哈工大工程光学大作业_一种长焦距远摄物镜光学结构介绍
哈工大工程光学大作业_一种长焦距远摄物镜光学结构介绍
工程光学大作业一种长焦距远摄物镜光学结构介绍二零一二年六月摘要大口径长焦距远摄物镜光学结构，折反射主镜(2)位于反射主镜(3)前端，其特点是：在折反射主镜(2)的前端还设置有一分离式的，至少一面为曲面的修正透镜(1)。
本实用新型可使光学仪器短镜身、口径大、焦距长、并可采用普通光学材料制成反射镜、其镜面形状均为球形，极易于生产加工，具有低球差、低彗差、高分辨率的成像质量。
关键词：远摄镜头；光学系统；复消色差一种长焦距远摄物镜光学结构简介绍一、相关领域研究背景二十世纪电子工业的发展达到了一个新的高峰，光的特质性越来越体现其运用的广泛性。
光电结合的产品一数码相机、激光设备等正在不断的发展和完善，现代光学在国防、航天等各个方面如激光信息元件、光电子应用领域已非常很广泛。
光电子信息处理产品包括数码照相机、照相手机、扫描仪、激光读取头、多媒体投影仪、投影电视、网络摄像头等，光学在电子领域的运用已经不断的冲击传统光学领域每一种产品，如何将光学传统产业如照相机、望远镜等合理的与现代光电子学进行接洽、融合是传统光学设计的一大难点。
二、具体光学结构介绍本文所介绍的物镜由折反射主镜、反射主镜、转向机构和镜头简体组成，折反射主镜位于反射主镜前端，其特征是：在折反射主镜的前端还设置有一分离式的，至少一面为曲面的修正透镜；修正透镜所具有的曲面均为球面；修正透镜既可以是一面为凸球面一面为凹球面，也可以是一面为平面一面为凸球面。
本物镜的修正透镜与折反射主镜有效口径D 一致，其有效口径D 范围为60—300ram,其中优选相对口径为D ／F ：1／6～1／10；本实用新型修正透镜与折反射主镜的间隔距离为，t H H L R R ++=32。
该公式中，2222)2/(2D R R H R --=，2233)2/(3D R R H R --=，;50~0mm t =其中：2R 为修正透镜的第二面半径，R3为折反射主镜的第一面的半径，2R H 为2R 面的弧高，3R H 为3R 面的弧高， D 为修正透镜的有效口径，t 为间隔的最合理变化区域。
2光学部分大作业(1)
光栅尺，也称为光栅尺位移传感器（光栅尺传感器），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。
光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。
其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。
其结构如图1所示，由光源、透镜、标尺光栅、指示光栅、光电器件及测量电路组成。
工作时标尺光栅平面和指示光栅平面平行，其光栅刻线有一较小的夹角θ，如图2所示。
当有光源照射时，由于挡光效应（对刻线密度≤50条/mm的光栅）或光的衍射作用（对刻线密度≥100条/mm的光栅），与光栅刻线大致垂直的方向上形成明暗相间的条纹。
在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开的地方，形成暗带；这些明暗相间的条纹称为莫尔条纹。
莫尔条纹有什么特点？若光栅的光栅常数为P，试求形成的莫尔条文的间距W是多少？当指示光栅不动，主光栅的刻线与指示光栅刻线之间始终保持夹角θ=0.1度，而使主光栅沿刻线的垂直方向作相对移动一个栅距P=0.02mm时，莫尔条纹将如何变化？
图1 光栅尺传感器的结构示意图。
1光源，2透镜，3标尺光栅，4指示光栅，5光电器件及探测电路
图2 标尺光栅和指示光栅的相对位置及形成的莫尔条文示意图。
工程光学习题答案(附试题样本)
测控09级复习资料工程光学基础教程(课后重点习题答案)测控09级二○一一年六月二日第一章习题1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。
解：则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s,当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s,当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s，当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s，当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。
