Single Lens Telescope 单透镜望远镜
项目成员
指导老师
内容简介
实验目的
探究使用一个透镜及一个小光圈制作单筒望远镜的方法
研究光圈直径及各项其他参数对成像的影响
A telescope can be built using a single lens, provided that a small aperture is used instead of an eyepiece. How do the parameters of the lens and the hole influence the image (e.g. magnification, sharpness and brightness)?
研究日志
| 时间 | 参与同学 | 活动地点 | 活动成果 |
|---|---|---|---|
| 10月30日上午10点到12点 | 杨宸 | 物理楼404 | 学习Wiki网页编辑 |
| 11月6日晚7点到8点半 | 杨宸 | 物理楼404 | Tracker使用方法培训 |
| 11月8日晚8点 | 杨宸 | 245实验室 | 玩放大镜时突发奇想发现了小孔在望远镜中的作用 |
| 11月20日早10至12点 | 杨宸 | 物理楼404 | 文献阅读汇报 |
| 3月10日下午 | 杨宸 | 物理楼314 | 第一次光学系统试建 |
| 3月17日下午 | 杨宸 | 物理楼314 | 第二次光学系统试建 |
| 3月26日下午与晚间 | 杨宸 | 物理楼245、404 | 激光切割黑色亚克力板制备小孔，Creo入门教程培训 |
| 3月27日晚间 | 杨宸 | 物理楼车间 | 制作打薄的亚克力小孔 |
| 3月30日下午 | 杨宸 | 物理楼316 | 整理可能有用的凸透镜片，着手采购需要的透镜实验组 |
| 3月31日晚 | 杨宸 | 物理楼314 | 使用滤光片上的小孔，观察到了明显的现象 |
| 4月4日下午 | 杨宸 | 物理楼314 | 定量测量小孔、透镜距离与放大倍数的关系（粗略） |
| 4月7日下午、晚间 | 杨宸 | 物理楼314 | 定量测量不同口径小孔对放大过程的影响 |
| 4月8日下午 | 杨宸 | 物理楼404 | COMSOL软件入门培训 |
| ~4月18日晚 | 杨宸 | 物理楼245、314 | 尝试找出机理，继续实验 |
| 4月21~22日凌晨3时 | 杨宸 | 物理楼245、314 | 准备讲演、与学长分析各课题情况 |
| 4月22日下午 | 杨宸 | 物理楼221B | 集中汇报 |
课题进展
这是光路图，小孔右侧是人眼的等效模型。人的眼睛充当了很重要的透镜的功能，在这个过程中是不能把人眼脱离光学系统考虑的。
光阑效应演示实验
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<!--播放器/代码开始-->
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<!--播放器/代码结束-->
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基本内容在报告中已经描述了，课题三结题报告.pdf结题报告
这里注意报告中所提到的正立像与倒立像上面的矛盾可能是由于物象位置的差异导致系统所等效的望远镜为开普勒望远镜与伽利略望远镜的区别，如果有继续探究的同学可以考虑一下
这是光阑作用的示意图，可以看出它有效的限制了弥散斑的大小，但同时牺牲了一部分视野以及亮度。小孔小到衍射尺度的时候会出现单孔衍射产生的艾里斑。随着孔径的减小艾里斑会逐渐增大，而几何 像斑又会逐渐减小，当二者达到一个compromise的时候就是成像清晰度最好的时候。
这就是实验所使用的基础装置了！关掉实验室顶灯有一种很美的感觉。
望远镜放大远处物体形貌的精髓就在于物镜是长焦透镜而目镜是短焦透镜如果反过来看就变成缩小的像了。
其他关系大家可以看报告，里面基本都有阐述。有其他问题可以继续在讨论区提问，谢谢大家！
补充说明
这个单透镜望远镜成像方式有两种，一种是人眼观察透镜所成倒像；另一种是透镜与晶状体形成一个组合透镜，人可观察到正像。之前产生疑惑的关键一点在于一般望远镜会在光路中插入棱镜使第一个透镜所成倒像转变为正像，这样我们平时使用望远镜时就可以观察到正像了。 — 杨宸 2017/05/13 16:12
讨论区
可能是钠灯光源暗了些，第一次实验并没有很明显的实验现象 — 栗子水怪 2017/03/15 20:05其他课题组也开始发力了！加油！祝及早取得进展！ — 乐永康 2017/03/15 23:14终于得到了初步的现象，这样的望远镜是可行的。获得分光仪上镜筒一只，可以尝试制造一个实物。
ps：这个界面需不需要加个权限 — 栗子水怪 2017/03/17 14:03
我觉得不要–这个表格可以给其他课题借鉴 — 刘晋榕 2017/03/18 20:28
小可学姐建议不错，可以考虑用黑色亚克力板进行小孔雕刻。 — 栗子水怪 2017/03/21 23:05
小孔的作用仍不甚明了，心中十分失望。 — 栗子水怪 2017/03/27 08:52
激光雕刻的小孔大小不好控制，只能先刻出来之后再测量 — 栗子水怪 2017/03/27 08:50
制作了四个带小孔的圆亚克力片，中心部分必须打薄，不然就是小洞而不是小孔了。 — 栗子水怪 2017/03/27 22:50
在探索阶段用做衍射实验用的滤光片上不同孔径的透光孔作为小孔使用很好，真是幸运的发现。 — 栗子水怪 2017/03/31 13:10
在网上找到了专门做好小孔卖光学仪器的公司，兴奋。不过理论问题必须跟上不然买来之后也没有详细的实验计划。学长认为必须要有明确的物理意义，但现在我对于这个光学过程的细节依然不是很了解，看来需要找一些不在参考文献范围之内的文献了。 — 栗子水怪 2017/03/31 16:18
还是要多看文献，最基本的现象已经做出来了，清晰度高而且放大效果非常好。感谢晚上岑剡老师对于使用读数显微镜的指导！ — 栗子水怪 2017/03/31 17:50
图片-图片！没有图片及介绍真的不好理解进度 — 刘晋榕 2017/04/04 14:48抱歉！我这个实验比较特殊，现象的观察尺度特别小，很难拍出照片，我会想想办法。不过用眼睛可以看见，欢迎来玩！我会尽量做到可视化的。 — 栗子水怪 2017/04/04 17:33
没有在页面看到光路图— 朱冰 2017/04/06 19:59
一直在思考，但有段时间没关心页面更新的事，抱歉！这个星期要汇报，结束之后把所有准备会整理后发到这个页面。 — 栗子 2017/04/18 21:25
感谢大家一直以来的关注与讨论，谢谢！ — 杨宸 2017/04/22 19:52
参考文献
- how_to_make_a_telescope.pdf 注：此文件所介绍的制造方法适合9~99岁人群使用
- журнал_квант.pdf журнал_квант(俄语词意思：杂志_Kvant)
- 从光的衍射看小孔成像与大孔成影_亓华.pdf 从光的衍射看小孔成像与大孔成影
- 一种扩展小孔成像模型的鱼眼相机矫正与标定方法_涂波.pdf 一种扩展小孔成像模型的鱼眼相机矫正与标定方法
- 一种图像清晰度评价方法_徐贵力.pdf 一种图像清晰度评价方法
- 基于边缘特征的光学图像清晰度判定_倪军.pdf 基于边缘特征的光学图像清晰度判定
- 杨氏模量实验中提高望远镜清晰度的方法_李云生.pdf 杨氏模量实验中提高望远镜清晰度的方法
实际上文献共41篇，但由于网站上传格式所限没有全部上传，如果有需要可以在讨论区留言索取，抱歉！
注：中文文献是我自行查找的，不是Reference里面的