简易光学仪器设计参考资料(给学生)
短学期简易望远镜的设计与制作
短学期简易望远镜的设计与制作引言：望远镜是一种光学仪器，用来观察远距离的天体和地面物体。
随着科技的发展，望远镜的种类越来越多样化，并且价格不断下降，已经成为了人们探索宇宙和观察自然的重要工具之一、在本文中，我将介绍一种简易望远镜的设计和制作方法，帮助读者理解望远镜的基本原理，并且可以通过自己动手制作一个简易望远镜来观察天体。
一、设计思路：我们的简易望远镜主要由两个部分组成：物镜和目镜。
物镜是用来收集光线的，而目镜则是用来放大图像的。
通过这两个镜头的组合，我们可以看到远处的景物。
二、制作步骤：1.制作物镜：物镜是望远镜的核心部分，负责收集远处的光线。
我们可以使用一个凸透镜作为物镜。
选择一个透镜的焦距，可以根据自己的需求来决定，一般可以选择50mm左右的焦距。
然后，将透镜固定在一个适当大小的圆圈上，可以使用胶水或者胶带进行固定。
确保透镜的前表面平坦无瑕疵，并且与固定圆圈平行。
2.制作目镜：目镜是用来放大图像的，我们可以使用一个凸透镜作为目镜。
目镜的焦距可以选择稍微小一些，比如30mm左右。
同样地，将透镜固定在一个适当大小的圆圈上，并确保透镜的前表面平坦无瑕疵，并且与固定圆圈平行。
3.组装望远镜：将物镜和目镜固定在两根合适的管子上，使得两个镜头的距离等于物镜和焦距之和。
如果需要，可以使用胶带或者胶水进行固定。
确保两个镜头之间的距离合适，使得观察者可以调节焦距以获得清晰的图像。
另外，为了方便观察，可以在望远镜的一端固定一个小支架，以便将其放置在一个稳定的位置上。
4.使用望远镜：将望远镜对准你希望观察的目标，然后通过目镜看到的图像将被放大。
可以通过调整目镜和物镜之间的距离来调节焦距和放大倍数，以获得最佳的观察效果。
另外，也可以使用望远镜支架来固定望远镜，以减少手持望远镜时的晃动。
总结：通过以上步骤，我们成功地设计和制作了一个简易望远镜。
虽然它可能没有商业望远镜的高倍放大和精确成像，但它足够用来观察一些基本的天体和地面物体。
大学物理实验光学仪器的设计
李振声 物理教研室
显微镜——为人类打 开了“近在眼前”的微小世 界的大门
望远镜——则帮助人类揭 示了“远在天边”的星球世 界的奥秘
实验目的
重点 学会透镜焦距的测量方法。
掌握光学仪器系统的设计、测试的基本方
法
难点
应用提供的透镜、光具座及基本的测试工 具，设计并组装望远镜、显微镜
一个倒立放大的实像I1。 （6）再经大焦距的目镜后在大于明视距离外成一放大的虚
像I2供眼睛观察。
注意共轴调节
四、望远镜角放大率的测量方法
物像共轭法测量
物镜和目镜之间的距离等于两透镜焦距之和。
在物镜前方加上直尺，在目镜后方插上光屏。
将无穷远处的物体（直尺）逐渐移至物镜前方， 在光屏上成一缩小的像y3，并量之。
2、折反射望远镜 。在球面反射镜的基础上，再 加入用于校正像差的折射元件 ,以消除球面差。
施 密 特 望 远 镜
1931年美国施密特发明
马 克 苏 托 望 远 镜
1940年苏联光学家马克苏托发明
3、折射望远镜：用透镜作物镜的望远镜。
意大利物理学家伽 利略1609年发明望 远镜
德国天文学家 开普勒
2、二次成像法（共轭法或位移法）测焦距的原理
首先确定物象间的距离D>4f。
如果透镜在这个距离之间能有 两个成像（一个放大的，另一
个缩小的），且两次透镜位置
间的距离为d，则
D2 d2 f
4D
3、物距像距法测量焦距（高斯公式法）
1 1 1 移动像屏得到一个清 f u v 晰的与物相似的倒立
（1）物镜的焦距大于目镜的焦距。 （2）物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合。 （3）物体经大焦距的物镜后在焦平面上成缩小的实像。(物
光学仪器制作
自选实验——光学仪器的制作一 实验原理1.光学仪器的角放大率放大率是某些光学仪器的主要特征参数。
投影仪和放大机将物体放大成实像显示在屏幕上，用线性放大率β表示其放大能力；而望远镜和显微镜则主要增大远处的物体或近处微小的物体对眼睛的张角（视角大，物体在视网膜上成像就大），用角放大率M 表示它们的放大本领。
因为同1件物体对眼睛的张角和物体离眼睛的距离有关，故在角放大率的定义中必须对物体和像的位置作具体的规定。
对望远镜和显微镜规定，以像距离25cm （明视距离）处的放大率为仪器的放大率。
用纤维和望远镜观察物体时，通常视角甚小，因此视角之比可用其正切之比代替于是光学仪器的放大率可近似写成θtan /tan ψ=M式中ψ为通过光学仪器观测物体时，虚像在明视距离处对眼睛的张角；θ为不用光学仪器时，物体位于明视距离处对眼睛的张角。
凸透镜是最简单的放大镜。
下面以凸透镜为例，讨论它的放大率。
如下图所示，讨论它的放大率。