2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出：所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm。
3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。
若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？解：令纸片最小半径为x,则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为：(1)其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为：(2)联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
简述光学显微镜的结构组成
简述光学显微镜的结构组成光学显微镜是一种利用透镜和光学原理来放大细微物体的仪器。
它由多个主要部分组成，每个部分都有特定的功能，共同协作来实现对样品的放大观察。
下面将对光学显微镜的结构组成进行简述。
1. 物镜物镜是光学显微镜的主要放大部分，它位于镜筒的底部。
物镜是由多个透镜组成的复合透镜系统，它的主要功能是将样品上的光线汇聚到焦平面上，使得样品的细节能够被放大和观察。
物镜通常有多个放大倍数可供选择，常见的有4倍、10倍、40倍和100倍等。
2. 目镜目镜是光学显微镜的观察部分，位于镜筒的顶部。
它通常由一个或多个透镜组成，用来放大物镜焦平面上的像，使其能够被人眼观察到。
目镜一般具有10倍的放大倍数，这也是为什么我们常说一个显微镜的放大倍数是物镜倍数乘以目镜倍数的原因。
3. 镜筒镜筒是光学显微镜的主要支架，用来支持和固定物镜和目镜。
它通常由金属或塑料制成，具有一定的刚性和稳定性。
镜筒的内部空间是为物镜和目镜提供足够的装配空间，并通过焦平面调节机构来控制物镜和目镜的位置。
4. 准直器准直器是用来调节光线的方向和路径的部分。
它通常由一个或多个透镜组成，放置在物镜和目镜之间。
准直器的主要功能是使光线通过样品时保持平行，以确保观察到的图像清晰和稳定。
5. 台架台架是光学显微镜的底部支撑部分，用来支持整个显微镜的重量。
它通常由金属或塑料制成，具有一定的稳定性和平衡性。
台架上还配备了可调节的螺丝杆，用来调节和平衡显微镜的水平和垂直位置，以便观察者能够获得舒适的观察角度。
6. 焦平面调节机构焦平面调节机构是用来调节物镜和目镜之间的距离，以实现对样品的清晰观察。
它通常由一个或多个齿轮和螺旋装置组成，通过旋转或移动来改变物镜和目镜的相对位置。
这样可以使焦点从样品表面移动到样品内部，以便观察不同深度的细节。
7. 光源光源是用来照明样品的部分，它通常位于样品下方。
常见的光源有白炽灯、荧光灯和LED等。
光源通过准直器和物镜将光线聚焦到样品上，使样品上的细节能够被放大和观察。
天文望远镜光学结构
天文望远镜光学结构一、引言天文望远镜是观测天体的重要工具，而其光学结构是实现天文观测的核心部分。
本文将介绍天文望远镜光学结构的基本组成和工作原理。
二、主要光学元件1. 物镜物镜是望远镜光学系统的核心元件，负责收集和聚焦天体的光线。
它通常由凸透镜或反射镜构成，具有一定的焦距。
物镜的直径决定了望远镜的分辨率和光收集能力，较大的物镜能够获得更清晰的图像和更多的光线。
2. 目镜目镜是望远镜中用于观察物体的光学元件。
它通常由凸透镜组成，可以放大物镜所聚焦的图像，使观测者能够看到更清晰的细节。
目镜的放大倍数决定了观测到的物体的大小。
3. 次镜在一些望远镜中，物镜和目镜之间还设置了一个次镜，用于进一步放大物镜所聚焦的图像。
次镜通常由凸透镜或反射镜构成，可以提高观测的放大倍数。
三、光路1. 折射望远镜折射望远镜是通过透镜折射光线实现观测的。
光线从天体进入望远镜的物镜后被折射，经过目镜放大后进入观察者的眼睛，形成清晰的图像。
折射望远镜的光路相对简单，适用于较小的天文观测。
2. 反射望远镜反射望远镜是通过反射镜反射光线实现观测的。
光线从天体进入望远镜的物镜后被反射到次镜上，再经过次镜反射到目镜，最后进入观察者的眼睛。
反射望远镜的光路相对复杂，但由于可以避免透镜的色差问题，能够获得更高质量的图像。
