、望远镜系统的原理 (3) 二、课程设计的内容及要求 (3) 三、光学元件尺寸计算及数据处理总结 (4) （一）、目镜的计算 (4) （二）、物镜的结构形式及外形尺寸计算 (7) （三）、计算分划板 (7) （四）、计算棱镜 (8) （五）、像差计算 (9) （六）、建立数据文件 (15)

一、望远镜系统的原理亥普勒望远镜的原理示意如下图1所示：图 1 图中可见亥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： '//D D f f e o -=''-=Γ 式中，0f '为物镜的焦距；e f '为目镜的焦距；D 为入瞳直径；'D 为出瞳直径。在此成像过程中，有一个实像面位于分划面上，可以实现相应的瞄准或测量。由于亥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 180-II D 棱镜（即保罗棱镜）组成。伽利略望远镜是由正光焦度的物镜和负光焦度的目镜组成，其视觉放大率大于1，形成的是正立的像，无需加转像系统，也无法安装分划板，应用较少。二、课程设计的内容及要求 1、根据已知的一些技术要求，进行外型尺寸计算； 1）目镜的选取及计算； 2）物镜的结构型式及外型尺寸计算； 3）分划板的外型尺寸计算； 4）棱镜的类型选取及外型尺寸计算； 2、像差计算 1）求取棱镜的初级像差； 2）求取物镜的初级像差； 3）根据物镜的像差求出双胶合物镜的结构参数。

2019版八年级物理上册5.5显微镜和望远镜教案新人教版

2019版八年级物理上册5.5显微镜和望远镜教案新人教版备课班级八年级上课时间执教人显微镜和望远镜课时1 教学设计课标要求了解人类探索太阳系及宇宙的历程，知道对宇宙的探索将不断深入，关注探索宇宙的一些重大活动。教材及学情分析教材分析：本节内容由“显微镜”“望远镜”和“探索宇宙”三部分组成。显微镜和望远镜是光学仪器研究和使用过程中的一个飞跃，它使人类对微观世界和广阔的宇宙空间有了更加深入的了解。本节内容是前面所学凸透镜成像内容的扩展。学习显微镜和望远镜知识，对学生加深理解凸透镜成像规律。学情分析：1、学生已经在生物课学过了显微镜，对显微镜有了一定的了解。 2、通过观察实物和自学，理解显微镜和望远镜的原理。课时教学目标1、了解显微镜、望远镜的基本结构。 2、常试应用已学的透镜成像知识来解释物理现象，获得初步的问题解决能力。 3、了解望远镜和显微镜的发展历程，关注人类探索宇宙的重大活动，体会科学技术对社会发展和人类生活的影响。重点通过观察望远镜、显微镜的实物及图片，能说出其主要结构；经历两个透镜观察物体的探究活动，能说出望远镜、显微镜的物镜和目镜成像情况。难点利用两组凸透镜成像规律理解显微镜和望远镜的原理。提炼课题对视角问题进行讨论，帮助学生理解显微镜和望远镜的原理。教法学法指导演示法、观察法、讨论法教具多媒体课件、显微镜、望远镜、放大镜、挂图、透明的磁带盒、无色透明塑料膜、水、烧

的放大倍数。

教学过程显微镜和望远镜的区别三、探索宇宙观看多媒体我们能看清一个物体，它对我们的眼睛所成“视角”的大小十分重要，物体对眼睛所成视角的大小和物体本身大小有关，还和物体到眼睛的距离有关。望远镜的物镜所成的像虽比原来的物体小，但它离我们的眼睛很近，再加上目镜的放大作用视角就可以变得很大。显微镜和望远镜都是由两组凸透镜组成，都叫物镜和目镜，但有不同的地方，显微镜的物镜，物距在二倍焦距和一倍焦距之间，成倒立放大的像，作用是使物体进行一次放大。望远镜的物镜，物距在二倍焦距以外，成倒立缩小的像，作用是把远处的物体与眼睛的距离拉近，目镜都起放大镜的作用。教师讲解：望远镜物镜的直径比我们眼睛的瞳孔大得多，这样它可以会聚更多的光使得所成的像更加明亮，这一点在观测天空中的暗星时非常重要。现代天文望远镜都是力求把物镜口径加大，以求观测到更暗的星。播放多媒体介绍人类探索宇宙的历程。通过了解望远镜发展的历程，感受望远镜在人类探索宇宙奥秘中所起的重大作用。拓宽学生视野，培养学生热爱科学的美好情感。通过了解望远镜发展的历程，感受望远镜在人类探索宇宙奥秘中所起的重大作用。小结通过这节课你学到了什么？学生回答或与同学们进行交流，老师恰当总结