图 凸透镜放大示意图长度为y 的物体AB 在明视距离D 处对人眼的张角为θ。
当物体AB 放在透镜L的焦平内侧时，调整物距u 使像到人眼的距离为明视距离D ，得到高度为Y 的虚像ab 。
当眼睛紧靠凸透镜时，此时视角即为像对眼睛的张角ψ。
则此时放大镜的角放大率为 βθψ====yY D y D Y M //tan /tan 由此可知，放大镜的角放大率与线性放大率在数值上相等。
最简单的显微镜和望远镜都是由两个正透镜组成。
靠近被观察物体的是物镜，靠近人眼的是目镜。
物镜的作用是使物体成一位于目镜物方焦点以内、靠近物方焦点或位于物方焦点处的实像；目镜则起到放大镜的作用。
显微镜和望远镜虽然基本结构相同，但功能各异。
显微镜是用来观察近处微小物体的细节，而望远镜则是用来观察远处大物体的细节，它们都是延展人眼功能的助视光学仪器。
投影仪器包括电影放映机、幻灯机、印相放大机以及绘图用的投影仪等。
它的主要部分是一个会聚的投影镜头，将画片成放大的实像于屏幕上。
简易光学仪器设计参考资料(给学生)
设计性实验参考资料：简易光学仪器设计一、供选择的仪器凸透镜（150mm一个，70mm一个，45mm 一个）、显微测微尺，显微镜目镜，显微镜物镜、光源、光具座、物屏、像屏、支架、透镜夹，干板夹，过渡架、游标卡尺、卷尺、透明直尺等二、设计要求1．设计测量凸透镜焦距的原理、方法和步骤。
（要求高斯公式法和共轭法两种方法必做，并在实验中比较优缺点）2．设计望远镜并测量角放大率。
（望远镜与显微镜选做一个）3．设计显微镜并测量角放大率。
上述设计中应有光路图、计算公式和大致操作步骤三、实验原理（一）凸透镜焦距的测量原理1、自准直法如右图所示，把物体放在凸透镜的焦平面上时，物体上各点发出的光线经过透镜折射后成为平行光，如果在透镜后垂直放置一块平面反射镜，平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，这个像与原物大小相等，是倒立的实像。
前后移动透镜位置，当在物平面上得到一个清晰的倒立的实像时，物屏到透镜中心的距离就是该透镜的焦距。
这种测量透镜焦距的方法称为自准直法，能比较迅速、直接测得焦距的数值，自准直法也是光学仪器调节中常用的重要方法。
2、共轭法（两次成像法，位移法）如图所示，使物屏与像屏之间的距离D大于透镜4倍焦距时，沿光轴方向前后移动透镜，可在像屏上观察到一个放大的和一个缩小的倒立的实像。
透镜两次成像时的间距为d。
测出D和d，就可计算出凸透镜的焦距：224D d fD-=3、高斯公式法（物距像距法）在近轴光线条件下，薄透镜成像公式为：111u v f+= 式中u 为物距，v 为像距，f 为薄透镜焦距。
只要量出 u 、v ，即可由公式求出焦距 f'。
（二）望远镜的组装1、望远镜的构造及其放大原理望远镜通常是由两个共轴光学系统组成，我们把它简化为两个凸透镜，其中长焦距的凸透镜作为物镜，短焦距的凸透镜作为目镜。
物镜的作用是将远处物体发出的光经会聚后在目镜物方焦平面上生成一倒立的实像，而目镜起一放大镜作用，把其物方焦平面上的倒立实像再放大成一虚像，供人眼观察。
光学设计案例范文
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。
光学仪器实验设计 - 构建和使用常见的光学仪器和设备
根据可视化结果，对实验现象进行深入讨论。分析实验条件对结果的影响，以及可能存在 的误差来源。通过与理论预测或先前研究结果的比较，验证实验结果的可靠性和准确性。
结论与展望
总结实验结果，指出研究的意义和价值。同时，提出改进实验设计或进一步研究的建议， 以促进光学仪器和实验技术的发展。
05
光学仪器使用注意事项及维护保养策
说明如何操作分光计进行光谱分析，包括光源选 择、波长校准、数据处理等步骤。
干涉仪
干涉仪类型
介绍迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德尔干涉仪等不同类型的干涉仪及 其应用领域。
干涉仪结构
解释干涉仪的主要组成部分，如激光源、分束器、反射镜、探测器 等。
使用方法
指导如何操作干涉仪进行光学测量，包括系统搭建、光路调整、数 据采集与处理等步骤。
望远镜结构
解释望远镜的主要组成部 分，如物镜、目镜、镜筒 、支架等。
使用方法
指导如何正确使用望远镜 进行天文观测，包括安装 、校准、观测技巧等。
分光计
分光计类型
介绍棱镜分光计、光栅分光计等不同类型的分光 计及其工作原理。
分光计结构
详细解释分光计的主要组成部分，如入射狭缝、 色散元件、出射狭缝等。
使用方法
境因素的控制。
04
光学实验数据处理与分析方法
数据采集与整理
数据采集
使用高精度测量设备，如光谱仪、干 涉仪等，获取实验数据。确保采集过 程中环境稳定，避免外部干扰。
