10倍的双目望远镜_光学设计
双筒望远镜参数说明
望远镜参数说明望远镜参数说明倍率：指将景物拉近的能力。
例:一台10x42的望远镜，望远镜的倍率是10或者10x10倍就是说可将1000米外景物“拉近”到100米处。
其实际观察大小等于我们走近到100米外观景。
放大率越高，所见景物越大。
倍率较高会使背景较黑，高倍率会令影像变得较朦亦会将手震幅度放大，使影像摇动不已。
一般来说10倍乃是一般人之极限。
低倍率情况下影像较光，亦较清晰锐利，色差及其他像差亦较少。
物镜口径：物镜的直径大小例:一台10x42的望远镜，物镜是42MM。
口径越大，集光力越高，所见暗星越多，影像越亮，解像度越高越锐利。
但一阔三大，重量也更大，而且大镜较难研磨。
4cm级较轻便，但所见暗星不及5cm级。
3cm级集光力比较弱，但较轻巧，日间观鸟比较方便。
比5cm大的机型都较重，而且较难保持平衡，需用脚架支撑。
总的来说，8x40/10x40等机型较方便，适合一般用途。
8x30机型最适合观鸟。
视场(Field of View)视场即是我们观景的范圉，视场越大，观测范圉越大。
如下图所示，表示看1000米以外的景物，能看到的宽度是120米。
视距(Eye Relief)视距指在能够清晰看到整个视场下，眼睛和目镜之间最短距离。
视距长度以mm 表示，取决於目镜设计。
视距太短时，若眼睛不是贴近目镜玻璃便导致视野边缘失光，不合戴眼镜人仕使用；视距太长，影像容易有黑影出现，但只要将眼杯拉长问题即可解决。
戴眼镜人仕请选视距14mm以上之型号（详见下图）：计算：物镜口径(mm) /倍率当你手持双筒望远镜，你会见目镜中央有一个圆形光点，其余地方为黑色，这光点就是出射光瞳。
优质的望远镜出射光瞳为一个完美清晰的圆形光点，位处中央，周围呈黑色。
出射光瞳越大，代表影像亮度越亮，清晰度越高，而且眼球较易看到影像，此种望远镜适合海事、环境不断晃动场合下使用。
出射光瞳太细会使影像难于对准观测，但是出射光瞳超过7mm后，一部分光线便会散失掉，造成浪费。
设计一个8倍的双目望远镜,光学设计
如何进行光线追迹？我们以一个具体的双胶合物镜为例进行一下说明（见表2-4）
例如一双胶合物镜的初始结构参数如下所示（见表2-3）：
表2-2
157.04
6.0
1.4874
70.0
-17.989
1.8
1.7280
28.3
25.53
10.0
1.4874
70.0
-25.53
齐鲁工业大学课程设计专用纸成绩
课程名称应用光学指导教师
院 （系）理学0
课程设计题目设计一个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=6.5º；
出瞳直径：D´=5mm；
出瞳距离：lz´=20mm；
分辨率：α=6"；
0.2
1
50.93
5.5
1.5524
63.3
-50.93
0.2
1
25.24
5.3
1.5524
63.3
∞
表2-3
62.5
4.0
1.51633
-43.65
2. 5
1.67270
-124.35
表2-4
1
2
3
183.547
343.967
97.009
注意：计算过程中至少保留六位有效数字。
采用与以上相同的方法就可得到目镜倒置后的 值（指焦点F与目镜最后一面的距离，也即指当平行光入射目镜系统是追迹光路中的最后一个面的像距 值）。
求的 =3.
