双筒棱镜望远镜设计
基于两孔径旋转双棱镜的视场扩大系统及方法与流程
基于两孔径旋转双棱镜的视场扩大系统及方法与流程视场是指在一个观测系统中能够被观察到的范围。
通常情况下，视场会受到物理限制而变得狭窄，这会导致观测对象的一部分无法被完整地观察到。
为了解决这个问题，可以采用视场扩大系统来增加观测系统的视场范围。
基于两孔径旋转双棱镜的视场扩大系统是一种常见的视场扩大器。
该系统由两个旋转的双棱镜组成，每个双棱镜上都有一个圆形或椭圆形的孔径。
这些孔径可以通过旋转调节其在视场中的位置和大小，从而实现视场的扩大。
具体来说，该系统的工作原理是利用双棱镜的折射和反射作用将视场中的光线进行反向折射和反射，从而将光线聚焦在观察者的眼睛中。
通过旋转调节孔径的位置和大小，可以使得视场中的光线经过不同的路径进入观察者的眼睛，从而实现视场的扩大。
基于两孔径旋转双棱镜的视场扩大系统的制作方法和流程包括以下
几个步骤：
1. 设计系统结构：根据实际需求和应用场景，设计系统的结构和参数，包括双棱镜的尺寸、孔径的大小和位置等。
2. 制备材料：选用高质量的光学材料制备双棱镜和孔径，确保系统具有良好的光学性能和稳定性。
3. 制造双棱镜：采用先进的加工技术和设备，制造出高精度的双棱镜，包括抛光、切割、涂膜等工艺。
4. 制造孔径：采用激光加工、电子束加工等技术，制造出精密的圆形或椭圆形孔径，确保其大小和位置达到设计要求。
5. 组装系统：将制造好的双棱镜和孔径组装在一起，调试系统的光学性能和稳定性。
基于两孔径旋转双棱镜的视场扩大系统具有视场扩大范围大、分辨率高、操作简便等优点，广泛应用于天文观测、航空航天、医学影像等领域。
双筒棱镜望远镜设计
双筒棱镜望远镜设计
首先是目镜。
目镜是用于观察天体的光学组件。
它通常由一组透镜组成，可以放大通过物镜收集到的光线。
目镜的放大倍数可以通过更改透镜的焦距来调节。
较高的放大倍数可以提供更详细的天体图像，但对望远镜的稳定性和视野大小要求更高。
接下来是物镜。
物镜是双筒棱镜望远镜的主要光学组件之一、它由两个凸透镜组成，负责收集和聚焦天体的光线。
物镜的焦距确定了望远镜的放大倍数。
较长的焦距提供更大的放大倍数，但也会导致视野更狭窄。
同样，较短的焦距提供更大的视野，但放大倍数较低。
然后是眼镜。
眼镜是用于观察物体的光学组件。
它由一组透镜组成，放置在目镜的后方。
眼镜的作用是调整视野和放大倍数，以提供更舒适的观察体验。
它还可以调节光线的对焦，使图像更清晰。
最后是支撑结构。
支撑结构是望远镜的骨架，用于支撑和固定各个光学组件。
它通常由金属材料制成，以提供良好的稳定性和耐用性。
支撑结构还包括一个可调节的三脚架，以便将望远镜固定在适当的高度上。
除了上述主要组件外，双筒棱镜望远镜还可能包括其他附件，如经纬仪、红点指示器和相机适配器等。
这些附件可以提供更准确的观察定位和更多的应用选择。
总结起来，双筒棱镜望远镜设计非常简单，但其原理和功能强大。
通过优化各个光学组件的参数和选择合适的材料，可以获得高质量的观察体验。
尽管双筒棱镜望远镜在放大倍数和视野之间存在一定的取舍，但它仍是一种广泛使用的望远镜类型，适用于观察各种天体和地面景象。
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。
双筒望远镜 转折棱镜
棱镜在（望远镜的）光学设计是无可避免的，如果不是为了能够看着正立（而不是倒立或者平躺着）的图像，不是我们与生俱来习惯于观察正立着的景物的话，双筒望远镜和单筒观景望远镜中根本就不需要棱镜。
人用鸡做过试验（我记得这个试验也有人自己做过），给鸡带上特殊的可以转像的眼镜，让它看起来世界是颠倒的。
在经历了几天的跌跌撞撞以后，大部分都很快适应了这个倒立的世界而不会对行为造成任何不便，和正常鸡没什么两样。
如果鸡都可以适应这样倒立的世界，那么我们人类也是可以的，很多习惯于使用天文望远镜的天文爱好者也展示了类似的能力，他们习惯于使用只有天顶镜的望远镜，这样的望远镜左右是颠倒的（上下正立）。
至于剩下的大多数人，包括你我在内，还是更愿意看着正立的景物，如果不能以大脑来完成对景物的纠正，那么就要用别的办法，这就是现代棱镜望远镜所采用的棱镜转像系统。
棱镜具有这样的能力是因为它可以“弯曲”或者更科学地讲，在几个面之间反射光线。
当光线以特定角度从玻璃（光密介质）射向空气（光疏介质）的时候，有一些会被反射回来，其余的射出去。