光学课程设计 ——望远镜系统

望远镜系统结构设计指导教师：张翔专业：光信息科学与技术班级：光信息08级1班姓名：学号： 20080320 光学课程设计

目录第一部分设计背景 (1) 第二部分设计目的及意义 (1) 第三部分望远镜介绍 (1) 3.1望远镜定义 (1) 3.2望远镜分类及相应工作原理 (2) 第四部分望远镜系统设计 (3) 4.1开普勒望远镜 (3) 4.2望远镜系统常用参数 (4) 4.3外形尺寸计算 (6) 4.4伽利略望远镜 (8) 4.5物镜组的选取 (9) 4.6望远镜像差类型及主要结构 (10) 4.7双胶物镜与双分离物镜分析 (12) 4.8内调焦望远物镜分析 (14) 4.9目镜组的选取 (14) 4.10目镜主要像差及分析 (17) 4.11棱镜转像系统 (17) 4.12转折形式望远镜系统 (18) 4.13光学系统初始结构参数计算方法 (18) 4.14应用光学系统中的光栅 (20) 第五部分设计总结 (21) 第六部分参考文献 (21)

一．设计背景在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测与识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等。其中我国以高功率激光科研和激光核聚变研究为目的的光电系统——“神光二号”，颇具代表。“神光二号”对于未来的能源危机和我国的军事领域有着重要意义。二．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，完成望远镜外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或远离设计。了解光学设计中的PW法基本原理。三．望远镜介绍 3.1 望远镜定义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。根据望远镜原理一般分为三种。一种通过收集电磁波来观察遥远物体的仪器。在日常生活中，望远镜主要指光学望远镜。但是在现代天文学中，天文望远镜包括了射电望远镜，红外望远镜，X射线和伽吗射线望远镜。近年来天文望远镜的概念又进一步地延伸到了引力波，宇宙射线和暗物质的领域。或者再经过一个放大目镜进行观察。日常生活中的光学望远镜又称“千里镜”。它主要包括业余天文望远镜，观剧望远镜和军用双筒望远镜。【望远镜基本工作示意图】

光学课程设计望远镜系统结构设计

光学课程设计 ——望远镜系统结构设计姓名：学号：班级：指导老师：

一、设计题目：光学课程设计二、设计目的：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或原理设计。了解光学设计中的PW法基本原理。三、设计原理：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。为了观察远处的物体,所用的光学仪器就是望远镜,望远镜的光学系统简称望远系统. 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.其系统由物镜和目镜组成,当观察远处物体时,物镜的像方焦距和目镜的物方焦距重合,光学间距为零.在观察有限远的物体时,其光学间距是一个不为零的小数量,一般情况下,可以认为望远镜是由光学间距为零的物镜和目镜组成的无焦系统. 常见望远镜按结构可简单分为伽利略望远镜，开普勒望远镜，和牛顿式望远镜。常见的望远镜大多是开普勒结构，既目镜和物镜都是凸透镜（组），这种望远镜结构导致成像是倒立的，所以在中间还有正像系统。物镜组（入瞳）目镜组视场光阑出瞳 1 '1ω 2 '2'ω3 'f物—f目'l z '3 上图为开普勒式望远镜，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。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。伽利略望远镜是以会聚透镜作为物镜、发散透镜作为目镜的望远镜（会聚透镜的焦距要大于发散透镜的焦距），当远处的物体通远物镜(u>2f ）在物镜后面成一个倒立缩小的实像，而这个象一个要让它成现在发散透镜（目镜）的后面即靠近眼睛这一边，当光线通过发散透镜时，人就能看到一个正立缩小的虚象。伽利略望远镜的优点是结构紧凑，筒长较短，较为轻便，光能损失少，并且使物体呈正立的像，这是作为普通观察仪器所必需的。其原理图如下：物镜组目镜组出瞳 '1 F F 2 f 2 d '1 f 伽利略望远镜示意图为了更好的了解望远镜，下面介绍放大镜的各种放大率：望远镜垂轴放大率：代表共轭面像高和物高之比。计算公式如下 1 '2 'f f -=β 望远镜角放大率：望远镜共轭面的轴上点发出的光线通过系统后，与光轴夹角的正切之比。计算公式如下： 2 '1'f f -=γ 望远镜轴向放大率：当物平面沿着光轴移动微小距离dx 时，像平面相应地移动距离dx',