四、计算棱镜
由于亥普勒望远镜系统成倒像，故尚需在整个系统中加入一转像系统，在本次设计中，我们加入的是棱镜转像系统。棱镜转像系统应置于物镜的像平面附近，为了不使棱镜上的疵病反映到物镜中，还要使棱镜离开像平面一定距离，即题中所给出的a值。如果无特殊要求，棱镜的位置应位于横向尺寸最小的地方。
双筒望远镜是如何制造的？
双筒望远镜是如何制造的？有趣的是，双筒望远镜这种经典的大口径望远镜不仅历史悠久，而且有着独特的制作工艺。
下面就来具体介绍一下双筒望远镜是如何制造的。
一、选材加强望远镜透镜结构和性能是望远镜制造过程中最重要的一步，双筒望远镜制造过程中，光学工程师首先要采购适合望远镜制造的透镜组件。
一般来说，多为球形透镜，以及双玻片透镜的设计和制造一枚刚合一的折射透镜系统。
这些透镜的原料，多为玻璃和陶瓷材料，其中用于制作不同曲率的透镜的玻璃原料特别严格，特别是非球面形状的透镜，其材料更加严格，必须具备等效径、表面光洁度、表面波动度等特性，在采购时，需要精心筛选。
二、制造在选料完成以后，开始进行双筒望远镜制造。
从浇注透镜开始，对玻璃原料应进行高温熔融，并用塑性变形成型，将透镜生产成球体状。
然后开始抛光，将表面抛光后变得光滑。
抛光这一步骤可以有效提高表面光洁度，把原来比较粗糙的外宽光洁度由百分之几提高到百分之九十以上，使得球面看上去变得极光滑，然后是抛光膜的处理，将此膜盖在表面，处理后表面散射变小，更进一步反映出透镜本身的质量。
接下来是装订这一步，主要就是将透镜组件进行拼接，组装成一个最佳光学性能完整的双筒望远镜。
三、检测最后一步就是检测，主要是要检测双筒望远镜制造过程中是否有瑕疵以及防止人造缺陷对图像质量的影响。
一般情况下，会使用测量仪器检测裂痕、缺口等，以及反射率，衍射率，像差符合要求，等等。
只有通过检测，才能确保双筒望远镜的最终产品达到技术指标要求，满足观测需求。
总之，双筒望远镜制造工艺非常复杂，不仅选料要求严格，而且每一步技术都极度苛刻。
在制造过程中，光学工程师必须仔细控制技术参数，进行多次检测，确保最终产品达到观测性能要求。
10倍物镜参数表
10倍物镜参数表以下是10倍物镜的参数包括：放大倍数：10倍数值孔径（NA）：0.25镜筒长度：160mm盖玻片标准厚度：0.17mm有效工作距离：6.5mm请注意，这些参数可能因不同的显微镜型号和制造商而有所差异。
在选择和使用物镜时，应根据具体的应用需求和显微镜的类型来确定合适的参数。
10倍物镜的参数包括：放大倍数：10倍数值孔径（NA）：0.25镜筒长度：160mm盖玻片标准厚度：0.17mm有效工作距离：6.5mm请注意，这些参数可能因不同的显微镜型号和制造商而有所差异。
在选择和使用物镜时，应根据具体的应用需求和显微镜的类型来确定合适的参数。
例：10倍物镜上标有10/0.25和160/0.17，其中10为物镜的放大倍数；0.25为数值孔径；160为镜筒长度（单位mm）；0.17为盖玻片的标准厚度（单位mm）。
10倍物镜有效工作距离为6.5mm，40倍物镜有效工作距离为0.48mm。
物镜的工作距离与物镜的焦距有关，物镜的焦距越长，放大倍数越低，其工作距离越长。
物镜的放大倍数有两种表示方法，一种是直接在物镜上刻度出如8×、10×、45×等；另一种则是在物镜上刻度出该物镜的焦距f，焦距越短，放大倍数越高。
前一种物镜放大倍数公式为M物=L/f物，L是光学镜筒长度，L 值在设计时是很准确的，但实际应用时，因不好量度，常用机械镜筒长度。
机械镜筒长度是指从显微镜目镜接口处之直线距离。
每一物镜上都用数字标明了机械镜筒长度。
由于物镜的像差是依据一定位置的映像来校正的，因此物镜一定要在规定的机械镜筒长度上使用，一般显微镜的机械镜筒长度多为160mm、170mm、190mm。
数值孔径表征物镜的聚光能力，是物镜的重要性质之一，通常以“NA”表示。
物镜的数值孔径大小决定了物镜的分辨能力（鉴别）及有效放大倍数。
扩展资料物镜的作用是将标本作第一次放大，是决定显微镜性能的最重要的部件—分辨力的高低。
双筒望远镜原理
双筒望远镜原理双筒望远镜是一种常见的光学仪器，它利用透镜和棱镜的组合来放大远处物体的影像，使人们能够清晰地观察远处的景物。
它的原理主要包括物体成像、放大和观察三个步骤。
首先，让我们来了解一下双筒望远镜的物体成像原理。
当远处的物体发出光线时，这些光线会进入望远镜的目镜。
目镜中的凸透镜会将光线聚焦在焦平面上，形成一个倒立的实物像。
这个实物像是由透镜折射光线形成的，它的位置和大小与物体的位置和大小有关。
然后，这个实物像会通过物镜成像，形成一个放大的倒立虚像。
物镜是双筒望远镜中的主要透镜，它起到了放大和成像的作用。
通过物镜的放大作用，我们能够看到一个比实物更大的虚像，这样就实现了对远处物体的放大观察。
其次，双筒望远镜的放大原理是通过目镜和物镜的组合来实现的。