要理解这一点，想象一下这我们在窗外看屋里的感觉。
反射光线的比例取决于入射角和玻璃的折射率。
折射率是用来描述玻璃对光线的折射能力的（等于真空中光速比玻璃中的光速），它和玻璃的密度紧密相关。
棱镜比较有趣的一个特性是在入射角大到一定程度的时候（这个角可以由玻璃的折射率算得），从玻璃射向玻璃－空气交界面的光线会被全部反射回来而回到棱镜内部，这称为全反射，完美的内部反射。
普罗棱镜转像系统在理论上十分有效，因为四个反射面都可以产生全反射，光线没有损失，但事实上，廉价普罗棱镜望远镜所用的Bk7棱镜折射率接近能产生全反射的下限，所以棱镜中心反射很好，但是在边缘的一小部分光线无法产生全反射而“泄漏”出去。
如果你观察出瞳光斑（举起望远镜，远离自己，观察目镜中的那个亮斑）就会发现，使用Bk7棱镜的望远镜出瞳光斑边缘存在阴影切边。
关于双筒棱镜望远镜设计
关于双筒棱镜望远镜设计双筒棱镜望远镜是一种常见的望远镜设计，在观测天体和观察远处的物体时很常用。
它的设计原理是利用两个平行放置的棱镜将光线反射并聚焦到观察者的眼睛上，提供清晰的放大视野。
双筒棱镜望远镜的核心部件包括目镜、物镜、二次反光镜和棱镜。
物镜是最重要的部件，它主要负责将远处物体的光线聚焦到二次反光镜上。
二次反光镜将光线反射到平行的棱镜上，通过棱镜的反射和折射，光线最终汇集到观察者的眼睛上。
进入观察者的眼睛的光线会在视网膜上形成一个清晰的图像。
由于双筒棱镜望远镜的设计基于双目观察，观察者可以同时观察到两个独立但相互平行的图像。
这种设计的优势是可以提供更真实的立体感和更广阔的视野。
双筒棱镜望远镜的物镜和目镜有不同的焦距，这样可以将物体的光线聚焦到观察者的眼睛上，并放大物体的图像。
不同的物镜可以提供不同的放大倍数和视场角。
通过更换物镜和目镜，观察者可以根据目标的大小和距离选择合适的配件，以获得最佳的观测效果。
在双筒棱镜望远镜中，二次反光镜和棱镜的质量和精确度非常重要。
二次反光镜需要具有高反射率，并且需要被镀上特殊的金属镀层以增强反射效果。
棱镜则需要具有高折射率和准确的角度，以确保光线的正常传输和聚焦。
双筒棱镜望远镜采用双目观察的设计，除了提供更真实的立体感之外，还可以减轻观察者的眼睛疲劳。
当观察者用一个眼睛观察时，另一个眼睛可以放松，这样可以避免长时间的眼睛疲劳和不适。
双筒棱镜望远镜还有一些额外的设计特点，以提高观测体验。
例如，它可以配备调焦机构来调整焦距和清晰度。
此外，还可以安装红点指示器、手机适配器等附件，以便更轻松地找到并记录观测目标。
总的来说，双筒棱镜望远镜是一种广泛应用于天文学、野外观测等领域的望远镜设计。
它通过利用双目观察和精确的光学元件，可以为观察者提供清晰、真实的视野，较少眼睛疲劳的同时也方便使用和操作。
在选择和使用双筒棱镜望远镜时，应着重考虑光学元件的质量和精确度，以确保最佳的观测效果和体验。
应用光学课程设计---双筒棱镜望远镜设计
应用光学课程设计一、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）二、本课程设计的目的和要求1、综合运用课程的基本理论知识，进一步培养理论联系实际的能力和独立工作的能力。
2、初步掌握简单的、典型的、与新型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。
3、巩固和消化课程中所学的知识，初步了解新型光学系统的特点，为学习专业课与进行毕业设计打下好的基础。
三、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四、设计报告撰写内容本课程设计要求以设计报告形式完成以下工作：1、认真学习相关像差理论和光学设计知识，做好笔记，完成例题作业并上交；2、根据所讲内容进行本设计具体参数以及结构形式的选择，说明选择理论依据；3、进行本设计的外形尺寸计算，要求写明计算过程；4、使用PW法进行初始结构参数r、d、n的求解，要求写明计算过程；5、计算本设计的像差容限，使用Tcos软件完成设计的模拟和计算，手工修改结构参数进行像差的校正；6、绘制相应的像差曲线图和计算数据报表；7、写出本次课程设计的心得体会。
第5章 望远系统设计范例题目：双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计） 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 。