四、附加光学元件除了主要的光学元件外，天文望远镜还可以配备一些附加的光学元件，用于改善观测效果或实现特定的功能。
1. 滤光器滤光器可以选择特定波长的光线透过，屏蔽其他波长的光线。
通过使用滤光器，观测者可以选择特定的波段进行观测，例如太阳黑子观测中使用的Hα滤光器。
2. 相机相机是将光学图像转换为电子图像的设备。
天文望远镜配备的相机可以使观测者通过电子显示屏观察天体图像，也可以将图像保存下来进行后续分析和处理。
3. 自动跟踪系统自动跟踪系统可以使望远镜自动追踪天体运动，保持天体在视野中的稳定。
这样观测者无需手动调整望远镜的方向，更方便地进行观测。
光学基础之光学系统-远心物镜、远距物镜、反远距物镜及畸变物镜知识介绍
1.1.5远心物镜在测量系统中，物距常发生变化，从而使像高发生变化，所以测得的物体尺寸也发生变化，即产生了测量误差；另一方面，即使物距是固定的，也会因为CCD敏感表面不易精确调整在像平面上，同样亲会产生测量误差。
为了解决上述问题，可以采用远心物镜。
其中像方远心物镜可以消除物距变化带来的测量误差，而物方远心物镜则可以消除CCD位置不准带来的测量误差。
1）物方远心物镜物方远心物镜是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上，图1.1－23示出，当孔径光阑放在像方焦平面上时，即使物距发生改变，像距也发生改变，但像高并没有发生改变，即测得的物体尺寸不会变化；图1.1－24清楚地显示出物方远心光路的原理，其中孔径光阑位于像方焦面上，物方主光线平行于光轴。
如果物体B1B2正确地位于与CCD表面M共轭的位置A1上，那么它在CCD表面上的像为M1M2。
如果由于物距改变，物体B1B2不在位置A1而在位置A2，那么它的像B´1B´2偏离CCD表面，B´1和B´2点在CCD表面上投影为一个弥散斑，其中心仍为M1和M2点，按此投影像读出的长度仍为M2M1。
这就是说，上述物距改变并不影响测量精度。
图1－232）像方远心光路像方远心光路是将孔径光阑放置在光学系统的物方焦平面上，而像方的主光线平行于光轴。
如图1.1－25所示。
如果物体B1B2的像B´1B´2不与CCD表面M重合，则在CCD表面M上得到的是B´1B´2的投影像，其散斑中心距离M1M2＝B´1B´2。
因此，不管CCD表面M是否和B´1B´2相重合，它和标尺所对应的长度总是B1B2，所以没有测量误差。
图1－24图1.1－25 像方远心光路1.1.6远距物镜远距物镜是一种焦距很长而镜筒较短的物镜，从物镜前表面到像平面的距离小于焦距，这对于长焦距物镜来说，有利于缩短物镜的轴向尺寸。
长工作距变焦显微系统物镜设计
长工作距变焦显微系统物镜设计
激光内雕机在进行激光内雕时,经常会存在激光“炸点”不均匀的情况,需要对其进行放大分析,从而更好地控制激光束的能量。
本文根据企业激光内雕“炸点”观察需求,设计了一款长工作距变焦显微物镜。
玻璃内部的“炸点”观察范围为9mm~32mm,系统采用光学变焦方式,分辨率小于5μm,变焦范围为6mm~24mm,放大倍率为4~×~16~×,变倍比为4倍。
探测器采用了一款型号为VA-1MG2的1/2英寸CCD,其像元大小为5.5μm。
利用Zemax进行光学系统设计优化,在截止频率91lp/mm处,各组态下各视场的MTF值均大于0.4,在中心视场和0.7视场处均接近衍射极限。
点列图的RMS 半径也均小于艾里斑半径,满足长工作距变焦显微系统的各项指标需求。
长工作距变焦显微系统在变焦显微镜的基础上增加了工作距较长的优点。
因此,如何设计一款具有长工作距离的变焦显微系统成了一个研究的重要方向。
本文完成的长工作距变焦显微物镜设计主要为:首先对变焦光学系统的国内外研究现状进行介绍;其次对激光“炸点”观测的工作原理进行了阐述;然后对变焦光学系统原理及其补偿方式介绍;根据设计参数指标选取了合适的长工作距变焦显微系统的初始结构并对其进行优化设计;最后进行了长工作距变焦显微系统的像差分析、公差分析以及机械结构设计。
一种自准直仪摄远物镜光学结构的设计
第38卷第5期2016年10月光学仪器OPTICAL INSTRUMENTS Vol. 38，No. 5 October, 2016文章编号：1005-5630(2016)05-0430-04一种自准直仪摄远物镜光学结构的设计闫钰锋，周翔，王世峰(长春理工大学光电工程学院，吉林长春130022)摘要：设计了一种采用波长为650 n m的单色红光为光源，焦距为450 mm，D// = l: 9. 375,视 场角2w=0. 6°的摄远物镜，主要应用在自准直仪上，利用其筒长小于系统焦距的特点，可以使仪 器的体积更加小巧，方便携带。