目镜和物镜分别起到了不同的作用，共同完成对远处物体的放大观察。
目镜是用来观察物体的，它通常采用较小的凸透镜，使观察者能够看到一个清晰、放大的虚像。
物镜则是用来成像的，它通常采用较大的凸透镜，使远处的实物像能够被放大成一个更大的虚像。
通过这两个透镜的组合作用，双筒望远镜能够将远处的物体放大数十倍甚至数百倍，使我们能够观察到肉眼无法看到的细节。
最后，我们来谈一谈双筒望远镜的观察原理。
双筒望远镜通常采用两个平行放置的目镜，使观察者能够同时用两只眼睛观察远处的景物。
这种双目观察方式可以减轻眼睛的疲劳，提高观察的舒适度。
同时，双筒望远镜还采用了一种特殊的棱镜系统，使左右眼看到的影像能够合并成一个立体的影像，这样就能够更加生动地观察远处的景物。
总的来说，双筒望远镜的原理是通过透镜和棱镜的组合来实现对远处物体的放大观察。
它通过物体成像、放大和观察三个步骤，使我们能够清晰地观察远处的景物，是一种非常实用的光学仪器。
希望通过本文的介绍，能够让大家对双筒望远镜的原理有一个更加清晰的认识。
双目大出瞳直径光学系统观察舒适性设计
双目大出瞳直径光学系统观察舒适性设计刘效东;侯建伟;朱佳丽;邱卫根;孙建华【摘要】通过介绍人眼双目视觉的原理，重点对双目大出瞳直径光学系统中会聚角和聚焦差的影响进行了分析，剖析了其影响舒适性观察的因素和设计误区，指出设计双目大出瞳直径光学系统时应考虑不同瞳距以及非零视度观察仪器的情况，避免会聚角太大或为负值。
会聚角应控制在（0～4）m －1（光焦度）范围内；而聚焦差越小越好，不应大于2 m －1。
%Based on the binocular visiontheory ,the effects of the convergence angle and the fo‐cusing difference of the binocular optical system with large exit pupil wereanalyzed .Further‐more ,the factors and the misunderstanding of design w hich could influence the visual comfort w ere also analyzed .It is pointed out that different pupil distances and the condition of nonzero visibility observation instrument should be considered .The result shows that the convergence angle should be controlled betw een 0~4 m -1 ,and the binocular focusing difference should be 0~2 m -1 w hich is the smaller ,the better .【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P15-18)【关键词】双目视觉;舒适性;会聚角;聚焦差【作者】刘效东;侯建伟;朱佳丽;邱卫根;孙建华【作者单位】江苏北方湖光光电有限公司，江苏无锡214035;上海理工大学光电学院，上海210093;江苏北方湖光光电有限公司，江苏无锡214035;江苏北方湖光光电有限公司，江苏无锡214035;江苏北方湖光光电有限公司，江苏无锡214035【正文语种】中文【中图分类】TN202;TH745.1引言在通常的光学观察仪器中，为了实现较长时间的舒适观察，往往采用双目光学结构形式。
2024-2025学年物理人教版八年级上册 5.5 跨学科实践制作望远镜 课件
填“放大”“等大”或“缩小”)的像。
“不同”)焦距的凸透镜。
11.如图为某望远镜内部的部分光路图,物镜是凸透
镜,O为光心,F为物镜焦点,焦距为500 m。
(1)在图中画出光线a、b经物镜折射前的入射光线。
如答案图所示
(2)目镜是
凹
(选填“凹”或“凸”)透镜。
(3)用此望远镜观测月球时,月球经物镜成一个
倒立 (选填“倒立”或“正立”)、 缩小 (选
什么望远镜看不到很远处的任何物体呢?难道是……”请你替
小明完成这句话:难道是 因为这两个凸透镜规格相同 ?带着
猜想,小明在课堂上与同学们经过了激烈的讨论,针对猜想进行
了科学探究中的 设计实验与制定计划、进行实验与收集证据、
分析与论证、评估、交流与合作
几个环节,
最终确定了制作望远镜时,应选两个 不同 (选填“相同”或
)
A.远处的物体经过物镜成像在物镜的焦点附近
B.眼睛看到的是远处物体的倒立的实像
C.此时物镜和目镜之间的距离约为25 cm
D.物镜的作用相当于照相机,使远处的物体成像
在距离眼睛很近的位置
(
B
)