数据整理
对采集到的数据进行分类、筛选和归 档。去除异常数据，保留有效数据， 以便后续处理和分析。
数据处理技巧和方法
数据预处理
对数据进行平滑处理，消除噪声和误差。可采用移动平均、滤波等 方法。
光学小制作
光学科学探究实验室光学编号名称规格探究课题01 魔箱尺寸：300x300x320探究课题：研究平面镜成像原理的应用02 变色龙尺寸：260x230x330探究课题：研究颜色变化与不同色光照射的关系03 角反射器尺寸：420x290x400探究课题：光反射原理及平面镜组合应用04 翻转的镜像尺寸：380x240x240探究课题：探究翻转的镜像内平面镜组成像的特点05 小球变大球尺寸：430x390x490探究课题：研究四面镜子多次反射成像的特点06 你中有我、我中有你尺寸：370x200x600探究课题：研究多个条形平面镜有间隔分布时成像的特点07 笼中鸟尺寸：260x230x390探究课题：探究视觉暂留现象及规律08 颜料的混合尺寸：260x230x180探究课题：探究七色光合成白色光现象09 光通讯实验系统尺寸：300x200x80探究课题：探究光波的调制与信息传播方法10 神奇辉光人体感应导电球，辉光球尺寸：200x200x350探究课题：观察研究气体分子电离发光现象11 万花筒尺寸：240x170x150探究课题：探究万花筒内平面镜组成像的特点12 多像镜尺寸：545x275x335探究课题：探究成像个数与镜间夹角的关系13 窥视无穷尺寸：360x360x500探究课题：小学：探究平面镜成像的特点；初中：探究平面镜成像的规律；高中：探究平面镜多次成像的规律。
14 潜望镜尺寸：600x220x80探究课题：光的直线传播与反射原理的应用15 光的反射演示仪1 345x245x210探究课题：探究光的反射规律16 光的反射演示仪2 尺寸：260x260x40比较平面镜、凸面镜、凹面镜的反射规律17 小孔成像尺寸：300x150x180探究课题：探究小孔成像的原理18 三棱镜600x200x270探究课题：探究光的折射以及色散现象19 模拟彩虹尺寸：600x200x235探究课题：研究彩虹形成的原因20 太阳钟尺寸：250x250x160探究课题：研究利用太阳光影计时的方法21 光的合成探究实验仪尺寸：280x200x395探究课题：探究三基色合成的原理22 组合式眼球模型尺寸：340x240x250探究课题：研究凸透镜成像的规律，认识眼球的结构23 红光外侧的热效应尺寸：600x200x250探究课题：相同功率的红外灯和白炽灯比较，在相同时间内，哪个发热多？红外线有什么作用？24 早霞与晚霞尺寸：800*500*30025 光纤灯探究课题：1.探究光纤的原理。
光学仪器的原理与设计
光学仪器的原理与设计光学仪器是利用光的传播和相互作用的原理，用于观测、测量和分析物体的工具。
它们在科学研究、医学诊断、工业制造等领域发挥着重要作用。
本文将介绍光学仪器的原理和设计，以及一些典型的光学仪器。
一、光的传播与相互作用原理光是一种电磁波，具有波粒二象性。
在光学仪器中，光的传播和相互作用是其基本原理。
光的传播可以通过折射、反射和散射等现象实现。
折射是光从一种介质传播到另一种介质时改变传播方向的现象，而反射是光从界面上的介质返回原来的介质的现象。
散射是光在物质中遇到不均匀性时改变传播方向的现象。
光的相互作用包括吸收、发射和干涉等现象。
吸收是光能量被物质吸收并转化为其他形式能量的过程。
发射是物质向外辐射光能的过程。
干涉是两束或多束光相互干涉形成干涉条纹的现象，利用干涉现象可以实现测量和分析。
二、光学仪器的设计原则光学仪器的设计需要考虑光的传播和相互作用原理，以及实际应用的需求。
设计光学仪器时需要考虑以下几个方面的原则。
首先，光学仪器的设计需要考虑光的传播路径。
光的传播路径应尽量简洁，以减少光的损失和干扰。
例如，光学显微镜的设计中，要尽量减少透镜和物镜之间的光损失，以提高成像质量。
其次，光学仪器的设计需要考虑光的聚焦和分光。
聚焦是将光束集中到一个点或一个小区域的过程，而分光是将光束按照不同波长或不同方向进行分离的过程。
例如，分光光度计的设计中，要通过光栅或棱镜将光束按照不同波长进行分离，以进行光谱分析。
最后，光学仪器的设计需要考虑光的检测和信号处理。
光的检测是将光能转化为电信号的过程，而信号处理是对电信号进行放大、滤波和数字化等处理的过程。
例如，光电倍增管和光电二极管等光检测器可以将光能转化为电信号，然后通过放大器和滤波器对信号进行处理。
三、光学仪器的应用光学仪器在科学研究、医学诊断和工业制造等领域有着广泛的应用。
以下是一些典型的光学仪器。
首先，显微镜是一种用于观察微小物体的光学仪器。
它利用透镜或物镜将物体放大，使人眼能够清晰地观察到微小细节。