双筒棱镜望远镜简介
物镜口径即望远镜的通光口径，是外界光线进入望远镜的通道。一 般而言，在倍数、棱镜材质、镀膜、加工装配精度等条件相同的前提 下，望远镜的物镜口径越大，成像亮度就越高，分辨率也越高，光学 性能越好。
视场。望远镜的视场一般用***/****或度表示，如“114M/1000M”表示在
出瞳距离(适眼距)是指能看清整个视场时眼睛离目镜的最远距离，如 果出瞳距离太短，则眼睛必须贴近目镜才能看见整个视场，眼睛会非 常累，而如果出瞳距离过长且目镜罩太短，则观测时容易出现黑影。 长出瞳距离的望远镜适合戴眼睛的人使用。有的长出瞳望远镜目镜罩 设计成可伸缩型，这样既适用于视力正常的人，也适用于戴眼睛的人。
1000米远的地方，通过这个望远镜可以看见的范围是一个直径114米的圆， 换算成角度就是 6.5 度。还有的望远镜是用 xx ft at 1000yds 来表示视场的 大小，ft代表英尺，yds代表码，都是英制单位。一般情况下，大视场的望远 镜边缘成像都不如视场小的望远镜，这基本上是无法调和的矛盾。
镜身标识的含义
LOGO
以10X40望远镜镜为例：在镜肩上印有“10X40”字样，10表示通 过望远镜观测目标，比肉眼直接观测放大了10倍，距离1000米远的 物体，相当于距离只有100米；
40表示物镜的直径是40毫米。 物镜口径越大，通光量越大，成像 越明亮，观测效果越好，放大倍率也能提高一点。一般来说，50 mm用7－10倍比较好。
镜的像方焦面之后，距离为x1
。由牛顿公式，位移量
x1
f12 x1
望远系统的调焦方式
LOGO
物体距望远镜越近，则像面的位移量 x1 越大，在保持望 远系统和正常眼调节于无限远的条件下，自目镜出射的不 再是平行光束，而是发散光束，因此在正常的视网膜上不 能成清晰像。
双筒棱镜望远镜课件设计
30 ~60
6 0
KT
'
'
0 . 8
1 . 6
2 . 4
xts
'
0 . 8
1 . 6
2 . 4
xt
q
5 %
7 %
1 2 %
yFC
'
2.选型
（1）物镜选型
望远镜物镜视场较小， 需要校正球差、色差和正弦差等轴上色差。
依照物镜特点和要求选择：双胶合物镜。双胶合物镜结构简单，
制造装置方便，光能损失小，玻璃选择适合，可以同时校正球差、色
出瞳距离(lz')
近轴像高(y')
放大率(_)
入瞳直径(D)
出瞳直径(D')
拉赫不变量(J)
像方孔径角(U')
2.像差
***零视场像差***
1H
0H
球差L '
弥散园LR '
F光球差LF '
C光球差LC
轴向色差LFC '
***D光各视场像差***
相对视场Lz1Lz2Yz'Xt'Xs'
Xts'
1
Yz'Yz' FYzC'yFC 'LT 'LS '
0415
系统面数色光数本质入瞳上光渐晕下光
渐晕
7301-1
理想面焦距理想面距离
0
0
面序号
半径
厚度
玻璃
STO
1
2
BAK2
3
ZF2
4
1
5
K9
6
1
7
K9
带你认识望远镜的结构与原理
带你认识望远镜的结构与原理望远镜基本构造一般来说，常规的双筒望远镜有以下几个部分组成：目镜，物镜，中间的棱镜，两个镜筒的连接部分，以及聚焦系统。
根据不同的尺寸大小，放大倍率，和用途以及个人喜好，双筒望远镜又可细分为好几种类型（详见双筒望远镜类型一表）。
下图是常规双筒望远镜的基本构造图：望远镜类型双筒望远镜类型标准的双筒望远镜用途广泛，可用于观景，也可用于标准型观看体育赛事等。
望远镜常见问题解答1.望远镜上的两个数字代表什么？望远镜上的两个数字分别代表望远镜的放大倍率和物镜口径。
例如10x42的双筒望远镜，代表该望远镜的放大倍率是10x，物镜口径是42mm。
10x的倍率表示透过望远镜看到的物体被放大了10倍，即100米处的物体看起来是在10米处。
2.望远镜的放大倍率越大越好吗？不是，放大倍数越大，表示远处的目标在视场中显得更大，但同时意味着实际的视场会变得更小，也就是说进入望远镜的光通量会减少，也就是说你看到的目标会变得黯淡审视模糊。
同时，放大倍率过大，会造成晃动不易于手持，也会引起眼睛疲劳，不利于观察。
3.双筒望远镜能否选择变倍的？可以选择，但最好可变倍数不要太大。
变倍望远镜很方便、适合多种用途，是牺牲如下指标为代价的：价格稍高；结构复杂，容易损坏；视角一般偏小；镜片多，分辨能力稍差；逆光表现不如固定倍数，反差会低一点。
4.双筒望远镜和单筒望远镜到底哪一个好？如同字面所示，双筒望远镜有左右对称的镜头，便于人用双眼观察。