望远镜与显微镜教案教学设计

望远镜与显微镜教学设计一：设计思路：透镜对光的作用和凸透镜成像是本章的核心内容。该章所有教学内容都是围绕这个核心展开。因此望远镜与显微镜是凸透镜成像规律内容的拓展，是利用两个透镜的组合看物体。学习本节知识对学生加深理解凸透镜成像原理，开阔眼界，感受到物理知识与日常生活实际的联系是非常紧密的，了解科学知识的应用，提高自身的科学素质都有益。同时对创造学中的“组合法”有一个浅显认识，以提高创造力和实践能力；本节须突出实践性动手探究活动和“模型”制作来完成学习目标,通过利用自制的望远镜和显微镜来总结出望远镜与显微镜的原理是本节课的重点。二、学情分析：学生已学过透镜对光的作用及凸透镜成像规律，有了一定理解本节内容基础。但由于学校教学器具的缺乏，凸透镜成像规律实验未能完成必要的学生独立探究的过程，理解成像规律不深。而本节的显微镜、望远镜的成像原理又比较抽象，学生在理解上有些困难，对二次成像不是认识能理解好的。为了克服本节学习障碍，能达到基本认识显微镜和望远镜的结构及成像原理的目的，通过利用自制的望远镜和显微镜的组装与探究来总结出望远镜与显微镜的原理，从而激发学生的学习兴趣。三、教学目标：知识与技能：了解望远镜与显微镜的结构和原理。过程和方法：通过自制的望远镜与显微镜来探究望远镜与显微镜的原理,培养学生动手动脑的习惯。

情感、态度、价值观：乐于参与观察、实验、制作等科学实践。四、学重难点：重点：探究并了解望远镜与显微镜的原理。难点：探究望远镜与显微镜的原理。五、教学资源：希沃电子白板手机学生自制望远镜与显微镜六、教学流程图：七、教学过程： (一)导入新课：同学们，上课之前呢先给大家将两个小故事，你们想听故事吗？生：…… 师：小故事1：17世纪初的一天,荷兰小镇的一家眼镜店的主人利伯希,为检查磨制出来的透镜质量,把两个透镜排成一条线,通过透镜看过去,发现远处的教堂塔尖好像变大拉近了,于是在无意中发现了望远镜的秘密.

望远镜的光学系统分类及常见类型

望远镜的光学系统分类及常见类型本篇来自云南北方光学网站望远镜的光学系统，广义上基本上分为折射式，反射式，折反射式，运动望远镜几乎都是折射式，天文望远镜则各种系统都很常见。在实际应用中，由于运动望远镜几乎都是折射式望远镜，并且为了有效降低系统长度和便于携带，大多数运动望远镜都有棱镜系统，按照国际流行的分类方法，运动望远镜的实际分类是按照棱镜系统划分，而天文望远镜，观察镜则按照广义的光学系统分类。本站望远镜的光学系统沿用目前国际流行的分类方法，共分为六种典型结构：折射式普罗棱镜式屋脊棱镜式复合棱镜式牛顿反射式折反射式以下是各种光学系统原理及特点的简单解释：一、运动望远镜的光学系统运动望远镜几乎都是折射式，除了某些特殊产品，为了有效降低系统长度和便于携带，大多数运动望远镜都有棱镜系统，较常见的有屋脊，普罗棱镜。屋脊望远镜采用屋脊棱镜，优点是体积紧凑，便于日常携带使用，缺点是棱镜形状复杂，成本较高。屋脊望远镜优点: ●重量轻，体积紧凑，便于日常携带使用 ●外形美观