提高高中一年级学生的实验技能设计简单的光学实验
提高高中一年级学生的实验技能设计简单的光学实验在现代科学教育中，实验技能是学生必备的基本能力之一。
通过实验，学生可以亲自动手，亲眼观察，从而更好地理解和巩固所学的知识。
而光学实验作为一种常见的实验形式，在提高高中一年级学生的实验技能方面具有重要的作用。
本文将设计一个简单的光学实验，旨在帮助这些学生提高实验技能。
为了使该实验具有一定的教育意义，并能顺利进行，我们需要以下材料和设备：1. 白纸2. 直尺3. 透明玻璃板4. 尺子5. 一盏激光笔步骤一：制作折射光实验装置首先，我们需要制作一个简单的折射光实验装置。
将透明玻璃板放在平坦的桌面上，使用直尺将其固定在桌上。
确保平整和稳固。
步骤二：调整灯光角度将激光笔打开，调整其光束角度，使其射向透明玻璃板上的特定位置。
这个位置可以是比较远的地方，以便能够观察到光束的折射现象。
步骤三：观察折射现象将一张白纸平行放置于透明玻璃板上方，并使光束垂直照射到白纸上。
观察并记录光束在玻璃板上的折射情况，即光线发生偏折的现象。
可以通过移动白纸的位置，观察到不同位置的折射现象。
步骤四：测量角度使用尺子测量光束入射角和折射角的大小。
可以通过将透明玻璃板的一侧固定在水平面上，并将光束垂直照射到这一侧，然后测量光束入射角。
再通过观察折射现象，测量光束折射角。
步骤五：分析结果通过测量的数据，计算光束从空气到玻璃板的折射率。
折射率是光线从一种介质射入另一种介质时发生偏折的程度的量度。
可以使用折射率的公式来计算，即折射率=n2/n1，其中n1是空气的折射率（近似为1），n2是玻璃板的折射率。
通过这个简单的光学实验，学生可以通过实际操作和观察，深入了解折射现象和相关的光学知识。
他们可以通过调整光束角度、测量折射角度等，探索并发现规律。
同时，他们还可以运用所学的数学知识，通过计算折射率来进一步理解光的折射原理。
通过这个实验，学生不仅可以提高实验操作的技能，还能培养观察、记录和推理的能力。
简单显微镜的设计
简单显微镜的设计教学目的 1、了解显微镜的基本光学系统及放大原理，以及视觉放大率等概念；2、学会自组搭建简单显微镜的光路，进一步熟悉透镜的成像规律；3、形成实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。
重难点 重点：组装简单显微镜光路的设计和调节难点：1）简单显微镜的放大原理；2）设计光路的调节教学方法 讲授、讨论、演示相结合 学时 3学时一、实验简介显微镜是最常用的助视光学仪器，且常被组合在其他光学仪器中。
因此，了解并 掌握它的构造原理和调整方法，了解并掌握其放大率的概念和测量方法，不仅有助于加 深理解透镜的成像规律，也有助于正确使用其他光学仪器。
二、实验目的1、了解显微镜的基本光学系统及放大原理，以及视觉放大率等概念；2、学会按一定的原理自行组装仪器的技能及调节光路的方法；3、学会测量显微镜的视觉放大率。
三、实验原理（一）、光学仪器的视觉放大率显微镜被用于观测微小的物体，望远镜被用于观测远处的目标，它们的作用都是 将被观测的物体对人眼的张角（视角）加以放大。
显然，同一物体对人眼所张的视角与 物体离人眼的距离有关。
在一般照明条件下，正常人的眼睛能分辨在明视距离处相距为 0.05～0.07mm 的两点。
此时，这两点对人眼所张的视角约为/1，称为最小分辨角。
当微小物体（或远处物体）对人眼所张视角小于此最小分辨角时，人眼将无法分辨，因而 需借助光学仪器（如放大镜、显微镜、望远镜等）来增大物体对人眼所张的视角。
这是 助视光学仪器的基本工作原理，它们的放大能力可用视觉放大率Γ表示，其定义为wwtan tan /=Γ （1）式中，w 为明视距离处物体对眼睛所张的视角，/w 为通过光学仪器观察时在明视距离处的成像对眼睛所张的视角。
（二）、显微镜及其视觉放大率最简单的显微镜是由两个凸透镜构成的。
其中，物镜的焦距很短，目镜的焦距较 长。
它的光路如图所示，图中的o L 为物镜（焦点在o F 和/o F ）,其焦距为o f ；e L 为目镜， 其焦距为e f 。
自制教具设计方案光学
自制教具设计方案光学自制教具设计方案：光学1. 设计目标：设计一个简单易用的光学教具，用于教授光的传播、反射、折射等基本光学原理。
2. 教具材料：- 一块透明的玻璃板- 一束激光指示器- 一块反光镜- 一块透镜- 一块光屏- 一根直尺- 一些小物体（如针、硬币等）3. 设计步骤：a. 制作光线传播演示装置：- 将透明玻璃板固定在架子上，使其能够自由旋转。
- 在激光指示器的末端固定一个小物体，使其能够发出一束直线光线。
- 将激光指示器对准透明玻璃板，使光线穿过玻璃板。
b. 演示光的反射：- 在透明玻璃板上放置一个反光镜，使其与光线垂直。
