深圳大学望远系统的搭建和参数测量解析

第4章望远系统视度、视差检验§4-1望远系统视度检验1、视度的概念1、人眼的视度正常眼远视眼近视眼以上均以放松状态下的视度，称为远点视度。

2、人眼的调节视度与年龄有关，见表101520253035404550 -14-12-10-7.8-7.0-5.5-4.5-3.5-2.5 SD明=SD远+SD调 SD近=SD远+SD调正常眼，年龄40SD明=0+（-4.5）=-4.5近视眼，年龄40（200度）SD明=-2+（-4.5）=-6.53、视度的单位（虚光度）SD=1/L米（L以米为单位）SD=1000/L(mm)（L以毫米为单位）200度近视镜SD=1/0.5=24、人眼不用调节可看清朝米以外物体为0.2屈光度2、目视仪器的视度目镜出射光束的会聚和使散程度1、望远系统的视度1）有分划板2）无分划板2、望远镜移动量与视度bl=-f'目2b=-= -f'目2SD（f'目以m为单位）b=-SD （f'以mm为单位）3、公称尺过与公公差1）可调视度公称尺寸：±0.5（届光度）公差：零视度±0.5其它视度：D'≥3mm ±0.5D <3mm ±12)固定视度公称尺寸 -0.5—-1公差±0.53、视度检验1、 普通视度筒（±1.5—±2.5）1）原理xx'=-f'2-x-f+x'=-l+cx=l+f'-c+x'x'=-=普通视度角技术数据视放大倍率视场物镜焦距视度刻度值范围格值4x12°7’80.08±2.50.256x8°30’124.64±2.50.25 2）方法（1）调节视度简日镜，使分划板最清楚（2）被测系统视度规零（3）将被测系统放在平行光管前，光轴基本重合，将视度筒物镜和被测系统出基本重合（4）移动视度筒物体，使被测系统及平行光管划板象重合（5）看视度筒视度刻度是否为零（6）其它视度同样3）误差分析（1）清晰度法(2)清视差法D1T1.5234564X0.420.250.130.080.060.04 6X0.110.090.050.03 2、大量程视度角±6.5——±7.5由于视度角的物镜是按望远镜设计的，在于行光入射的条件下使用，如偏离较大，象质明显变坏，故普通视度筒测量范围为±1.5—±2.5。

课程名称：应用光学实验项目名称：望远系统的搭建和参数测量实验统的物空间，由于前面没有成像物件，故物镜的边框的像L 1′就是自身，即D 1′=D 物镜。

将目镜的边框经过前面的光学系统物镜成像到系统的物空间，设像为L 2′，通过公式可计算出D 2′，通过比较D 1′和D 2′的大小即可确定孔径光阑。

若D 1′大于D 2′，即目镜为孔径光阑；若D 1′小于D 2′，即物镜为孔径光阑。

3.望远镜出瞳直径和出瞳距离在几何光学中把孔径光阑经过它的前方所有的光学系统部分所成的像称为入瞳，把孔径光阑经过他的后方所有的光学系统部分所成的像称为出瞳。

由于孔径光阑的前方已没有其他光学系统，因此这个光学系统的入瞳就是孔径光阑本身（即物镜框）。

孔径光阑经过它后方所有光学系统所成的像就是出瞳。

出瞳到目镜最后一个表面上的距离就是出瞳距。

4.望远系统视场角与视场光阑物镜的后焦平面上可以放置分划板，分划板框即是视场光阑。

视场光阑的位置和孔径将直接限制物面或像面的成像范围。

当系统对远距离物体成像时，视场的大小往往用视场角表示，如下图。

图2 开普勒望远镜的光束限制图tanω=y ′f 1′ = D 视2f 1′ （1）其中，D 视是视场光阑直径，f 1′是物镜焦距。

开普勒望远镜的视场2 ω一般不超过8°−15°。

人眼通过开普勒望远镜观察时，必须使眼瞳位于系统的出瞳处，才能观察到望远镜的全视场。

5.望远镜的放大率当观测无限远处的物体时，物镜的焦平面和目镜的焦平面重合，物体通过物镜成像在它的后焦面上，同时也处于目镜的前焦面上，因而通过目镜观察时成像于无限远，如图所示：图3 望远系统的视觉放大率图设ω′′表示眼睛直观物体时的张角；ω′表示眼睛通过望远镜观察物体时的张角。

