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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；地基空间目标探测与识别；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M）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，可以认为望远镜是由光学问隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。
这样平行光射入望远系统后，仍以平行光射出。
图9—9表示了一种常见的望远系统的光路图。
为了方便，图中的物镜和目镜均用单透镜表示。
这种望远系统没有专门设置孔径光阑，物镜框就是孔径光阑，也是入射光瞳，出射光瞳位于目镜像方焦点之外，观察者就在此处观察物体的成伤情况。
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；地基空间目标探测与识别；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M）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，可以认为望远镜是由光学问隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。
这样平行光射入望远系统后，仍以平行光射出。
图9—9表示了一种常见的望远系统的光路图。
为了方便，图中的物镜和目镜均用单透镜表示。
这种望远系统没有专门设置孔径光阑，物镜框就是孔径光阑，也是入射光瞳，出射光瞳位于目镜像方焦点之外，观察者就在此处观察物体的成伤情况。
第十五章 望远镜物镜设计望远镜一般由物镜、目镜、棱镜或透镜式转像系统构成。
望远镜物镜的作用是将远方的物体成像在目镜上，经目镜放大后供人眼观察。
如图15－1所示。
图15－1 望远镜系统§1 望远镜物镜的光学特性一 望远镜物镜的光学特性参数望远镜物镜的光学特性由焦距、相对孔径、视场等参数表示。
1 焦距望远镜物镜的焦距／物f 等于目镜焦距／目f 与望远镜倍率的乘积，因而，一般望远镜的倍率越高，物镜的焦距越长。
高倍望远镜物镜焦距可达到一米左右，天文望远镜物镜焦距可达到数米。
望远镜物镜的焦距大多在mm 500~100之间。
2 相对孔径在望远系统中，入射的平行光束经过系统后仍然为平行光束，因此物镜的相对孔径／物f D 与目镜的相对孔径／目f D /是相等的。
目镜的相对孔径主要由出射光瞳直径/D 和出射光瞳距离/p l 决定，目镜的出射光瞳直径一般为mm 4左右，出射光瞳距离/p l 一般要求mm 20。
为保证出射光瞳距离，目镜的焦距／目f 一般大于或等于mm 25，这样，目镜的相对孔径约为71~41。
所以，物镜的相对孔径不大，一般小于51。
但当物镜的焦距很长时，物镜的光瞳口径却可以很大，如天文望远镜中有口径为几米的物镜。
3 视场望远镜物镜的视场ω2与目镜的视场/2ω以及系统的视放大率Γ之间有如下关系：ωωtg tg ⋅Γ=/目镜视场因受结构限制，目前/2ω大多在070以下，这就限制了物镜的视场不会很大，一般在012以下。
二 望远镜物镜像差校正要求由于望远镜物镜的相对孔径和视场都不大，同时允许视场边缘成像质量适当降低，因此它的结构型式比较简单，故望远镜物镜要求主要校正球差、慧差、轴向色差，而不校正对应于像高/y 二次方的各种单色像差（像散、场曲、畸变）和倍率色差。
由于望远镜要与目镜、棱镜或透镜式转像系统组合起来使用，所以在设计望远镜物镜时，应考虑到它与其他部分之间的像差补偿关系。
在物镜光路中有棱镜的情况下，物镜的像差应当与棱镜的像差互相补偿，即棱镜的像差要靠物镜来补偿，由物镜来校正棱镜的像差。
光学设计案例范文
一种小型望远镜的光学设计案例
本文介绍了一种小型望远镜的光学设计案例，包括了望远镜的选型、
光学系统的配置以及最终系统的成象性能等细节。
首先，本案例的望远镜选型采用Ritchey-Chrétien型，其拥有高抗
异性象差的能力，较为合适本案例的要求。
该望远镜的参数设置为：望远镜初步参数：焦距：650mm；折射镜及反射镜尺寸：Φ100mm；
光道长度：650mm。
其次，根据望远镜的参数选择，本案例的光学系统配置采用的是一种
简单的全场图像系统，光学系统的组件包括：
1、正反射镜：选用的是高质量的反射镜，其像差特性高，表面光度
均一，折射率为95％。
2、双环镜：选用的是安裝正反射镜后的双环镜，采用的是双环设计，以提高系统的像差抑制能力和色差表现能力。
3、补偿片组：采用的是全玻片补偿片组，可以有效补偿系统的异性
象差，以及使系统具有良好的不变曲率特性。
4、全场图像：选用的是全场视场视力，可以有效抑制象差，并保证
视场均匀度。
最后根据光学系统的配置和参数，可以计算出最终的系统性能，包括
视场视觉能力、象差抑制能力以及色差表现能力等。
设计一个8倍得双目望远镜设计题目要求:设计一个8倍得双目望远镜,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;棱镜得出射面与分划板之间得距离:a =10mm; 棱镜:屋脊棱镜;L=2、646D 材料:K10; 目镜:235一、目镜得计算目镜就是显微系统与望远系统非常重要得一个组成部分,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得选取即可。