- 调整透明玻璃板的角度，观察光线从反光镜上反射的现象。
c. 演示光的折射：- 在透明玻璃板上放置一个透镜，使其与光线垂直。
- 调整透明玻璃板的角度，观察光线从透镜上折射的现象。
- 使用直尺测量入射角和折射角，并计算折射率。
d. 演示光的聚焦：- 将透明玻璃板上的透镜调整到合适的位置，使光线能够在光屏上形成清晰的焦点。
- 移动光屏，观察焦点的变化。
4. 使用方法：a. 首先，将光线传播演示装置放置在平稳的桌面上，并打开激光指示器。
b. 使用直尺调整透明玻璃板的角度，以观察光的反射和折射现象。
c. 调整透明玻璃板上的透镜，使光线能够在光屏上形成清晰的焦点。
d. 观察并记录实验结果，进行相应的讨论和解释。
5. 注意事项：a. 使用激光指示器时要小心，避免直接照射眼睛。
b. 在操作过程中要注意安全，避免碰撞和摔落。
c. 实验结束后，及时关闭激光指示器和清理实验场地。
通过以上自制教具的设计方案，学生可以通过实际操作和观察，深入理解光的传播、反射、折射等基本光学原理。
同时，学生还可以通过测量和计算，加深对光的特性和行为的认识。
这样的教具设计能够激发学生的学习兴趣，提高他们的实践能力和科学素养。
光学设计报告——显微镜【精选】
光学课程设计报告姓名：***学号：********学院：仪器科学光电信息工程学院班级：光信2班指导老师：***设计任务要求设计题目：显微镜设计要求：目镜: 放大率19倍物镜：放大率6倍共轭距150mm中间像直径大于6mm课程要求熟悉ZEMAX的基本操作完成《ZEMAX练习内容.docx》内容按照给定参数，设计显微目镜、物镜，并组合。
完成课程设计报告物镜一、物镜系统选择按照参数，从《光学仪器设计手册-显微物镜.doc》中选取编号4-03号物镜。
该结构有如下特征：1、放大率为-5，接近目标值-6。
2、采用对称结构，可以有效降低加工难度和成本。
物镜镜头如图：将该物镜的镜头数据输入到新建LDE表格中。
根据条件，系统物面空间NA设为0.26，便于目镜的选择制作。
视场数据选用如图所示：先把各个面曲率半径设为可变，确定默认优化函数PMAG为6倍后开始优化。
物镜镜头共轭距改为150mm，要进行镜头缩放。
1、优化结果分析镜头结构：物镜数据优化表格：该物镜镜头同时替换了玻璃，进行了锤形优化使镜头SPT图显示更好。
SPT图：通过数据可以看出，优化结果还可以。
我们还可以从多个图分析该镜头的优化程度，接下来呈现多个优化结果。
MTF图：系统信息图：通过该系统信息图可知Image Space NA 是0.04483145，这就是所需匹配目镜的物间空间NA，目镜一、目镜系统选择1、目镜要求：放大率 19物空间NA 0.04483145目镜焦距 13.158mm根据目镜目标参数，选择镜头型号规格如图所示：输入到ZEMAX表格中。
2、优化过程注意PARAXIAL的最后要设为23mm，眼睛镜头到像面（视网膜面）的最适距离。
各曲率半径设为变量，玻璃镜头设为替换(进行自动优化和锤形优化）。
默认目标函数改为EFFL（13.158）。
优化过程中镜头要反转，反复的调节back foal length，使它接近目镜的EFFL.二、目镜优化分析优化后的目镜结构：SPT图：MTF图：组合一、组合状态合并后数据如下：光路结构图如下：调节物像高度使中间像高直径大于6mm二、像质评价组合镜头SPT图：对SPT图数据分析：73*近轴放大率（12.7）/{（30.68/2）^2+[(21.468+19.932+19.239)/3]^2}大约等于37。
自制光学组合仪器
自制光学组合仪器
对于实验条件较差的学校，可以自行制作一套由手电筒、凸透镜、蜡纸筒等组装成的仪器，用来进行光的直线传播、反射、折射等实验。
仪器构造如图4－3所示。
所需部分器材：
①直径约40毫米，焦距50毫米左右的凸透镜（焦距太大则光束过弱）1个。
如果找不到短焦距透镜，可用两片平凸透镜贴合使用。
②内径稍大于手电筒的纸筒（如蜡纸包装筒）三个。
③内径与透镜直径相当的塑料瓶盖2个。
④香烟盒内铝箔纸1张（选用较厚的一种）。
制作方法：
①在铝箔纸上画出一个与透镜等大的圆，并用刀片镂出两条宽约3～5毫米的狭缝，剪下这个圆形铝箔。
②在两个塑料瓶盖上各开一个孔，孔的直径略小于透镜的直径。
③用两个开孔的塑料瓶盖夹住透镜和圆形铝箔，并用有螺帽的小螺钉将它们固定好。
④截下硬纸筒（长度应视透镜焦距而定），照图4－3所示安装起来。
光学仪器设计
光学仪器设计光学仪器在科学实验、教育、军事、生活等诸多领域中，都发挥了至关重要的作用，如显微镜、望远镜、摄像机、投影机等。
其设计和生产，需要掌握光学、机械、电子等多门学科的知识。
本文就光学仪器的设计展开论述，主要包括以下几方面：仪器设计原则、设计流程、设计中要考虑的关键因素以及设计示例。