而单筒望远镜是用单眼观察。
不过，我们并不能武断地认为双筒望远镜更好。
一般来讲单筒望远镜的倍率比双筒望远镜高，可以将远处的物体放得更大。
而双筒望远镜虽然比单筒望远镜的倍率低，但由于可以用双眼观察，可以得到立体感。
同时由于倍率较低，可以用手拿着使用，便携性较好。
并且由于其视野较广，比较适合用于观看室外的体育比赛。
5.望远镜如何调焦？人们的左右眼在观看和聚焦方面都会有视差，而望远镜的中央调焦系统很好的解决了这个难题。
(完整word版)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1'1ω2'2'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。
浅谈双筒望远镜
浅谈双筒望远镜浅谈双筒望远镜双筒望远镜(以下简称“双筒镜”)具有成像清晰明亮，视场大、携带方便、价格便宜等优点，很适于天文爱好者用来巡天和观测星云、星团、彗星等面状天体。
在晴朗无月的夜晚用双筒镜观测时，可见在广阔的视场之中繁星密布，偶尔有一、两朵星云、星团点缀其间，令人心旷神恰。
如果你过去一直使用高倍率、长焦距的天文望远镜，也许还没有意识到自己已经失掉了很多观测的乐趣，那么请试用一下双筒镜，你一定会被视场中平时未曾欣赏过的美景深深的陶醉。
由于双简镜有着广泛的用途，所以在市场上它的品种繁多，性能也相差很大。
双筒镜采用的是折射系统，可分为伽利略式和开普勒式两种。
伽利略式双筒镜结构简单，光能损失小、镜筒较短、价格也较低，但是，它的放大率一般不能超过6倍，放大率再增加，视场就会迅速减小，视场边缘变暗。
成像质量也会下降，所以这种双筒镜用得较少。
现在常见的是开普勒式双筒镜，它的视场比伽利略式的大，而且成像更加清晰，但开普勒式双筒镜成的是倒立的像，为了得到正像，在它的光路中加有转像棱镜或转像透镜，这些转像装置在地面观测中是必不可少的。
但像的倒正对天文观测来说无关紧要，不过正像望远镜可以给初学者找星带来方便。
光学性能表示望远镜性能的参数有6个，它们是口径、放大率、视场、相对口径、极限星等和分辨本领。
介绍这6个参数的书籍和文章很多，本文不再赘述，这里只结合双筒镜的特点作一简单说明。
双筒镜的口径、放大率和视场一般都标在镜身上。
口径和放大率用两组数字表示，例如“10×50”表示这架双筒镜的放大率为10倍。
口径是50毫米；再如“7×～15×35”表示放大率在7倍至15倍之间可调，口径是35毫米。
放大率和口径是反映双筒镜性能的最重要的参数。
选购时要特别注意。
用于天文观测的双筒镜应选择口径大一些的，这样可以看到更多的天体。
那么放大率是否也是越大越好呢?不是的。
放大率的选择要根据观测的需要来确定。
5.5 跨学科实践：制作望远镜(教学设计)八年级物理上册(人教版2024)
5.5 跨学科实践：制作望远镜（教学设计）学习新课一、制作望远镜望远镜种类很多，其中一种是由两组凸透镜（开普勒望远镜）组成。
1. 探究望远镜的原理【实验器材】两个焦距不同的凸透镜。
【实验步骤】①先用一个凸透镜（焦距大的）观察窗外远处的物体，注意成像情况。
②再用另一个凸透镜（焦距小的）观察上面得到的物体的像，注意成像情况。
③将两凸透镜的位置对调，再观察远处的物体，对比两次成像的大小。
【分析论证，归纳结论】①将焦距较大的透镜放在焦距较小的透镜前面，观察物体，物体成倒立、放大的像，远处的物体看上去放大了。
②将两凸透镜的位置对调，将焦距较小的透镜放在焦距较大的透镜前面，再观察远处的物体，物体成倒立、缩小的像。
【演示实验】——《模拟望远镜》2. 望远镜的构造【播放ppt进行讲解】望远镜由两组透镜组成，每组透镜相当于一个凸透镜。
靠近被观察物体的凸透镜，焦距比较长，叫物镜。
靠近眼睛的凸透镜，焦距比较短，叫做目镜。
望远镜示意图双筒望远镜我们见到的普通望远镜和军事望远镜都是双筒的，是双筒望远镜。
它的两个镜筒都是拐了弯的，在拐弯处分别安装了两个“全反射棱镜”。
这种设计一方面缩短了镜筒的长度，另一方面经过那两块棱镜的两次反射也能使本来倒立的像正立过来。
3. 望远镜的原理【边画光路图边讲解】（1）物镜与目镜物镜相当于照相机的镜头，使远处的物体在焦点附近成倒立、缩小的实像。
目镜相当于一个放大镜，成正立、放大的虚像。
两次成像，先缩小，后放大。
（2）望远镜的成像光路图注意：①目镜把物镜所成的像进行放大。