摄远结构可校正系统的球差、彗差、色差、象散和场曲。
采用波 长为650 n m的红光光源，所以不用考虑色差的因素。
摄远结构筒长L与系统焦距/'之比控制 在2/3〜3/4之间，摄远比达到了0. 54。
M T F曲线也达到了衍射极限，可有效提高检测精度，仪 器的测量范围在1. 5 m之内。
最后推导出了通过修调正负镜组之间的间隔来对仪器的示值误 差进行补偿公式。
关键词：摄远结构；自准直仪；摄远比中图分类号：TH 741. 1 文献标志码：A doi: 10. 3969/j. issn. 1005-5630. 2016. 05. 010The optical structure design of telephoto lens for autocollimatorYAN Yu f eng, ZHOU Xiang ,WANG Shi f eng(College of Optoelectronic Engineering,Changchun U n ive rsity of Science and Technology,Changchun 130022,China)Abstract: This paper presents a telescope with a wavelength of 650 nm of red light source?f/ = 4：50 mm?D/丫 = 1: 9. 375，FOV=0. 6°. Mainly used in Autocollimator, with its features of barrel length of less than focal length? it can make the instrument more compact，which results in a portable instrument. Telephoto structure can correct the aberration? coma，chromatic aberration，astigmatism and curvature of field of the system, without consideration of chromatic aberration because of using a wavelength of 650 nm red light. The proportion of telephoto structural length L and focal length /'is from 2/3 to 3/4. It reaches 0. 54. MTF curve has reached a diffraction limit, which can effectively improve the detection accuracy. The measuring range of the instrument is between 0 to 3 m. At last? our derivation of a formula that by adjusting the distance between the lenses could compensate the indication error.Keywords：telephoto structure；autocollimator；proportion of telephoto引言在几何量计量领域，小角度的测量是很重要的一部分，而自准直仪是小角度测量中应用最广、最多的 高精度仪器。
哈工大物实验总结
哈工大物实验总结哈工大物实验总结总结是事后对某一阶段的学习、工作或其完成情况加以回顾和分析的一种书面材料，它在我们的学习、工作中起到呈上启下的作用，因此我们需要回头归纳，写一份总结了。
我们该怎么去写总结呢？以下是小编整理的哈工大物实验总结，仅供参考，大家一起来看看吧。
一、实验目的1．了解数码照相的基本原理、基本结构及一些重要概念；2．学习数码相机的基本操作；3．学习数码相机在科学技术照相中常用的一些高级功能。
二、实验原理数码相机的原理结构：主要是利用CCD/CMOS传感器的感光功能，将来自被拍摄物体的光线通过光学镜头成像于光电转换器CCD （或CMOS）的感光面上。
经由CCD直接输出的是模拟信号，由A/D 转换器转换成数字信号，经数字信号处理器DSP的处理，将图像保存到存储器中。