一、光学仪器设计原则光学仪器设计以实现其功能为目的，应根据光学仪器的用途确定主要功能、性能指标。
总结起来，主要包括五个原则：首先，应根据仪器的功能需求和用户的操作习惯进行设计；其次，设计应符合工艺性与经济性的原则；第三，设计为将来的改进预留空间；第四，应考虑到仪器的安全性和环保性；第五，应充分利用现有的材料和元件资源。
二、光学仪器设计流程光学仪器设计流程可以分为五个阶段：需求分析、概念设计、细部设计、制造与调试、最后是产品测试与修改。
在实际操作中，这些步骤往往并不是线性进行，而是相互关联、相互影响。
三、设计中要考虑的关键因素在实际操作中，光学仪器设计师需要根据个别仪器的特性，考虑众多因素，例如，选择适合的光源和光探测器，设计适当的光学系统的布局，以及采用合适的机械结构等等。
此外，设计者还需熟悉各类成像系统的特点，并灵活运用，尽量降低因误差带来的成像质量影响。
四、设计示例：这里以设计一个简单的光学显微镜为例子说明。
设计的基础是光学成像原理，首先，需要选择一种合适的光源。
然后，需要设计出一套适合显微镜照明的光源系统，合理布局各镜头组，采用可调节的目镜和物镜，以满足不同放大倍数的观察需求，对观察的目标进行清晰、高对比度的成像。
然后，选择合适的材料和制程进行制造，最后，测试和调试，对镜头、光源进行微调，以达到最佳效果。
总的来说，光学仪器的设计是一门涵盖范围广泛的复杂科学，需要掌握多门学科的知识。
精良的光学仪器更离不开精细的结果，此结果取决于设计者的专业知识、经验和创新思维的共同作用。
然而，通过不断的学习和实践，我们有信心能设计出更加精良、实用的光学仪器，来满足不断发展的社会需求。
物理小学十一年级简单光学实验
物理小学十一年级简单光学实验一、实验目的二、实验器材和材料三、实验原理1. 光的传播方式2. 光的反射定律3. 光的折射定律四、实验步骤1. 实验一：测量光的反射角2. 实验二：测量光的折射角五、实验结果及分析六、实验总结一、实验目的本实验旨在通过进行一系列简单的光学实验，加深小学十一年级学生对光传播方式、反射定律和折射定律的理解，提高他们的实验操作能力和实验数据处理能力。
二、实验器材和材料实验器材包括：直尺、透明杯、笔、火柴等；实验材料包括：水、纸。
三、实验原理1. 光的传播方式光在空气、水以及透明介质中传播时会发生折射，光在真空中直线传播。
我们可以利用这一特性来观察光的反射定律和折射定律。
2. 光的反射定律当光从一种介质中射入另一种介质时，入射角和反射角的关系遵循反射定律。
反射定律规定，入射角等于反射角。
3. 光的折射定律当光从一种介质射入另一种介质中时，入射角和折射角的关系遵循折射定律。
折射定律规定，入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
四、实验步骤1. 实验一：测量光的反射角a. 准备一根直尺，将其垂直放置在桌子上；b. 在直尺上找一个比较长的刻度线作为入射线，将其看作是光从空气射入玻璃中的入射线；c. 将一支笔沿着直尺放置，使其与刻度线持平，看作是光从玻璃反射出来的线；d. 测量入射线与反射线之间的夹角，得到光的反射角。
2. 实验二：测量光的折射角a. 准备一个透明杯和一杯水；b. 将杯子中的水注满，使水面水平放置；c. 在水杯旁边放一个刻度线的纸片，作为入射线；d. 观察入射线从空气射入水中时的折射线；e. 将入射线与折射线之间的夹角视为光的折射角。
五、实验结果及分析根据实验一的数据，我们可以得到光在玻璃中的反射角。
通过测量多组数据，我们可以观察到光的反射角在不同入射角下的变化规律。
根据实验二的数据，我们可以得到光从空气射入水中的折射角。
同样地，通过测量多组数据，我们可以观察到光的折射角在不同入射角下的变化规律。
《主题九 第五节 光学仪器》作业设计方案-中职物理高教版化工农医类
《光学仪器》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本次作业旨在帮助学生深入理解光学仪器的原理和构造，掌握基本的光学仪器操作技能，并通过实践操作，提高动手能力和问题解决能力。
二、作业内容1. 预习教材中关于光学仪器的章节，了解其基本原理和构造。
2. 准备以下实验器材：望远镜、显微镜、放大镜等常见光学仪器，以及各种被观察的实物（如植物、昆虫、硬币等）。
3. 按照教材中的指导步骤，操作望远镜和显微镜，观察并记录观察到的现象。
4. 尝试使用其他常见光学仪器进行观察，并与同学交流各自的经验和观察结果。
5. 根据实验过程中的问题和困惑，查阅相关资料，提出自己的疑问和思考。
三、作业要求1. 独立完成实验操作，确保实验过程的规范性和安全性。
2. 实验完成后，整理实验记录，提交纸质或电子版的实验报告，报告中需包括观察到的现象、操作过程中的问题和思考等。