目镜所成的像正倒和大小是相对于物镜所成的像而言的。
最后成像与物体本身比，是倒立、缩小的虚像。
②物镜和目镜的距离等于两个透镜的焦距之和。
（由于物体距望远镜的距离很大，第一次成像在物镜的焦点附近且无限靠近焦点，可以近似地认为在焦点处，要使目镜的放大倍数尽可能最大，则这个像要在目镜的一倍焦距以内且尽可能靠近焦点）。
（3）视角【提出问题，引出视角的概念】物体距离物镜很远，它的像却离物镜很近，这样的像应该是缩小的，为什么用望远镜观察物体时会感到像被放大了？原来，我们能不能看清一个物体，它对我们的眼睛所成“视角”的大小十分重要，视角越大，对物体观察越清楚。
学术论文：【毕业论文】双筒棱镜望远镜的物镜和目镜的选型和设计
【毕业论文】双筒棱镜望远镜的物镜和目镜的选型和设计毕业论文(设计)课题名称：双筒棱镜望远镜的物镜和目镜的选型和设计题目类型：毕业设计学生姓名：院(系)：物理科学与技术学院专业班级：指导教师：辅导教师：时间：目录毕业设计〔论文〕任务书I毕业设计〔论文〕开题报告Ⅳ毕业设计〔论文〕指导教师审查意见Ⅺ毕业设计〔论文〕评阅教师评语Ⅻ毕业设计〔论文〕辩论会议记录ⅩⅢ中文摘要ⅩⅣAbstract ⅩⅤ1 引言12 目视光学系统成像原理12.1 目视光学系统的特点12.2 望远镜系统成像原理12.3 显微镜系统成像原理23 光学自动设计方法33.1光学设计根本步骤33.2光学自动设计概述44 望远镜系统的选型与设计54.1 设计技术要求54.2 系统外型结构参数的理论计算64.3 望远镜结构元件的选型94.3.1 望远镜物镜的选型94.3.2 望远镜目镜的选型94.3.3 转向棱镜的选型104.4 应用TCOS光学设计软件对结构元件进行设计12 4.4.1 物镜设计过程124.4.2 目镜设计过程154.5 设计图纸184.5.1 系统结构图纸184.5.2 系统元件设计图纸185 显微镜系统的选型和设计185.1 设计技术要求185.2 系统外型结构参数的理论计算195.3 显微镜结构元件的选型205.3.1 显微镜物镜的选型205.3.2 显微镜目镜的选型205.4 应用TCOS光学设计软件对结构元件进行设计215.4.1 物镜设计过程215.4.2 目镜设计过程245.5 设计图纸285.5.1 系统结构图纸285.5.2 系统元件设计图纸286 设计体会28参考文献30致谢31附录32XIVXIII长江大学毕业设计〔论文〕任务书学院〔系〕物理科学与技术学院专业应用物理学班级应物2042学生姓名指导教师/职称 /教授⒈毕业设计(论文)题目双筒棱镜望远镜的物镜和目镜的选型和设计⒉毕业设计(论文)起止时间：2021年1月～2021年6月⒊毕业设计(论文)所需资料及原始数据〔指定教师选定局部〕参考文献：康玉思, 刘伟奇, 冯睿. Cook 结构补偿镜的球面折反型望远系统[J]. 光学精密工程, 2021,3(15)：303~307杨荣仙. 变倍目镜的设计[J] . 光学技术 , 1992,6:19～30常军, 翁志成, 姜会林等. 长焦距空间三反光学系统设计[J]. 光学精密工程, 2001,9(4)：315~318潘君骅. 成像光学工程面临的光学问题[J]. 中国工程科学. 2000,2(3):32～35姜守信,郭霞, 闫惠民.非共轴反光镜程序的设计[J]. 黑龙江电子技术, 1996,2:7～8赵延仲,宋丰华,孙华燕.高斯光束的激光变焦扩束光学系统设计[J]. 装备指挥技术学院学报, 2021,18(5):85～89涂德华. 共轴光学系统镜框结构设计[J]. 光学仪器, 2021,29(1):52～56袁旭沧. 光学设计[M]. 北京: 科学出版社,1980张楠, 卢振武, 李凤有. 衍射望远镜光学系统设计[J]. 红外与激光工程, 2021.2 36〔1〕：106-108尚华, 刘钧, 高明等. 头盔式单目微光夜视仪中的光学系统设计[J]. 应用光学, 2021.5 28〔3〕：292-296安连生. 应用光学[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 1998姚多舜, 梁宏君. 一个可完全自动绘图的光学设计软件——OCAD光学设计软件包[J]. 应用光学, 2004.3 25〔2〕：28-35石顺祥, 张海兴, 刘劲松. 物理光学与应用光学[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社,1999杨近松. 