原理光路（在图上标出：光阑直径、进光面积、成象面积各量）光圈（光圈指数）：光圈是限制光束通过的结构。
光圈能改变能光口径，控制通光量。
光圈指数是衡量光圈大小的参数，数值越小表示光圈的孔径越大，所对应成像面的`亮度就越大；反之，数值越大，表示光圈的孔径越小，所对应成像面的亮度就越小。
H=Et快门速度（时间）：决定曝光时间，速度越快则曝光时间越短。
景深：拍摄有前后纵深的景物时，远景不同的景物在CCD上能够清晰成像的范围。
3.成像曝光量H与光圈指数F及快门开启时间t间的关系：光圈指数越大，快门开启时间越久，则曝光量越大；反之，光圈指数越小，快门开启时间越短，则曝光量越小。
即H∝（1/F）t。
三、照片及分析评价项目一拍照模式：自动ISO：500（自动产生）快门：1／30（自动）光圈：4.5（自动）白平衡：Auto，0曝光补偿：±0.0评议：画面较暗，曝光量不足、颜色偏黄，白平衡调节不当、画面不够清晰，聚焦不准，可能是操作不当。
在此场景下全自动拍摄结果不尽人意。
项目二拍照模式：PISO：HI-1快门：1／125（自动）光圈：5.6白平衡：Auto，0曝光补偿：±0.0拍照模式：PISO：HI-1快门：1／125（自动）光圈：5.6白平衡：白炽灯曝光补偿：±0.0评议：白平衡为白炽灯时效果更自然，白平衡自动时背景失真。
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。
大学工程光学第七章2
t
e
望远镜的主观亮度
主观亮度指眼睛观察到的像的明亮程度。望远镜的 主观亮度对点光源和扩展光源具有不同的特征。
工程光学
1.点光源：指引起视网膜上一个细胞感应的光源，这 时感觉到的明亮程度取决于光通量。
设点光源发光强度为 I , 观察距离为l ，ke 是眼睛
的透过率，ki 是望远镜的透过率。 眼睛直接观察时接收的光通量为
工程光学
光圈数
2 2.8 4 5.6 8 11 16 22 32 曝光量
光圈优先：取决于被摄物是全景还是特定，根据景 深要求选择光圈数。 快门优先：取决于被摄物是静止的还是运动的运 动速度如何。
工程光学
2.视场光阑 摄影光学系统的视场光阑就是接收面，如底片框或图 像传感器成像面。
摄影光学系统的景深 景深指当调焦于某一对象时，前后能成清晰像的 空间深度。
工程光学
正像，筒长较短，无实像面，不能用于测量。 眼 瞳为孔阑，物镜为渐晕光阑，有渐晕。
工程光学
望远镜的放大率
望远镜是目视光学系统，其放大率为视觉放大率：
tgw'
f
' o
D
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f
' e
D'
D是入瞳直径 D’是出瞳直径
可见，当物镜的焦距大于目镜的焦距时视觉放大。
筒长
L
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f
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当目镜焦距一定时，视觉放大率大要求物镜焦距长， 导致筒长增大。
所以，对准距离远，则景深大；
工程光学
光圈数大，相对孔径小，则景深大；
焦距短，则景深大。
几何焦深
如果调焦不准，在景像平面上得一弥散斑。若将景像 平面前后移动，弥散斑的大小看起来仍为一点。这时 景像平面移动的范围称几何焦深。
大孔径长焦距摄远物镜光学系统设计
第 41 卷 第 2 期 2020 年 3 月
引言
在空间光学系统中，长焦距系统可以分为折射
式、反射式、折反式，其中纯折射光学系统光学总 长较长。单纯的经典反射式采用圆锥曲面 2 片反
收稿日期：2019-05-27； 修回日期：2019-07-13 基金项目：福建省科技厅引导性项目（2017H0010） 作者简介：李松岩（1994−），男，硕士研究生，主要从事光学设计工作。E-mail：690464536@ 通信作者：梁秀玲，女，高级工程师，主要从事光学设计与光学检测方面的研究。E-mail：xlliang@
应用光学 2020，41（2） 李松岩，等：大孔径长焦距摄远物镜光学系统设计
（Key Laboratory of Optoelectronic Science and Technology for Medicine, Ministry of Education, Fujian Provincial Key Laboratory of Photonics Technology, College of Photonic and Electronic Engineering, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China）