3. 鼓励同学之间互相交流、讨论，分享经验和收获。
4. 鼓励提出自己的疑问和思考，并进行总结和归纳，为后续的学习打下基础。
四、作业评价1. 参考学生的实验报告，评估学生对光学仪器基本原理和构造的理解程度。
2. 根据学生的实验操作和观察记录，评估学生是否掌握了基本的光学仪器操作技能。
3. 结合学生的交流和疑问，评估学生是否具备了独立思考和解决问题的能力。
4. 针对学生的表现，给予针对性的反馈和建议，帮助学生更好地理解和掌握光学仪器相关知识。
五、作业反馈1. 鼓励学生及时反馈在作业过程中遇到的问题和困难，以便教师及时调整教学策略和提供帮助。
2. 针对学生的反馈，教师需认真分析，总结教学中的不足之处，并在后续教学中加以改进。
3. 通过作业反馈，建立良好的师生互动和教学反馈机制，促进教与学的共同进步。
通过本次作业，学生将能够深入了解光学仪器的原理和构造，掌握基本的光学仪器操作技能，并提高动手能力和问题解决能力。
同时，教师也将获得教学反馈，以便更好地调整教学策略，提高教学质量。
《主题九 第五节 光学仪器》作业设计方案-中职物理高教版化工农医类
《光学仪器》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本次作业旨在帮助学生掌握光学仪器的基本概念和原理，了解常见光学仪器的种类和应用，提高学生对光学仪器的认知和应用能力。
二、作业内容1. 简答题：请简述光学仪器的定义、分类和应用。
2. 论述题：请论述不同类型的光学仪器的工作原理和特点。
3. 案例分析：请分析一个实际的光学仪器应用案例，并说明其工作原理和作用。
4. 实验题：请设计一个简单的光学仪器实验，验证某种光学原理或现象。
请说明实验目的、器材、步骤和结果分析。
三、作业要求1. 作业应围绕光学仪器课程的知识点展开，具有针对性和实用性。
2. 简答题和论述题要求答案准确、条理清晰。
3. 案例分析题要求结合实际，具有可操作性和分析性。
4. 实验题要求设计合理，步骤清晰，结果分析准确。
5. 提交作业应包括答案和必要的说明，字数不少于200字。
6. 请独立完成作业，不得抄袭。
四、作业评价1. 评价标准包括回答的准确性和完整性、实验设计的合理性和操作性、案例分析的实用性和分析深度等。
2. 评价方式将采取教师评分和同学互评相结合的方式，最终成绩将纳入课程总评成绩。
3. 对于作业中出现的问题和错误，将及时进行反馈和指导，帮助学生更好地理解和掌握光学仪器的知识。
五、作业反馈1. 学生应认真对待作业，按时提交。
如未按时提交或出现抄袭现象，将按照学校相关规定进行处理。
2. 对于教师给出的作业评价，学生应认真听取，及时修正自己的理解和表达方式，以提高学习效果。
3. 学生可以通过课程群聊、个人邮箱或留言等方式，向教师反馈在作业中遇到的问题和困惑，以便教师及时提供帮助和指导。
4. 本次作业的反馈将作为下次作业设计和布置的重要参考，请同学们认真对待并积极反馈。
通过以上方案的实施，将有助于提高学生对光学仪器的认知和应用能力，加深对光学仪器课程知识点的理解和掌握。
希望同学们能够认真对待本次作业，积极思考、动手实践，并与同学、教师积极交流，共同提高学习效果。
光学仪器设计
M1 M 2 M 5
M5
表4 显微镜视角放大率测量数据
f0= 1.6cm fe= 2.5cm 光学筒长 l = cm
微尺像在直尺上的格数×1mm Mi
测量 微尺格数×0.01（或×0.05）mm 次数 1 2 3 4
5
l 25cm ) 望远镜角放大率理论值: M ( fo fe
百分误差:
Fo y
靠近焦点
Le
Lo Fo’
y
Fe
fo fe
f o , f e 25cm
l ：光学镜筒长
l 25cm M ( ) fo fe
2、显微镜的设计要点
注意共轴调节
显微镜 fo< fe
目镜和物镜之间的距离 l 比 fo 、 fe大得多。 物体位于物镜物方焦点前附近。 物体经物镜后，在目镜的物方焦面内侧成一个 倒立放大的实像。再经大焦距的目镜后在大于 明视距离外成一放大的虚像供眼睛观察。
y
Fo’
Fe
y” y’
注意共轴调节
3、望远镜角放大率的测量方法
• 物镜和目镜之间的距离等于两透镜焦距之和。
• 在物镜前方加上直尺，在目镜后方插上光屏。
• 将远处的物体（直尺）逐渐移至物镜前方，在光屏
上成一缩小的像y”，用游标卡尺测量像高。
• 计算望远镜的角放大率。
三、显微镜的组装
1、显微镜原理
y
A
B A
B
f
F
2、共轭法（二次成像法或位移法）
物屏
A B
D d f 4D
2
2
像屏 B( B)
f
A
d
D
• 物像间距离 D > 4f
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物的大小