光学镜头机械结构参数化设计系统的开发[J] . 光学精密工程, 1999，127〔6〕：6-9高晓斌, 余晓芬. 一种并行共焦显微镜的设计与研制[J]. 光学仪器, 2021.12 27〔6〕：72-76赵丽萍, 赵子英, 邬敏贤等. 折射混合望远镜的设计制作及实验[J]. 光学技术, 1999.5 3：28-31郁道银, 谈恒英. 工程光学[M]. 北京: 机械工业出版社, 1999魏英智, 张琳. 光圈性能测试系统的总体设计[N]. 科技导报, 2021.5 25[5]：53-55姚启钧. 光学教程[M]. 北京: 高等教育出版社, 2002刘钧, 高明. 光学设计[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社,2021⒋毕业设计(论文)应完成的主要内容望远镜是重要的光学仪器之一，随着科学技术的飞速开展，望远镜逐步由简单的单筒望远镜开展到双筒望远镜、天文望远镜、射电望远镜。
应用光学课程设计---双筒棱镜望远镜设计
应用光学课程设计一、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）二、本课程设计的目的和要求1、综合运用课程的基本理论知识，进一步培养理论联系实际的能力和独立工作的能力。
2、初步掌握简单的、典型的、与新型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。
3、巩固和消化课程中所学的知识，初步了解新型光学系统的特点，为学习专业课与进行毕业设计打下好的基础。
三、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r= 6倍；2、物镜的相对孔径D/f丄1: 4（D为入瞳直径，D = 30mm）;3、望远镜的视场角2宀=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。
& lz '〜810mm四、设计报告撰写内容本课程设计要求以设计报告形式完成以下工作：1 、认真学习相关像差理论和光学设计知识，做好笔记，完成例题作业并上交；2、根据所讲内容进行本设计具体参数以及结构形式的选择，说明选择理论依据；3、进行本设计的外形尺寸计算，要求写明计算过程；4、使用PW 法进行初始结构参数r、d、n 的求解，要求写明计算过程；5、计算本设计的像差容限，使用Tcos软件完成设计的模拟和计算，手工修改结构参数进行像差的校正；6、绘制相应的像差曲线图和计算数据报表；7、写出本次课程设计的心得体会。
第5章望远系统设计范例题目：双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计）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6倍；2、物镜的相对孔径D/f丄1: 4 （D为入瞳直径，D = 30mm）;3、望远镜的视场角2宀=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。
基于两孔径旋转双棱镜的视场扩大系统及方法与流程
基于两孔径旋转双棱镜的视场扩大系统及方法与流程基于两孔径旋转双棱镜的视场扩大系统及方法与流程
视场扩大系统是一种用于扩大视野范围的装置，常用于显微镜、望远镜等光学仪器中。
在实际应用中，为了获得更广阔的视野，需要将系统中的光路进行扩展。
基于两孔径旋转双棱镜的视场扩大系统是一种常用的扩展光路的方法。
该系统由两个旋转的双棱镜和一个透镜组成。
其中，双棱镜的孔径大小与位置是关键因素，其间隔距离与透镜的焦距也需要同时考虑。
下面介绍该系统的具体方法与流程。
1.确定系统参数
首先需要确定双棱镜的孔径大小、间隔距离和透镜的焦距。
这些参数决定了系统的放大倍数和视野范围。
具体参数根据实际情况进行选择。
2.安装双棱镜
将两个双棱镜安装在光路上，且旋转角度相对，孔径相对应。
两个双棱镜的孔径大小和位置需要对称，以达到较好的均匀性和稳定性。
3.安装透镜
在双棱镜的中心位置，安装一个透镜。
透镜的焦距需要与双棱镜的间隔距离相匹配，以达到最佳成像效果。
4.调试系统
将光源位置调至最佳位置，以达到最佳成像效果。
调整双棱镜的旋转角度，以使其最佳匹配，视野范围最大化，并且成像效果达到最佳。
5.实际应用