摘 要：对于长焦距摄远光学系统，大相对孔径意味着成像亮度更加优秀，但是也伴随着孔径边 缘像差变差而难以校正的难题。利用折反系统减小光学系统总长，采用反射结构为基础，搭配前 后两组校正镜构成光学系统，设计出大相对孔径，总长较短的摄远光学系统。光学系统工作波段 为 可 见 光 波 段 ， 焦 距 1 000 mm， F 数 2.1， 摄 远 比 0.52， 光 学 总 长 远 小 于 焦 距 ， 遮 拦 比 45%， 全 视 场 MTF 在空间频率 80 lp/mm 处大于 0.3，像面直径 11 mm。该光学系统镜片全部采用球面镜，光学系 统由 2 片反射镜和 7 片透射镜组成，结构紧凑，成像质量好。对摄远物镜进行公差分析，得出该设 计公差较宽松。 关键词：摄远物镜；光学设计；大孔径；光学系统总长；折反射
长焦距大口径变焦光学系统的设计
长焦距大口径变焦光学系统的设计摘要焦距光学系统主要是相对于固定光学系统而言的，其焦距能偶在像面位置保持不变的情况下进行一定范围的调整，并且其孔径也基本上保持不变。
本文主要通过对变焦光学系统的概念和特征进行介绍，分析了变焦光学系统的原理，从而对长焦距大口径变焦光学系统在天文望远镜中的应用进行分析。
关键词长焦距；大口径；变焦光学系统随着物理光学的发展，变焦技术越来越得到普及使用，在天文学更是应用广泛，尤其是天文望远镜。
现代的天文望远镜已实现了米级、十米级、百米级口径，其焦距变化比也实现了上千、上万的升级，使得天文观测越来越具体化，细致化。
有利的推动着天文学的发展。
1 变焦光学系统概述变焦距光学系统主要是相对于固定光学系统而言的，其焦距能偶在像面位置保持不变的情况下进行一定范围的调整，并且其孔径也基本上保持不变。
变焦光学系统主要在于它的变焦镜头，变焦镜头最主要的特点在于它可以随着使用者的意愿使镜头焦距实现变换。
跟固定焦距镜头不同的是，它是通过旋转或者推拉变焦环以达到变换镜头焦距的效果，而不是通过快速变换镜头来达到变换焦距。
其在焦距变化的范围内可以实现无级变换，在这个范围内，任何焦距都可以进行观察和拍摄。
由于焦距的变化，因此变焦光学系统能够在一定范围内实现大小不同的视场角、影像和景物范围。
2 变焦光学系统的原理变焦距光学系统主要特征在于其焦距可以进行连续的变化同时保持像面的稳定，从而能保证相同物体在一定范围内实现焦距不同的清晰像，有利于观察使用者对物体的观察分析。
变焦光学系统是由固定焦距透镜组合而成的，首先我们分析下固定焦距透镜，固定焦距透镜在对物平面进行一定的位移时，其相应的像平面和像大小也将发生位移，只有通过在两个特殊位置进行位移，即“物像交换位置”，其相应的像大小变化而像平面不发生变化，如图1。
此时的初始位置放大率将为：；在发生物像交换之后的放大率为：；这前后两个位置所得到放大率之间的比值即为变倍比：；因此，在物像交换位置上，其物像之间的共扼距是没有发生变化的，只是其变倍率产生了M倍的变化，即为原先的β12，而这两个放大率之间的位置将随着变焦倍率的变化而发生相应的位移，如图2。
长工作距离物镜 原理
长工作距离物镜原理
长工作距离物镜是一种光学装置，常用于显微镜、望远镜等仪器中。
它的作用是通过透镜的折射原理将物体的影像放大到目镜中，使人眼能够清晰地观察到远处的景物或微小的细胞结构。
物镜的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：首先，光线从被观察的物体上发出，并经过物镜进入显微镜或望远镜的光路系统。
物镜由多个透镜组成，不同的透镜具有不同的焦距。
当光线通过物镜时，透镜会使光线发生折射，使其聚焦在一定的焦平面上。
这个焦平面就是显微镜或望远镜的内部焦平面，也就是我们用眼睛观察的地方。
当物体离物镜越远，光线经过物镜后的聚焦点就越靠近焦平面，从而实现对物体的放大。
而当物体离物镜越近，光线经过物镜后的聚焦点就越远离焦平面，从而使得物体在焦平面上的影像变小。
通过调节物镜与物体的距离，我们可以实现对物体的不同倍率放大。
当物镜与物体的距离增加时，放大倍率也会增加，观察到的物体会更加清晰、更加详细。
而当物镜与物体的距离减小时，放大倍率减小，观察到的物体会变得模糊不清。
长工作距离物镜通过光学原理实现对物体的放大，使我们能够清晰地观察到远处的景物或微小的细胞结构。