屋脊望远镜缺点 ●棱镜复杂，加工成本高，同等口径价格高 ●大口径规格体积优势不再明显普罗望远镜采用直角棱镜，优点是棱镜简单，较低成本即可达到较佳效果，缺点是体积相对比较大。普罗望远镜优点: ●结构简单，成本低 ●同等价格一般光学性能较好普罗望远镜缺点 ●同等口径产品体积重量相对屋脊大 ●体积不能做得很小二、天文望远镜的光学系统折射望远镜折射望远镜采用透镜作为主镜，光线通过镜头和镜筒折射汇聚于一点，称为"焦平面"。长期以来，折射望远镜的薄壁长管结构外观，和百年前伽利略时代无太大区别，但现代的优质光学玻璃、多层镀膜技术使您可以体会伽利略从未梦想过的精彩天空。对于希望简便的机械设计、高可靠性、方便使用的人来说，折射式望远镜是很受欢迎的设计。因为焦距由镜管的长度决定，通常超过4英寸口径的折射望远镜将变的非常笨重和昂贵，这在一定程度上限制了折射望远镜的经济口径，但对于更喜欢操作的易用性和通用性的初学者，折射望远镜仍然是是一个很好的选择。因为具有宽广的视野，高对比度和良好的清晰度，折射望远镜同时也是受欢迎的热门选择。折射望远镜优点: ●易于设置和使用 ●简单和可靠的设计 ●很少或不需要维护 ●观测月球、行星、双星表现出色，尤其是较大口径的产品 ●易于地面观景 ●不需要第二反射镜或中心遮挡，具有高对比度 ●具有较好的消色差设计，和极好的APO高消色差、萤石设计规格

光学课程设计望远镜系统结构参数设计

光学课程设计 ——望远镜系统结构参数设计

一设计背景：在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测及识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等…… 二设计目的及意义（1）、熟悉光学系统的设计原理及方法；（2）、综合应用所学的光学知识，对基本外形尺寸计算，主要考虑像质或相差；

（3）、了解和熟悉开普勒望远镜和伽利略望远镜的基本结构及原理，根据所学的光学知识（高斯公式、牛顿公式等）对望远镜的外型尺寸进行基本计算；（4）、通过本次光学课程设计，认识和学习各种光学仪器（显微镜、潜望镜等）的基本测试步骤；三设计任务在运用光学知识，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或原理设计。并介绍光学设计中的PW法基本原理。同时对光学系统中存在的像差进行分析。四望远镜的介绍 1．望远镜系统：望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜”。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。2．望远镜的一般特性望远镜的光学系统简称望远系统，是由物镜和目镜组成。当用在观测无限远物体时，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔d＝o。当月在观测有限距离的物体时，两系统的光学问隔是一个不为零的小数量。作为一般的研究，可以认

光学望远镜系统的设计

光学望远镜系统的设计【摘要】运用光学知识，在了解望远镜工作原理的基础上，根据开普勒望远镜的主要参数，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易设计。【关键词】望远镜设计；视放大率；凸透镜；焦距 1引言

