伽利略望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)原理

1、光學(xué)課程設(shè)計(jì)光電技術(shù)學(xué)院 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 光電子082班 姓 名： 張 毅 學(xué) 號(hào)： 2008031161 指導(dǎo)老師： 張 翔 2010年5月28日 目錄第一章引言. .3第二章概述.32.1 課程設(shè)計(jì)的目的及意義.3 2.2 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容.32.3 望遠(yuǎn)鏡的介紹.32.4 望遠(yuǎn)鏡的分類(lèi).4第三章伽利略望鏡工作原理及發(fā)展簡(jiǎn)史.53.1 望遠(yuǎn)鏡的工作原理.53.2 望遠(yuǎn)鏡發(fā)展簡(jiǎn)史.5第四章望遠(yuǎn)鏡的主要特性分析.6 4.1 望遠(yuǎn)鏡的主要特性分析.64.2 開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡的參數(shù)計(jì)算.8 第五章物鏡和目鏡的選擇.9 5.1 物鏡的選擇.9 5.2 物鏡實(shí)例.10

2、 5.3 目鏡的選擇.125.4 目鏡實(shí)例.13第六章測(cè)微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡.156.1 測(cè)微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡概述.15 6.2 測(cè)微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡計(jì)量特性.15 第七章棱鏡轉(zhuǎn)向系統(tǒng).16 7.1 Porro棱鏡結(jié)構(gòu)及其點(diǎn).16 7.2 Roof棱鏡結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn).16 7.3 折轉(zhuǎn)形式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)分.177.4 類(lèi)似棱鏡結(jié)構(gòu)晶體分析.17第八章光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算方法.17 第九章 光柵. .19第十章 心得體會(huì).19第十一章參考文獻(xiàn) .20第一章 引 言 本課程的任務(wù)是在學(xué)習(xí)工程光學(xué)基礎(chǔ)、光學(xué)測(cè)試技術(shù)等技術(shù)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)行光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)，目的是讓學(xué)生了解光學(xué)設(shè)計(jì)中主要的環(huán)節(jié)，掌握光學(xué)儀器設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的基

3、本方法，以便今后能從事光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)、研發(fā)工作。本課程主要研究光學(xué)儀器設(shè)計(jì)中的基本部分，如：光源、目鏡、物鏡、分化板等，以及光學(xué)儀器設(shè)計(jì)中考慮的基本問(wèn)題，如：物象位置關(guān)系、系統(tǒng)放大倍數(shù)、系統(tǒng)分辨率、相差等。課程涉光學(xué)基礎(chǔ)、光學(xué)測(cè)試技術(shù)、誤差理論及數(shù)據(jù)處理、精密儀器設(shè)計(jì)等多方面。光學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程分為四個(gè)階段：外形尺寸計(jì)算、初始結(jié)構(gòu)計(jì)算、象差校正和平衡以及像質(zhì)評(píng)價(jià)。了解光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性、光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。初級(jí)像差理論與像差的校正和平衡方法，像質(zhì)評(píng)價(jià)與像差公差，光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的求解方法。望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、雙膠合物鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)的求解和光學(xué)特性。目鏡設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、常用目鏡的型式和像差分析。 關(guān) 鍵 詞：

4、 光學(xué)系統(tǒng) 成像質(zhì)量 像差 像距 望遠(yuǎn)鏡 第二章 概述 2.1 課程設(shè)計(jì)的目的及意義 運(yùn)用應(yīng)用光學(xué)的知識(shí)，了解望遠(yuǎn)鏡工作原理的基礎(chǔ)上，完成望遠(yuǎn)鏡的外形尺寸，物鏡組，目鏡組及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)原理。了解光學(xué)系統(tǒng)中pw法的基本原理。2.2 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 初級(jí)像差理論與像差的校正和平衡方法，像質(zhì)評(píng)價(jià)與像差公差，光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的求解方法。望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、雙膠合物鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)的求解和光學(xué)特性。目鏡設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、常用目鏡的型式和像差分析。 2.3 望遠(yuǎn)鏡的介紹1望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)：望遠(yuǎn)鏡是一種利用凹透鏡和凸透鏡觀(guān)測(cè)遙遠(yuǎn)物體的光學(xué)儀器。利用通過(guò)透鏡的光線(xiàn)折射或光線(xiàn)被凹鏡反射使之進(jìn)入小孔并會(huì)聚成像，再經(jīng)過(guò)一個(gè)放大