两种情况下，眼睛视网膜上所成像的大小分别是：图4 望远系统视觉放大倍率测量光路图5 望远系统视觉放大倍率推导过程tan φ=y f 平行光管′tan φ1′=y ′f望远物镜′(6)平行光管射出的是平行光，且通过透镜光心的光线不改变方向，因此ϕ=ϕ′=ϕ1=ϕ1′ (7) 图6 望远系统实验装配图图7 出瞳的测量望远系统的出瞳和出瞳距在望远目镜后放置相机，调节相机与目镜之间的距离，初步得到较为清晰的圆形光斑。

光学和光子学望远镜系统试验方法第 1 部分：基本特性1 范围本文件描述了望远镜系统角放大倍率、入瞳直径、出瞳直径和眼睛间隙（出瞳距离）、物方角视场、像方角视场、适合眼镜佩戴者的物方角视场、目镜出射光线准直度、像偏转和最小观测距离的试验方法。

本文件适用于单筒望远镜、双筒望远镜、瞄准望远镜和观测镜的制造。

2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T XXXXX光学和光子学望远镜系统通用术语和双筒望远镜、单筒望远镜、观测镜及瞄准望远镜术语（GB/T XXXXX—2024，ISO 14132-1：2015、ISO 14132-2：2015、ISO 14132-3：2021，MOD）3 术语和定义GB/T XXXXX中界定的术语和定义适用于本文件。

4 角放大倍率的试验方法4.1 总则根据GB/T XXXXX的规定，望远镜系统的角放大倍率Γ按公式（1）计算：Γ=tan w′tan w ≈w′w (1)式中：w、w′——分别是共轭光束的主光线在物方和像方与光轴形成的夹角。

角放大倍率的试验方法是对放置在试样物方的物体大小和该物体在像方形成的图像大小所对应的视场角的测量。

4.2 试验装置测量角放大倍率的试验装置如图1所示。

试验装置由一台带玻罗板的平行光管和一台具有刻度分划板或测微目镜的测量望远镜组成。

也可以采用能确保所需测量精度的任何其他角度试验装置。

对于物点需要设置在有限远处的试样，试验时，应调整玻罗板的轴向位置，以便在试样的指定位置形成玻罗板的像。

平行光管应配备一块透过率峰值应在波长约0.55µm处的绿色滤光片，以避免成像出现任何色差。

测量伽利略望远镜也应采用同样的试验装置。

标引序号说明：1——光源；4——漫射板；7——试样；2——聚光镜；5——玻罗板；8——测量望远镜3——滤光片；6——准直物镜；9——刻度分划板。

傅里叶望远术的实验室验证系统董洪舟;吴健;刘艺;张炎【摘要】本文介绍了傅里叶望远术成像的基本原理,为验证傅里叶望远术成像原理,在实验室中搭建了四光束的傅里叶望远术验证成像系统,对灰度透射式目标进行成像验证,利用LabVIEW软件完成了实验中相关控制软件,检测软件和信号处理软件程序设计.通过形成不同空间频率的干涉条纹提取目标的频谱值,利用相位闭合技术,消除与图像无关的相位因子,提取目标图像的一维和二维频谱图进行图像重构,得到了目标的重构图像,最后分析了影响成像质量的因素.%The imaging fundamental principle of Fourier telescopy is introduced. In order to verify the validity of the technology, an imaging verification system of four beams had been completed in laboratory. The control, detection and signal processing software were designed based on Lab VIEW. Two-dimensional spectra of objection were extracted by straight line fringe. With the phase closure technology, the phase factor being independent of image is eliminated and the reconstruction images of the object were obtained. Finally, the factors affecting the imaging quality are analyzed.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2011(038)011【总页数】6页(P40-44,49)【关键词】傅里叶望远术;高分辨率成像;相位闭合;图像重构【作者】董洪舟;吴健;刘艺;张炎【作者单位】电子科技大学光电信息学院,成都610054;电子科技大学光电信息学院,成都610054;电子科技大学光电信息学院,成都610054;电子科技大学光电信息学院,成都610054【正文语种】中文【中图分类】V557随着航空航天技术的日益发展，空间目标的高分辨率成像技术成为一个重要研究方向[1-3]，其中傅里叶望远术是一种具有较大发展潜力的成像技术。