上图中物镜框为孔径光阑，也是入射光瞳，出射光瞳目镜像方焦点外，观察者再次观察成像情况，望远镜系统的视场光阑设在物镜的像平面处。下面介绍望远镜系统中的光学参数。（1）望远镜系统的放大率分别为：轴向放大率α= f2f1 2 垂轴放大率β=?f2f1 角放大率γ=?f1f2 且这三种放大率之间的关系为αγ=β，可见它们仅仅取决于望远镜系统的结构参数。（2）望远镜系统的视放大率对于目视光学仪器来说，更有意义的特性是它的视放大率。由于物体位于无限远。物体对人眼所成张角θ眼和对仪器的张角θ是相等的，即θ眼=θ，物体通过望远镜对人眼的张角θ眼‘ 等于仪器像方视场角θ′，即θ眼’ =θ‘。望眼镜的作用是把视角从原来的θ放大到θ’。设视场光阑的孔径为D 0。则： tan θ=?D 02 f 1=?D 02f 1 tan θ′=?D 02 f 2=?D 02f 2 所以望远镜的视放大率为：Γ= tan θ′ tan θ=?f 1f 2 于此可见欲增大视放大率，必增大物镜的焦距或减小目镜的焦距。（3）望远镜的极限分辨角表示观测仪器精度的指标是极限分辨角。若以60''作为人眼的分辨极限，为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Φ应满足 ΦΓ=60'' 所以，若要求分辨角减小，视放大率应该增大。或者说望远镜视放大率越大，它的分辨角即精度越高，人眼极限分辨角为 α=1.22λ/D （4）望远镜的结构尺寸当光学间隔?=0时，目镜观察中间实像应是实像位于目镜的焦平面上，因此从物镜到目镜为望远镜的筒长L =f 1+f 2。 3设计内容（1）望远镜外形尺寸设计设计一个开普勒式望远镜，其主要要求如下：

光学课程设计报告

光学课程设计报告姓名: 班级: 学号:

一．设计目的（1）重点掌握设计光学系统的思路。初步掌握简单的、典型的系统设计的基本技能，熟练掌握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，如数据结果处理、像差曲线绘制、光学零件技术要求等。（2）在熟练掌握基本理论知识的基础上，通过上机实训，锻炼自己的动手能力。在摸索的过程中，进一步培养优化数据的能力和理论联系实际的能力。（3）巩固和消化应用光学和本课程中所学的知识，牢固掌握典型光学系统的特点，并初步接触以后可能用到的光学系统，为学习专业课打下好的基础。二．设计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）三．技术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。

七．上机结果 1．物镜（1）优化前数据程序注释：设计时间：2013年4月10日星期三 08:59:50 下午 -------输入数据-------- 1.初始参数物距半视场角(°) 入瞳半径 0 4 15 系统面数色光数实际入瞳上光渐晕下光渐晕 7 3 0 1 -1 理想面焦距理想面距离 0 0 面序号半径厚度玻璃 STO 84.5460 5.741 1 2 -44.9920 2.652 K9 3 -134.9690 56.800 F5 4 0.0000 33.500 1 5 0.0000 4.000 K9 6 0.0000 33.500 1 7 0.0000 12.630 K9 ☆定义了下列玻璃:

华中科技大学光学课程设计报告

光学课程设计报告姓名：罗风光学号：U201013534 班级：光电1005

一、课程设计要求 (3) 二、设计步骤 (3) 1. 外形尺寸计算 (3) 2. 选型 (5) 3. 物镜设计 (5) （1）初始结构计算 (5) i. 求h、hz、J (5) ii. 平板的像差 (5) iii. 物镜像差要求 (6) ?求P、W (6) ?归一化处理 (6) ?选玻璃 (7) ?求Q (7) ?求归一化条件下透镜各面的曲率及曲率半径 (7) ?玻璃厚度 (8) （2）像差容限计算 (8) （3）像差校正 (9) （4）物镜像差曲线 (11) 4. 目镜设计 (12) （1）初始结构计算 (12) i. 确定接眼镜结构 (12) ii. 确定场镜结构 (14) （2）像差容限计算 (15) （3）像差校正 (16) 三、光瞳衔接 (19) 四、像差评价 (20) 五、总体评价 (20) 六、零件图、系统图 (20) 七、设计体会 (23) 八、参考资料 (24)

一、课程设计要求设计要求：双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I 型棱镜转像。 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、l z ′>8～10mm 二、设计步骤 1. 外形尺寸计算物镜焦距' 14120f D mm =?= 出瞳直径' 5D D mm = =Γ 目镜焦距'' 12120206 f f mm ===Γ 分划板直径' 21216.7824D f tg mm =ω= 分划板半径2 8.39122 D = 由设计要求：视场边缘允许50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%的光，利用平板拦去透镜上部的25%的光，这样仅有透镜中间的50%的光能通过望远系统。 7.51208.39127.5120 h a --= -