5.如图所示,小高找到两个焦距不同的放大镜模拟望
远镜观察远处的景物,其中较远的物镜的作用是使
物体成倒立、 缩小 (选填“放大”或“缩小”)
第5节
跨学科实践:制作望远镜
【项目提出】
根据透镜成像的知识,制作一个望远镜。
【项目分析】
要制作望远镜,需要完成以下任务:
1.了解望远镜的基本原理。
2.设计一个望远镜,能够用它观察校园内远处的物体。
3目实施】
1.了解望远镜的基本原理
(1)望远镜
怎么去做双头望远镜的原理
怎么去做双头望远镜的原理
双头望远镜的原理是利用两个目镜和一个物镜来实现双目立体观察。
具体步骤如下：
1. 在物镜上设置一个中间反射镜，使其倾斜45度。
2. 光线从外界入射到物镜上，并经中间反射镜反射。
3. 反射后的光线继续进入两个目镜，通过目镜的屈光系统使光线聚焦到视网膜上形成像。
4. 由于中间反射镜的倾斜作用，光线在进入目镜前被左右分离，经两个不同的光路进入左右眼的目镜分别形成像。
5. 通过两目镜形成的两个像在人眼视觉系统中融合，产生立体观察效果。
需要注意的是，为了保持双目望远镜的准确度和观察效果，物镜和两个目镜之间的光路长度需要保持一致，同时各光学元件的质量和制造精度也对观察效果有重要影响。
此外，双头望远镜还需要辅助调焦机构来使两个目镜能够分别对焦，以适应不同的视力差异。
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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 tg2、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 arctg3、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2-10.6,298.7,502,00.25==︒==''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 :追迹过程:用MATLAB编写程序如下l=1;u=0;y=5;r=[-33、310 24、910 -24、910 41、72 -21、810 -108、650 33、310 -108、650]; d=[2、5 13、5 0、2 11、5 2 0、2 6];n=[1 1、6199 1、5163 1 1、5163 1、6199 1 1、5163 1];len=length(r);for j=1:lenfprintf('%d surface :\n',j);if l>=10000000000u=0;if r(j)==0continue;elsei=y/r(j);i2=i*n(j)/n(j+1);u2=i+u-i2;l2=i2*r(j)/u2+r(j);endelseif r(j)==0i=-u;i2=i*n(j)/n(j+1);u2=-i2;l2=l*u/u2;elsei=u*(l-r(j))/r(j);i2=i*n(j)/n(j+1);u2=i+u-i2;l2=i2*r(j)/u2+r(j);endendfprintf('l=%f,u=%f,i=%f,i2=%f,u2=%f,l2=%f\n',l,u,i,i2,u2,l2); if length(d)>=j l=l2-d(j); else l=l2;fprintf('finished:Sf=%f',l); end u=u2; end追迹结果:1 surface :l=1、000000,u=0、000000,i=-0、300210,i2=-0、185326,u2=-0、114884,l2=-87、044473 2 surface :l=-89、544473,u=-0、114884,i=0、527859,i2=0、563924,u2=-0、150949,l2=-68、150078 3 surface :l=-81、650078,u=-0、150949,i=-0、343833,i2=-0、521354,u2=0、026572,l2=463、842376 4 surface :l=463、642376,u=0、026572,i=0、268724,i2=0、177223,u2=0、118072,l2=104、340746 5 surface :l=92、840746,u=0、118072,i=-0、620680,i2=-0、580985,u2=0、078377,l2=139、861723 6 surface :l=137、861723,u=0、078377,i=-0、177826,i2=-0、288060,u2=0、188611,l2=57、288022 7 surface :l=57、088022,u=0、188611,i=0、134638,i2=0、088794,u2=0、234455,l2=45、925301 8 surface :l=39、925301,u=0、234455,i=-0、320609,i2=-0、486140,u2=0、399985,l2=23、402553 finished:Lf=23、402553得到目镜倒置后的f s 值为23.402553=f S (指焦点F 与目镜最后一面的距离,也即指当平行光入射目镜系统就是追迹光路中的最后一个面的像距l '值)。