完成系统搭建后，可以将其应用于显微镜、望远镜等光学仪器上，以达到扩展视野的效果。
总之，基于两孔径旋转双棱镜的视场扩大系统是一种常用的视野扩展方法，需要注意双棱镜的孔径大小、位置和透镜的焦距匹配，并通过调试系统，以达到最佳成像效果。
双像棱镜
表面非对称指数
Surface Asymmetry Index,SAI
角膜中央等距离子午线上相隔180°对应点的屈光度 差值的总和
完全对应（如球面，Toric面） SAI = 0 正常值 ：SAI = 0.12±0.01 与最好预矫视力（PVA）相关
SAI小则PVA好，反之， PVA差
测量方法
测量方法
测量方法
测量方法
Bausch-Lomb型角膜曲率计
Bausch-Lomb角膜曲率计
德国Hermann Von Helmholtz（1821-1894），发明 的世界第一台角膜曲率计
此是双像系统可变的一位角膜曲率计
Bausch-Lomb型角膜曲率计
基本光学器械结构
因为所测的角膜面积较小，仅限于角膜中央 3mm范围(约占角膜面积7％)，对于当前眼科 临床上盛行的角膜屈光手术(包括PRK、 LASIK)的疗效，仅以角膜屈率计检查法是不能 全面对其进行评估的。
角膜曲率计检查的局限性
不规则角膜的曲率 影像变形 测量结果不准确
过于平坦或过于陡峭的角膜，特别是大于50.0D，曲率计将失去准 确性
SRI高则角膜光学质量差
平均屈光度
角膜3mm区域平均屈光度值 角膜5mm区域平均屈光度值 角膜7mm区域平均屈光度值
表面形状系数（SF）
角膜表面从中央到周边屈光度变化规律
球面 （sphere）
sf = 0
扁球椭圆 （oblate ellipse） sf > 0
扁长椭圆 （prolate ellipse） sf < 0
光标扭曲
OS 43.12@135/41.87@45; 1.25D
斜轴散光, 光标扭曲
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汉口学院
《应用光学》
课程设计报告
报告题目：双筒棱镜望远镜设计$
学生姓名：
学号：
专业班级：
授课老师：
|
二O一四年十一月
双筒棱镜望远镜设计
设计任务与要求
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
目录
一、外形尺寸计算
）
二、初始结构的选型
三、物镜初始结构参数的计算
四、物镜zemax的初始上机数据及像差图示
五、物镜zemax的校正数据及像差图示
设计步骤
一、 —
二、
外形尺寸计算
已知望远镜参数：
Γ＝6，入瞳直径30D mm =，相对孔径
'
1:4D
f =，2ω＝8°，L=110mm ； 视场边缘允许50%的渐晕；
棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm 1、求1'f ，2'f
物镜焦距'14120f D mm =⨯=
目镜焦距''12
120
206
f f mm ==
=Γ
~
2、求'
D
出瞳直径'5D
D mm =
=Γ
3、求视场直径
16.7824mm =tan4f 2=D '1 ⨯⨯视
4、求目镜视场
5.452tan =tan ''=⇒Γωωω
该望远系统采用普罗I 型棱镜转像，普罗I 型棱镜如下图：
2ω
》
将普罗I型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：
无渐晕时候，，现在有25%的渐目镜口径D
目
晕，所以
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，使像质较好。
在上图中截取平板拦光部分的梯形进行研究，如下图，可得比例关系：
7.51208.39127.5120
h a
--=-
其中a 为第二块平板的后表面到分划板的距离，根据要求，可取
14a mm =。
解得：8.287h mm =
\
由此可得：
等效平板厚度216.574D h mm ==
所以棱镜展开的实际厚度：33.148L KD mm == 考虑到棱镜的装配，取33.5L mm = 因此，等效空气平板厚度33.5
22.11.5163
L d mm n =
== 考虑到棱镜通光口径有限，因此需考虑到全孔径全视场的光线要能通过棱镜的第一个面（如下图），则物镜到第一个棱镜前表面的最小距离必须满足：
其中_
c 为物镜到第一个棱镜前表面的最小距离。
~