10倍的双目望远镜_光学设计

设计一个8倍的双目望远镜设计题目要求: 设计一个8倍的双目望远镜,其设计要求如下: 全视场:2ω=5o; 出瞳直径:D ′=5mm; 出瞳距离:l z ′=20mm; 分辨率:α=6";(R=5") 渐晕系数:K =0、64; 棱镜的出射面与分划板之间的距离:a =10mm; 棱镜:o 60-LJ D 屋脊棱镜;L=2、646D 材料:K10; 目镜:2-35 一、目镜的计算目镜就是显微系统与望远系统非常重要的一个组成部分,但目镜本身一般并不需要设计,当系统需要使用目镜时,只要根据技术要求进行相应类型的选取即可。 1、首先根据已知的视觉放大倍数Γ及视场2ω,求出2'ω '1159)(22tg ?=?Γ='??' = Γωωωωtg arctg tg 2、因为目镜有负畸变(3%~5%),所以实际应取: '962%5)(2)(22?=??Γ+?Γ='ωωωtg arctg tg arctg 3、根据实际所需要的2'ω数值。出瞳直径值及镜目距值等,来选择合适的目镜类型。在本次设计中所需的目镜的结构形式应该作为已知条件给出,如:目镜2-35。图2-1 目镜2-35(结构图见2-1)

此外设计手册中还提供有相关的结构数据参数表2-1及主要的系统数据; 表2-1 0.6,298.7,502,00.25==?==''d s f f ω等。从图2-2中我们不难发现该目镜的出瞳位于整个系统的左侧,而在目镜的实际运用中,出瞳应位于系统右侧。此种情况相当于将目镜倒置,故而它所给出的298.7='f s 我们不能直接加以运用,这里f s '就是指F '与目镜最后一面之间的距离。 4、将手册中给的目镜倒置: 由于将目镜倒置,则目镜的数据将发生一定的变化,以目镜2-35为例,原来的第一个折射面(650.1081=r )变为第八个面(650.1088=r ),原来的第二个折射面(31.332-=r )变为第七个折射面(31.337-=r )……,以此类推。值得注意的就是:不但折射面的次序发生变化,与此同时其半径的符号也将发生相应的改变,原来为正,则现在为负。倒置后的新的数据如下表2-2所示: 5、进行追迹光线,求出倒置后的f s :

光学课程设计--双筒棱镜望远镜设计

《光路设计》课程设计报告题目：双筒棱镜望远镜设计院（系）：信息科学与工程学院专业班级：光电1202班学生姓名：学号：20101182117 指导教师： 20 14 年 12 月 29 日至20 15 年 1 月 9 日

目录设计任务与要求 (3) 设计步骤 (4) 一、外形尺寸计算 (4) 二、光学系统选型 (6) 三、物镜的设计 (7) 1、用PW法计算双胶合物镜初始结构： (7) （1）求h，z h，J (7) （2）求平板像差 (7) （3）求物镜像差 (7) （４）计算Ｐ，Ｗ (8) （５）归一化处理 (8) （６）选玻璃 (8) （７）求形状系数Ｑ (9) （８）求归一化条件下透镜各面的曲率 (9) （９）求薄透镜各面的球面半径 (9) （１０）求厚透镜各面的球面半径 (9) 2、物镜像差容限的计算 (10) 3、物镜像差校正 (11) 4、物镜像差曲线 (13) 四、目镜的设计 (14) 1、用PW法计算凯涅尔目镜初始结构 (14) （１）接目镜的相关参数计算 (14) （2）场镜的相关参数计算 (15) 2、目镜像差容限的计算 (16) 3、目镜像差校正 (17) 4、目镜像差曲线 (20) 五、光瞳衔接与像质评价 (20) 1、光瞳衔接 (20) 2、像质评价 (21) 3、总体设计评价 (21) 学习体会 (22)

设计任务与要求设计题目：双筒棱镜望远镜设计设计技术要求：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