它在显微镜、望远镜等仪器中起着重要的作用，为科学研究和观察提供了有力的工具。
我们
应该充分利用物镜的工作原理，不断提升对世界的认识和理解。
长工作距离物镜 原理
长工作距离物镜原理
长工作距离物镜是一种光学元件，常用于显微镜、望远镜等光学仪器中。
其主要原理是通过调节物镜与目镜之间的距离，来实现对被观察物体的放大或缩小。
物镜是光学仪器中的重要组成部分，它负责接收光线并将其聚焦在焦平面上，从而形成清晰的像。
物镜的设计和制造非常精密，通常由多个透镜组成，每个透镜都有不同的焦距和光学特性。
这些透镜通过组合和调节，可以实现对光线的聚焦和调节，从而实现对被观察物体的放大或缩小。
与物镜相对应的是目镜，目镜是位于物镜后方的光学元件，用于放大物镜成像的光线。
物镜和目镜之间的距离被称为工作距离，它是决定物镜放大倍率和视场大小的重要参数。
当物镜与目镜之间的距离适当时，光线可以被正确地聚焦在焦平面上，使得观察者可以清晰地看到被观察物体的细节。
如果工作距离过长或过短，光线无法正确地聚焦，观察者将无法得到清晰的图像。
通过调节工作距离，可以实现对被观察物体的放大或缩小。
较短的工作距离可以实现较大的放大倍率，但视场较小；相反，较长的工作距离可以实现较大的视场，但放大倍率较小。
因此，在实际应用中，需要根据具体需要来选择合适的工作距离。
长工作距离物镜是光学仪器中的重要组成部分，通过调节物镜和目
镜之间的距离，实现对被观察物体的放大或缩小。
合适的工作距离可以确保观察者获得清晰的图像，从而更好地进行观察和研究。
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工程光学大作业
一种长焦距远摄物镜光学结构介绍
二零一二年六月
摘要
大口径长焦距远摄物镜光学结构，折反射主镜(2)位于反射主镜(3)前端，其特点是：在折反射主镜(2)的前端还设置有一分离式的，至少一面为曲面的修正透镜(1)。
本实用新型可使光学仪器短镜身、口径大、焦距长、并可采用普通光学材料制成反射镜、其镜面形状均为球形，极易于生产加工，具有低球差、低彗差、高分辨率的成像质量。
关键词：远摄镜头；光学系统；复消色差
一种长焦距远摄物镜光学结构简介绍
一、相关领域研究背景
二十世纪电子工业的发展达到了一个新的高峰，光的特质性越来越体现其运用的广泛性。
光电结合的产品一数码相机、激光设备等正在不断的发展和完善，现代光学在国防、航天等各个方面如激光信息元件、光电子应用领域已非常很广泛。
光电子信息处理产品包括数码照相机、照相手机、扫描仪、激光读取头、多
媒体投影仪、投影电视、网络摄像头等，光学在电子领域的运用已经不断的冲击传统光学领域每一种产品，如何将光学传统产业如照相机、望远镜等合理的与现代光电子学进行接洽、融合是传统光学设计的一大难点。
二、具体光学结构介绍
本文所介绍的物镜由折反射主镜、反射主镜、转向机构和镜头简体组成，折反射主镜位于反射主镜前端，其特征是：在折反射主镜的前端还设置有一分离式的，至少一面为曲面的修正透镜；修正透镜所具有的曲面均为球面；修正透镜既可以是一面为凸球面一面为凹球面，也可以是一面为平面一面为凸球面。
本物镜的修正透镜与折反射主镜有效口径D 一致，其有效口径D 范围为60—300ram,其中优选相对口径为D ／F ：1／6～1／10；本实用新型修正透镜与折反射主镜的间
隔距离为，t H H L R R ++=32。
该公式中，2222)2/(2D R R H R --=，
2233)2/(3D R R H R --=，;50~0mm t =其中：2R 为修正透镜的第二面半径，R3为折反射主镜的第一面的半径，2R H 为2R 面的弧高，3R H 为3R 面的弧高， D 为修正透镜的有效口径，t 为间隔的最合理变化区域。
下面结合图示进一步阐述本物镜工作原理。
如图2为本折反射式远摄光学结构系统光学光路图，图3为其结构示意图。
修正透镜1、折反射主镜2、反射主镜3均采用普通光学材料按同轴安装在镜头简体5上，转向机构4位于镜头简体5后部，修正透镜1为一面凸一面
凹的球面；折反射主镜2也为一面凸一面凹的球面，其凹面向着折反射主镜2的凹面；反射主镜3为一面凹球面一面平面，其凹球面向着折反射主镜2的凸面，修正透镜l、折反射主镜2、反射主镜3的球面半径分别是R1、R2、R3、R4、R5，此光学结构是修正透镜1、折反射主镜2的4个透射面为前组物镜组，两个外反射面为后组物镜组。