实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧1.引言不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。

2.实验目的1)掌握光学专业基本元件的功能；2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。

3.实验原理光学实验仪器概述:光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。

常用光源光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。

光学实验中常用的光源可分为以下几类：1）热辐射光源热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。

白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。

热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。

2）热电极弧光放电型光源这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。

实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：、），汞灯（主要谱线：、、、、、、、）3）激光光源激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写： LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。

激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。

它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。

①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。

实验三 望远系统参数的测定一． 实验目的1. 深入了解望远镜的各种光学特性。

2. 掌握望远系统出射瞳孔的形状和位置、视场角、放大倍数、目镜视度和系统视差等基本参数的测量方法。

二． 实验原理望远镜的光学特性参数有：出瞳直径和出瞳距离、放大率和视场、视度和视差等。

现将测量望远镜参数的实验原理简述如下：1． 望远镜的出瞳直径和出瞳距离在几何光学中，把限制轴上点光束孔径的光阑称为孔径光阑；把限制光学仪器所能观察到的视场大小的光阑成为视场光阑。

把孔径光阑经过它的前方所有的光学系统部分所成的像称为入瞳，把孔径光阑经过它的后方所有的光学系统部分所成的像称为出瞳。

图7.1是最简单的开普勒望远镜成像示意图。

从图中可以看出，限制进入光学系统的轴上点光束孔径是物镜框，因此物镜框是孔径光阑。

限制望远镜所能观察到的视场大小的是分划板框，所以分划板是视场光阑。

由于孔径光阑的前方已没有其它光学系统，因此这个光学系统的入瞳就是孔径光阑本身（即物镜框）。

孔径光阑经过它后方所有光学系统（图中的分划板和目镜）所成的像就是出瞳。

出瞳到目镜最后一个表面上的距离就是出瞳距，用z l '来表示。

1-物镜 2-物镜框（孔径光阑、入瞳） 3-分划板 4-分划板框（视场光阑）5-目镜 6-目镜框 7-出瞳2． 望远镜的放大率通常望远镜的放大率是指视放大率，用Γ来表示。

所谓视放大率是指当人眼分别通过望远镜观察和直接观测同一物体时，在人眼视网膜上成像大小之比，即ωωtg tg y y ''==Γ- 式中 -y —直接观察物体时在视网膜上形成的像高；'y —通过望远镜观察物体时，其像在视网膜上形成的像高；'ω—通过望远镜观察时，物体的像对人眼的视角；ω—直接观察时，物体对人眼的视角；由几何光学得知望远系统放大率与入瞳直径D 、出瞳直径'D 有如下关系：''D D tg tg ==Γωω 3． 望远镜的视场望远镜的视场是指人眼通过该仪器所能见到的物空间的最大范围。

深 圳 大 学 实 验 报 告课程名称： 工程光学（一）实验名称： 望远镜系统的搭建和参数的测量学 院：指导教师：报告人： 组号：学号: 实验地点:实验时间： 年 月 日提交时间：图4-2 开普勒望远镜的光束限制图开普勒望远镜的视场角可以从上图中求出：==视（4-1）是视场光阑直径，是物镜焦距。

其中，D视开普勒望远镜的视场2一般不超过。

人眼通过开普勒望远镜观察时，必须使眼瞳位于系统的出瞳处，才能观察到望远镜的全视场。

3.4 望远镜的放大率当观测无限远处的物体时，物镜的焦平面和目镜的焦平面重合，物体通过物镜成像在它的后焦面上，同时也处于目镜的前焦面上，因而通过目镜观察时成像于无限远，如图所示：图4-3 望远系统的视觉放大率图设表示眼睛直观物体时的张角；表示眼睛通过望远镜观察物体时的张角。