像的大小
Mi
1
2
3
4
5
望远镜角放大率理论值：
相对百分误差：
（三）显微镜角放大率测量
表4显微镜视角放大率的测量
fo=1.6cmfe=2.5cm光学筒长l=
测量次数
微尺格数×0.01mm
微尺像在直尺上的格数×1mm
Mi
1
2
3
4
5
显微镜角放大率理论值：
相对百分误差：
2．设计望远镜并测量角放大率。（望远镜与显微镜选做一个）
3．设计显微镜并测量角放大率。
上述设计中应有光路图、计算公式和大致操作步骤
三、实验原理
（一）凸透镜焦距的测量原理
1、自准直法
如右图所示，把物体放在凸透镜的焦平面上时，物体上各点发出的光线经过透镜折射后成为平行光，如果在透镜后垂直放置一块平面反射镜，平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，这个像与原物大小相等，是倒立的实像。前后移动透镜位置，当在物平面上得到一个清晰的倒立的实像时，物屏到透镜中心的距离就是该透镜的焦距。这种测量透镜焦距的方法称为自准直法，能比较迅速、直接测得焦距的数值，自准直法也是光学仪器调节中常用的重要方法。
（二）望远镜的组装
1、望远镜的构造及其放大原理
望远镜通常是由两个共轴光学系统组成，我们把它简化为两个凸透镜，其中长焦距的凸透镜作为物镜，短焦距的凸透镜作为目镜。物镜的作用是将远处物体发出的光经会聚后在目镜物方焦平面上生成一倒立的实像，而目镜起一放大镜作用，把其物方焦平面上的倒立实像再放大成一虚像，供人眼观察。
为了适于观察近处的物体，显微镜的焦距都很短。
2、显微镜的角放大率
显微镜的角放大率定义为像对人眼的张角的正切和物在明视距离D=250mm处时直接对人眼的张角的正切之比。于是由三角关系得
其中， 为物镜的线放大率， 为目镜的角放大率，l为显微镜镜筒的长度。从上式可看出，显微镜的物镜、目镜焦距越短，光学间隔越大，显微镜的放大倍数越大。
四、实验步骤
参考原理自行拟定实验步骤
五、实验数据记录参考表格，可自行设计数据记录表格
（一）凸透镜焦距测量
表1高斯公式法测量透镜焦距(单位：mm)
测量次数
u
v
fi
1
2
3
4
5
表2共轭法测量透镜焦距(单位：mm)
（参照表1自行拟定）
（二）望远镜角放大率测量
表3共轭法测望远镜视角放大率（单位：mm）
fo=fe=
设计性实验参考资料：
简易光学仪器设计
一、供选择的仪器
凸透镜（150mm一个，70mm一个，45mm一个）、显微测微尺，显微镜目镜，显微镜物镜、光源、光具座、物屏、像屏、支架、透镜夹，干板夹，过渡架、游标卡尺、卷尺、透明直尺等
二、设计要求
1．设计测量凸透镜焦距的原理、方法和步骤。（要求高斯公式法和共轭法两种方法必做，并在实验中比较优缺点）
3、显微镜角放大率的测量
用显微镜观察物体时，一般视角均甚小，因此视角之比可用其正切之比代替，于是放大率M可近似地写成
式中 是被测物的大小， 是在物体所处平面上被测物的虚像的大小。
在实验中，为了把放大的虚像 与 直接比较，常用目测法来进行测量。其方法是：选一个直尺作为被测物，如下图所示，将其置于距目镜25cm处（明视距离），再选一标尺（显微测微尺）并将它安放在距物镜略大于焦距处，用一只眼睛直接观察标尺，另一只眼睛通过显微镜观看显微测微尺的像。调节显微镜的目镜，使标尺和显微测微尺的像重合且没有视差，读出标尺和显微测微尺像重合区段内相对应的长度，即可得到显微镜的放大率。
3、望远镜角放大率的测量方法
实际测量望远镜系统的角放大率时，利用上图所示光路图。当物y较近时，物镜所成的像y’会位于物镜右侧（实像）或左侧（虚像），经目镜后，即成缩小的实像y’’，于是角放大率
（三）显微镜的组装
1、显微镜的基本光学系统
显微镜的光学系统由两个凸透镜共轴组成，其中，物镜的焦距很短，目镜的焦距较长。如图所示，位于物镜物方焦点外侧附近的微小物体经物镜成一倒立的放大实像于目镜的物方焦点内侧，此实像再经目镜成放大的虚像于人眼的明视距离处或无穷远处。
2、共轭法（两次成像法，位移法）
如图所示，使物屏与像屏之间的距离D大于透镜4倍焦距时，沿光轴方向前后移动透镜，可在像屏上观察到一个放大的和一个缩小的倒立的实像。透镜两次成像时的间距为d。测出D和d，就可计算出凸透镜的焦距：
3、高斯公式法（物距像距法）
在近轴光线条件下，薄透镜成像公式为：
式中u为物距，v为像距，f为薄透镜焦距。只要量出u、v，即可由公式求出焦距f'。
如图所示为开普勒望远镜的光路示意图，图中L0为物镜，Le为目镜。用望远镜观察不同位置的物体时，只需调节物镜和目镜的相对位置，使物镜成的实像落在目镜物方焦平面上，这就是望远镜的“调焦”。
2、望远镜的角放大其物体像对人眼张角的正切与人眼直接观看物体时物体对人眼张角的正切之比。如上图所示，可得