具体工作原理是：光线通过修正透镜1、折反射主镜2的球面R1、R2、R3、R4后到达反射主镜3的球面R5，将光线反射到折反射主镜2的R4上，再经过R4的反射，将不同物点的光线会聚到视场成像面6上对应的像点位置，最终将不同物点在视场成像面上的成像点组成了一个像面。
在此基础上根据不同的需要(如目视、胶片照相、数码照相等)连接相关的光学成像器件，满足人们观测的需要。
修正透镜I的球面半径R1、R2是根据具体的光学仪器产品设计参数如口径、焦距、透镜间距、后截距、光学材料、像差等要求进行相应变化而确定的，可以是一凸一凹球面组成，也可是一平面一凸面组成；修正透镜l的曲面皆为球面或平面与球面组成，只有在特殊用途下方可以改用非球面的面型；所有透镜的光学材质可采用普通光学材料，通常采用K9材料，并且如果采用更低色散的光学材料，如ED材料，像差减小、成像效果会更好；如果采用非球面，则也可改用树脂镜片；折反射主镜2的球面半径R3、R4也是根据具体的设计参数如口径、焦距、透镜间距、后截距、光学材料、像差等要求进行相应变化而确定的，通常是由一凹一凸球面组成，并在半径R4上通常采用了反射球面的运用；折反射主镜
2通常上只采用球面设计，只有在特殊用途要求下可以将R3改用非球面的面型；折反射主镜2的光学材质一般化，通常采用K9材料，并且如果采用更低色散的光学材料，如印材料，像差减小、成像效果会更好；如果采用非球面，也可改用树脂镜片；反射主镜3的反射镜R5采用的是外反射设计；反射主镜3通常采用球面设计，只有在特殊用途要求下可以将R5改用非球面的面型；反射主镜3光学材质一般化，基本只采用K9材料，如果采用非球面，可改用树脂镜片；
本系统的基本结构参数采用归一化数据，以80ram口径的光学系统为例，具体结构形成以下参数：
口径：D=80mm
相对口径：1／7．5
后工作距离L2：210．Omm
视场：至少1．4度的目视视场，1度的数码成像范围；
归一化后的系统设计数据：
三、个人总结与启示
经查阅相关资料，总结现今光学系统在光电领域的运用主要包括：
1、光学设计的领域中，涉及到光电转换器件的镜头设计主要是中、小口径的透镜设计，如数码照相机、照相手机、扫描仪、激光读取头、多媒体投影仪、投影电视、网络摄像头等；以数码照相机、照相手机为例，其特性是镜头片数多，焦距短，镜片小型化较多，对材料特殊性要求高；多运用非球面设计，加工困难；
2、大口径的产品主要是运用在天文望远镜上，但其光学设计的要求一般都是很高的，根据其使用方式的划分，可分为专业性的和业余爱好性的两大种类，对专业性的来讲，其光学性能的要求不仅仅只是中心分辨率要几乎等于理论设计值，其在光学设计中的光学传递函数等的要求都很高，无论设计或是制造都很困难；
3、光电数码成像器件在传统光学系统中的运用是困难的，无法做到高像素，即使是所谓的高像素也仅仅在无穷远成像的中心分辨率处，例如原业余爱好型天体望远镜目视时在中心是没有太多像差的，但总是不会得到清晰、一致的视场成像；还有双筒望远镜的数码成像系统更是让人感到有无法同步、又得不到更高像素的缺憾；
4、在长焦镜头数码镜头的设计中，日本Kowa公司曾设计了一个长焦300万像素的变倍照相镜头，它是一个物镜、目镜都可变倍的观靶镜头，但却需要特殊光学材料才能制成，成本十分高昂。
相比之下，本物镜光学系统对以上某些问题做了很大的改进。
其优点如下：
1、短镜身，长焦距，大口径；
2、透镜少，可依据成像系统的需要，采用低色散的光学材料；
3、可在此结构的基础上，在后添加像差校正透镜；
4、回避开了透镜过多、材料特殊、结构复杂等的问题；
5、也回避了透镜加工复杂的问题
6、最主要的解决了在数码成像系统中，原来无法做到的大口径、高像素的远心光路的市场需求；
7、比现有产品易于加工，没有非球面：零件的介入，没有薄壁零件的介入，没有内反射镜零件的介入，没有胶合零件的介入，没有打孔透镜的介入等；‘
8、成像质量良好，在相对一致的视场比较中，具有低球差、低彗差、高分辨率的成像质量；
9、可以广泛的将此光学结构系统运用l在地面观测如长焦数码照相镜头，并兼备目视和天文望远使用之中，甚至可以使用在微光、红外的产品设计中。
现今科技的发展日新月异，各学科门类分类日益细化且相互渗透，体现出越来越强的综合性与专业化趋势。
唯有掌握过硬的技能与扎实的基本功才能在工作中有所创新，做并取得自己的成果。
参考文献
[1]赵玉春，2001：《中长焦镜头的构造与像质》，《天文爱好者》第01期；
[2]向伟，2009：《长焦镜头专题向远方》，《数码摄影》第09期；
[3]田小邕，2004：《中焦镜与长焦镜》，《照相机》第02期。