两种情况下，眼睛视网膜上所成像的大小分别是：（4-2）式中，为眼睛的像方节点到视网膜的距离，若不考虑眼睛的调节功能，它为一常数；是通过望远镜观察到的像高；是直观到的像高，两者之比即为望远镜的视觉放大率：=（4-3）由于望远镜的镜筒长度与物镜之比是可以忽略的，故可用物体对望远镜的张角 取代物体直接对眼睛的张角 ，则有：== -（4-4）此时望远镜的放大率为：= -( 4-5 )由此可见，望远镜的放大率Γ等于物镜和目镜焦距之比，望远镜的视觉放大率与物体的位置无关，仅取决于望远系统的结构。

若要提高望远镜的放大率，可增大物镜的焦距或减小目镜的焦距。

因为望远系统所成的是虚像，无法直接测量其放大倍率，需要加成像透镜转化为实像后再进行测量。

本实验系统的望远系统的视觉放大倍率测试光路图如图5-4。

图4-4 望远系统视觉放大倍率测量光路视觉放大率的计算推导如下：图4-5 望远系统视觉放大倍率推导过程则有：tan =平行光管tan=望远物镜(4-6)平行光管射出的是平行光，且通过透镜光心的光线不改变方向，因此11ϕϕϕϕ'=='= (4-7)图4-6 望远系统实验装配图2)望远系统入瞳和孔径光阑的确定将望远系统中所有光学元件的通光孔径分别通过其前面的镜组成像到整个系统的物空间，直径最小的像就是系统的入瞳，与入瞳相共轭的元件即为孔径光阑。

1. 设计一个望远镜(焦距100mm，全视场角8度)2. 设计一个显微镜（放大倍率10倍，NA=0.2，共轭距离210mm）3. 设计一个照相物镜（焦距50mm，相对孔径1/2，全视场角50度）内容:（1）通过给定的参数，计算出其他参数值。

（2）分析系统需要校正的象差类型。

（3）通过手册查询初始结构，并回答所属类型，然后输入到计算机软件中给出输入结果的二维图。

（4）采用上机学到的知识进行全部优化。

给出MTF结果。

（5）采用上机学习的知识进行对样板和公差分析，给出操作步骤的图片和结果。

（6）绘制出光学系统图。

望远物镜设计（1）f’=100, D/f’=1/4, D=25mm, 2w=8（2）系统需校正的像差：球差、慧差、色差、场曲（3）查手册选初始结构，f’=109.81, D/f’=1/2.2,2w=12，l’f=99.12 .属于双胶合、双分离摄远物镜二维输出结果：（4）（5）采用上机学习的知识进行对样板和公差分析，给出操作步骤的图片和结果。

步骤：一. 设定Tolerance Data1. 一般情况我们可以利用Zemax 的Default Tolerances 进行设置，在Tolerance Data Editor 中Tools 菜单下有Default Tolerances 选项。

弹出如下对话框:在此对话框可以对各面的R值，TC,偏心(Decenter),倾斜(Titlt),不规则度(Irregularity)及材质的公差进行设定。

各项意义如下：Surface Tolerances 一列Ｒadius.(半径公差)，它可以使用一个具体的量(Millmeters 此为Lens Unit)作为限制，也可使用干涉条纹数(Fringes)做为限制。

Thickness(中心厚度),它以当前ZemaxFile 中的Lens Unit 做为单位。

Decenter X/Decenter Y 偏心公差差Tilt X/Tilt Y 面的倾角S + A Irreg Spherical and Astigmatism 不规则度(仅对于Standard Surface Type)Zern Irreg 泽尔尼克不规则度(Zernike Irregularity)Index 玻璃材质折射率Abbe 玻璃材质色散系数Element Tolerances 一列只有Decenter 及Tilt 的设定，其意义同上，但与Surface Tolerances 的区别是它将应用一个元件而不是一个光学表面。