伽利略望远镜设计

伽利略望远镜设计报告 1. 总体设计要求及方法课题要求设计一个伽利略望远系统，要求：放大倍率为5X ，筒长为250mm ，物镜最大直径不大于25mm ，接受器为人眼。伽利略望远镜是由正光焦度的物镜和负光焦度的目镜组成，其放大倍率大于 1。光路图如下：图 1 伽利略望远镜光路图为对光学系统进行迭代设计和优化，采用光学设计软件Zemax 对望远镜的物镜、目镜分别进行建模和优化，以取代繁琐复杂的光路计算。之后再将二者组合建模，并对最后的成像质量进行详细的评价。 2. 光学系统设计初步参数设计根据系统设计要求，镜筒长度250mm ，而物镜到目镜的间距为： 'o e l f f =- 视觉放大率要求为5x ，故有： '/5o e f f = l 应当略小于筒长，因此将l 设计为240mm ，计算得出物镜焦距f o ’为300mm ，目镜焦距f e 为60mm 。伽利略望远镜一般以人眼作为视场光阑，物镜框为视场光阑，同时为望远系统的入射窗。由于视场光阑不与物面重合，因此伽利略望远镜

一般存在渐晕现象。出瞳应位于人眼观察处，为方便观察，设定出瞳距离目镜15mm 处，物镜的直径为25mm ，因此出瞳据物镜距离为： ''2z o e z l f f l =-+ 当视场为50%渐晕时，望远镜的视场角为： tan Z D l ω= 计算得出望远镜的视场角ω为°，可见伽利略望远镜的视场非常小。物镜设计结构选择一般有三种结构形式：折射式、反射式和折返式。而一般军用光学仪器和计量仪器中使用的望远镜物镜为折射式物镜。单透镜的色差和球差都相当严重，现代望远镜一般都采用两块或多块透镜组成的镜组。其中又可分为双胶合物镜、双分离物镜、三分离物镜、摄远物镜，如下图所示。图 2 常见的物镜结构双胶合物镜是最简单和常用的望远物镜，由一个正透镜和一个负透镜胶合而成。双胶合物镜的优点为结构简单，制造和装配方便。通过选择材料以及弯曲镜面可以矫正透镜组的球差、彗差和轴向色差。优化设计根据前面的计算，物镜焦距f o ’设计为300mm ，最大口径为25mm 。目视光学系统，波段选取为可见光波段μμm，并将人眼敏感的绿光μm 设为主要计算波段，如下图所示：

光学设计实验望远镜系统设计实验

光学设计实验报告——望远镜系统设计姓名：任定伟学号：B09010312 班级：B090103

目录一、ZEMAX仿真二、设计优化三、数据比较和优化后参数四、公差分析五、光学系统图六、设计心得体会

一ZEMAX仿真一、本次设计要求如下： 1.焦距为100mm； 2.光源为无穷远处; 3.像空间F/﹟=4，相对孔径1/4 4.前一块玻璃为BAK1,后一块玻璃为F2 5.全视场角为8度先打开ZEMAX软件，根据设计要求修改系统设定,包括系统孔径,镜头单位，视场，和波长。望远镜物镜要求校正的像差主要是轴向色差、球差、慧差。根据要求采用的是折射式望远双胶合型（1）修改系统设定。首先，根据要求的设计参数计算物方孔径EPD。提供的有效焦距efl为100mm，像空间F/﹟=4。由公式，得物方孔径EPD约等于25。在ZEMAX主菜单软件中，选择系统>通用配置，在弹出的对话框中，选择图象空间F/#，数值选择4。

（2）视场设定。在ZEMAX主菜单软件中，选择系统>视场，在弹出的对话框中，视场类型选择角度，并输入三组视场数据，(0,8), (0, 2.8)和 (0,4)。第三步，波长设定。在ZEMAX主菜单软件中，选择系统>波长，在弹出的对话框中，单击选择完成配置，然后单击确定。

系统配置完毕，即可在LDE中输入数据。选择分析>草图>2D草图，将出现2D草图LAYOUT。第二部分设计优化从2D草图可以看出，镜头的性能参数并非最优。选择编辑——》优化函数，反复进行修改权重，直到mtf达到最优。

选择工具 > 优化 > 优化在弹出的窗口中执行最终优化当优化开始时，ZEMAX 首先更新系统的评价函数。第四部分：数据比较与优化后参数优化后2D草图：