1、首先根据已知得视觉放大倍数Γ及视场2,求出22、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、根据实际所需要得2数值。
出瞳直径值及镜目距值等,来选择合适得目镜类型。
在本次设计中所需得目镜得结构形式应该作为已知条件给出,如:目镜235。
图21目镜235(结构图见21)此外设计手册中还提供有相关得结构数据参数表21及主要得系统数据; 表21等。
从图22中我们不难发现该目镜得出瞳位于整个系统得左侧,而在目镜得实际运用中,出瞳应位于系统右侧。
此种情况相当于将目镜倒置,故而它所给出得我们不能直接加以运用,这里就是指与目镜最后一面之间得距离。
4、将手册中给得目镜倒置:由于将目镜倒置,则目镜得数据将发生一定得变化,以目镜235为例,原来得第一个折射面变为第八个面,原来得第二个折射面变为第七个折射面……,以此类推。
值得注意得就是:不但折射面得次序发生变化,与此同时其半径得符号也将发生相应得改变,原来为正,则现在为负。
倒置后得新得数据如下表22所示:5、进行追迹光线,求出倒置后得: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+ui2;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*(lr(j))/r(j);i2=i*n(j)/n(j+1);u2=i+ui2;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)>=jl=l2d(j);elsel=l2;fprintf('finished:Sf=%f',l);endu=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得到目镜倒置后得值为(指焦点F 与目镜最后一面得距离,也即指当平行光入射目镜系统就是追迹光路中得最后一个面得像距值)。
选购双筒望远镜的主要指标引言：本文只列举最重要的指标，专业人士要深究的话肯定不够，还要引入更多指标，但是普通人使用足够了。
1.放大倍率双筒望远镜将物体的张角放大的倍数。
另外有公式“放大倍率=物镜焦距÷目镜焦距”。
比如放大7倍，表示在某地点观察远方某物体，使用双筒望远镜看到的物体的张角是纯粹肉眼看到张角的7倍。
不过也有另一种表述：《中国大百科全书·物理学》将望远镜的放大倍率定义为“眼睛通过望远镜所见远物的像对眼张角的正切与肉眼观察时该远物对眼张角的正切之比，即放大倍率M=tanω’/tanω”。
然而在其他很多资料上（包括Wikipedia）均把放大倍率定义为“望远镜将物体的张角放大的倍数”。
但是公式“放大倍率=物镜焦距÷目镜焦距”始终无争议。
在双筒望远镜中用“A×B”的形式表示放大倍率与口径，“×”前面的数字A为放大倍率，后面的数字B为口径（单位为毫米），比如7×35、8×40中前面的数字就是放大倍率（分别放大张角7倍、8倍，口径分别为35毫米、40毫米）。
日常情况下使用7倍或8倍最好，超过10倍的双筒镜需要使用支架（三脚架），因为太重了。
10倍的双筒镜就很重了，为手持的极限。
（双筒镜越重，手持时越容易抖动，就越难看清楚物体的细节，尤其是远方墙壁上的文字）2.物镜直径（口径）双筒望远镜物镜的直径。
它决定了望远镜收集光线的能力，在相同的放大倍率下，口径越大进光量越大，聚光本领越强，看到的图像越清晰，越亮，就越能看清楚黯淡的物体。
口径是非常重要的指标，在黑夜、光线暗淡处尤其需要大口径的望远镜。
在晴朗的白天倒是无所谓，因为强烈的日光弥补了小口径的不足。
双筒望远镜建议口径：野外日常使用：30mm/35mm/40mm/42mm（不需三脚架）观赏星空：40mm/42mm/50mm/56mm/63mm（50mm以上口径需三脚架）天文发烧友：80mm/100mm/150mm（需三脚架）天文馆、天文台搜寻彗星：400mm（需专业支架）口径越大，望远镜价格越高，重量越重。
——望远镜系统结构参数设计设计背景：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……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,主要考虑像质或者相差；〔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者原理设计。
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者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采集到的比瞳孔直径〔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．望远镜的普通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。
作为普通的研究,可以认为望远镜是由光学问隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。
这样平行光射入望远系统后,仍以平行光射出。
图9—9 表示了一种常见的望远系统的光路图。
为了方便,图中的物镜和目镜均用单透镜表示。
这种望远系统没有专门设置孔径光阑,物镜框就是孔径光阑,也是入射光瞳,出射光瞳位于目镜像方焦点之外,观察者就在此处观察物体的成伤情况。