实际物镜到第一个棱镜前表面的距离：
120259.8c a b d mm =---=
其中b 为普罗I 型棱镜系统的两棱镜的距离，根据要求，取
2b mm =
由_
c c >知，设计满足实际棱镜通光口径的限制。
二、初始结构的选型
根据设计技术要求与外形尺寸计算结果： :
物镜：'/1:4D f =，28ω=，'120f mm
=
目镜：'20f mm ='245.5ω=，5D mm =，'8~10z l mm >
由查阅资料与老师讲解知，物镜为大孔径小视场，而目镜为小孔径大视场系统，可知双胶合物镜与凯涅尔目镜满足设计任务要求。
望远镜：孔径大，视场小，所以轴外像差小，只需要校正轴上点像差。
两种轴上点像差：球差、位置色差。
与孔径相关。
其余轴外像差：与视场相关，但慧差与孔径和视场都相关，所以也要考虑慧差。
所以：
对于物镜：校正球差、位置色差、慧差（用正弦差代替） |
对于目镜：大视场，小孔径。
要校正：像散、场曲、畸变、慧差、倍率色差。
相关的结构特点，像差特性和光学性能如下：
双胶合望远物镜，结构简单，制造和装配方便，光能损失较小。
玻璃选择得当，可以同时校正球差，正弦差和色差。
当高级球差得到平衡时，胶合面的曲率较大，剩余的带球差偏大。
因而，双胶合物镜只适用于小孔径的使用场合。
常见的孔径如表所示。
考虑到胶合面有脱胶的概率，双胶合物镜的口径不宜过大，最大口径为100mm 。
双胶合物镜能适应的视场角不超过10。
凯涅尔目镜，接目镜为双胶镜，增加一个胶合面变数用来校正倍率色差，且在校正倍率色差的同时可以把场镜和接目镜的间隔进一步减小，从而取得结构缩短，场曲减小的效果。
/
光学性能：视场240~50ω=，相对镜目距''/1/2p f =。
三、物镜初始结构参数的计算 1. 求h ，z h ，J
由设计条件，有()1520''' 1.4089('0.125,''8.3912,'1)
'z
o o D h mm h J n u y h u y f tg mm n f ω⎧==⎪⎪
⎪=⎨==⎪⎪
=====⎪⎩
孔径光阑在物镜框上 2. 求平板像差
（由于含有平板，平板会产生像差，所以要用物镜的像差来平衡平板的像差）
/
u=，u Z =︒-4=，675.332=⨯=d ,5163.1=n ,1
.64=ν
3. 求物镜像差
双胶合物镜像差应该与平行平板像差等值反号，据此提出物镜像差。
（若不需平衡平板像差的话，取物镜像差都为0）
-
0.006096I IP S S =-=；
0.003404II IIP S S =-=-；
0.003667I IP C C =-= （1） 根据C I 求C ，并规划成C
⎪⎪⎪
⎩⎪
⎪
⎪⎨⎧-=--=∑==∑-=--=∑∏003667.0)1(003404.0)(006096.012
2
24
3
2u n n d C u u S S u n n d S IP Z IP
P IP ν
22
0.003667
1200.001956(15)
C C h φI =
=⨯= （2） 根据,S S I II 求P 、W
0.0060960.0004064
15
0.003404
0.0032453
1.0489z S S hP P h S S h P Jw w J I I II II =⇒====+⇒==-=- （3） 将P 、W 规化成P 、W
~
33
22
0.00040640.20808()(0.125)
W 0.0032453
0.2077(0.125)P P h W h φφ======（）
（4） 物本身位于无穷远，则 0.20808,0.2077P P W W ∞
∞
====
（5） 求0P
取冕牌在前，则
19822.0)1.0(85.020=+-=∞
∞W P P
（6） 、
（7）
选玻璃
根据___
0.001956C =与0P 查阅《光学仪器设计手册》，选取K9-F5玻璃对。
初始数据为：
（8）求形状系数Ｑ
（9）求归一化条件下透镜各面的曲率
（10）求薄透镜各面球面半径；
（11）求厚透镜各面球面半径
凸透镜最小边缘厚度：
最小中心厚度：
凹透镜最小边缘厚度：
最小中心厚度：
-
《
四、物镜zemax的初始上机数据及像差图示
1.初始上机数据
？
2.像差图示
2D草图
光线像差特性曲线
光路特性曲线
标准点列图
五、物镜zemax的校正数据及像差图示
1.校正数据
2.像差图示
2D草图
光线像差特性曲线
光路特性曲线
标准点列图。