6、计算出瞳距p ':望远系统的简单结构图如下所示:图2-2由于一般情况下望远系统的孔径光阑就是物镜的边框,则根据出瞳的定义:孔径光阑经后面的光学系统在像空间所成的像就是出瞳,如上图所示。
则有:1f x '≈ f s p x -'='公式中的x x ',分别就是指计算出瞳位置时的物距与像距。
则根据牛顿公式f f x x '='有:Γ'+='⇒⇒Γ'=-'⇒⇒'-=-''-22221)()(f s p f s p f s p f f f f根据所求得的出瞳距p '=25、902553,与题目要求的出瞳距值进行比较。
发现二者比较接近,则认为所选择的目镜基本满足要求,从而最后确定了目镜的结构类型。
二、选择物镜的结构形式以及一些主要数据 1、根据目镜焦距2f '求取物镜焦距1f ':'1f ='2f ⨯Γ=25、00x10=2502、求物镜的视场2ω:从题意中得出。
2ω=5º3、求物镜的通光孔径:Γ⨯'=⇒⇒'=ΓD D D D求得D=50mm公式中的d D ='(就是题中所给出的出瞳直径值)4、 求取物镜的相对孔径f D ':D/f '=50/200=0、25mm5、根据题目所给出的视场大小及相对孔径的大小选择物镜所需的结构形式。
在本次系统设计中由于所设计的系统的视场不大,相对孔径也不大,故可选用双胶合物镜。
双胶合物镜的结构形式如下图2-3所示:图2-36、物镜设计选择K9(51630.1=n ,1.64=ν)与 F5(62420.1=n , 9.35=ν)作为材料 求得:0156006.01=ϕ 008162145.02-=ϕ使正透镜厚度 d=6mm 负透镜厚度 d=3mm 、 使r 1= -r 22111111r n r n -+-=ϕ得 21r r -==66、19mm 3222211r n r n -+-=ϕ得 1616.4923-=r mm 、三、计算分划板 1、计算分划板直径:12tg f D '⨯=ω分=17、46mm2、查表求取分划板厚度分d 及其公差值。
0221121=++=υϕυϕϕϕϕ所求的厚度及公差值为2±0、33、求鉴别率α:αD=14''求的α=8.2"四、计算棱镜由于开普勒望远镜系统成倒像,故尚需在整个系统中加入一转像系统,在本次设计中,我们加入的就是棱镜转像系统。
棱镜转像系统应置于物镜的像平面附近,为了不使棱镜上的疵病反映到物镜中,还要使棱镜离开像平面一定距离,即题中所给出的a值(棱镜出射面与分划板的距离)。
如果无特殊要求,棱镜的位置应位于横向尺寸最小的地方。
1、棱镜的选择本课程设计中棱镜的类型及所用光材已作为已知条件给出。
而各种常见的棱镜结构示意图位于《光学仪器设计手册》上册P83页的图表中,此外在图标中还标明了棱镜各参数的数值大小。
D屋脊棱镜;L=2、646D本设计中棱镜的类型采用的就是oLJ60-图2-42、棱镜的展开:图2-5,展开长度: L=2、646D ,d 就是棱镜的等效空气平板厚度, K=0、64 就是渐晕系数; a =10mm 棱镜的出射面与分划板之间的距离02908.02'131=-=f D KD tg ααtg d a D D ）（23++=nD n Ld 646.2==棱镜材料选择K9,n=1、5163、由上述可求得:mm L 1303105.53=mm d 039445.35=mm d a f 960555.204t '1=--=mm tg a D D p 0416.18232=⨯⨯+=αmm tg d D D p p 079482.20221=⨯⨯+=αmm nL l 050828.33)11('=-=∆五、10倍双目望远镜光学系统结构通过以上分析,初步确定系统结构形式如下图所示:最终计算结果:目镜:f’=25mm ω'2=962'︒镜目距: P ’=25、902553mm物镜:f’=250mm 2ω=5º D=50mm 分划板:D=16、35mmo 60-LJ D 屋脊棱镜棱镜: D1=079482.20mm D2=0416.18mm L=1303105.53mm物镜到棱镜第一面距离:t=204、960555mm通过以上分析,初步确定系统结构形式如下图所示:图7 10倍双目望远镜光学系统结构简图六、设计总结此次光学设计我感受颇多,真正感受到自己知识的不足,以前听课时记得很熟的东西,已经记不起多少了,基本的问题还好解决,但就是难度大一些的问题,就只能查找答案了,光学系统的设计一定要根据参数选择合适的棱镜组合方案,根据数据求出每一个量。