5、目鏡而被看到。又稱(chēng)“千里鏡”。望遠(yuǎn)鏡的第一個(gè)作用是放大遠(yuǎn)處物體的張角，使人眼能看清角距更小的細(xì)節(jié)。望遠(yuǎn)鏡第二個(gè)作用是把物鏡收集到的比瞳孔直徑（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼,使觀(guān)測(cè)者能看到原來(lái)看不到的暗弱物體。2望遠(yuǎn)鏡的一般特性望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)望遠(yuǎn)系統(tǒng)，是由物鏡和目鏡組成。當(dāng)用在觀(guān)測(cè)無(wú)限遠(yuǎn)物體時(shí)，物鏡的像方焦點(diǎn)和目鏡的物方焦點(diǎn)重合，光學(xué)間隔do。當(dāng)月在觀(guān)測(cè)有限距離的物體時(shí)，兩系統(tǒng)的光學(xué)問(wèn)隔是一個(gè)不為零的小數(shù)量。作為一般的研究，可以認(rèn)為望遠(yuǎn)鏡是由光學(xué)問(wèn)隔為零的物鏡和目鏡組成的無(wú)焦系統(tǒng)。這樣平行光射入望遠(yuǎn)系統(tǒng)后，仍以平行光射出。圖99表示了一種常見(jiàn)的望遠(yuǎn)系統(tǒng)的光路圖。為了方便，圖中的物鏡和

6、目鏡均用單透鏡表示。這種望遠(yuǎn)系統(tǒng)沒(méi)有專(zhuān)門(mén)設(shè)置孔徑光闌，物鏡框就是孔徑光闌，也是入射光瞳，出射光瞳位于目鏡像方焦點(diǎn)之外，觀(guān)察者就在此處觀(guān)察物體的成傷情況。系統(tǒng)的視場(chǎng)光闌設(shè)在物鏡的像平面處，入射窗和出射窗分別位于系統(tǒng)的物方和像方的無(wú)限遠(yuǎn)處，各與物平面和像平面合。2.4 望遠(yuǎn)鏡的分類(lèi)廣義上的望遠(yuǎn)鏡不僅僅包括工作在可見(jiàn)光波段的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，還包括射電，紅外，紫外，X射線(xiàn)，甚至射線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡。我們探討的只限于光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。 1609年，伽利略制造出第一架望遠(yuǎn)鏡，至今已有近四百年的歷史，其間經(jīng)歷了重大的飛躍，根據(jù)物鏡的種類(lèi)可以分為三種： 1. 折射望遠(yuǎn)鏡（伽利略望遠(yuǎn)鏡，開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡） 用透鏡作物鏡的望遠(yuǎn)鏡。分為兩

7、種類(lèi)型：由凹透鏡作目鏡的稱(chēng)伽利略望遠(yuǎn)鏡；由凸透鏡作目鏡的稱(chēng)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡。因單透鏡物鏡色差和球差都相當(dāng)嚴(yán)重，現(xiàn)代的折射望遠(yuǎn)鏡常用兩塊或兩塊以上的透鏡組作物鏡。其中以雙透鏡物鏡應(yīng)用最普遍。2. 反射望遠(yuǎn)鏡(牛頓望遠(yuǎn)鏡，卡塞格林式望遠(yuǎn)鏡) 用凹面反射鏡作物鏡的望遠(yuǎn)鏡?？煞譃榕ｎD望遠(yuǎn)鏡.卡塞格林望遠(yuǎn)鏡等幾種類(lèi)型。反射望遠(yuǎn)鏡的主要優(yōu)點(diǎn)是不存在色差，當(dāng)物鏡采用拋物面時(shí)，還可消去球差。但為了減小其它像差的影響，可用視場(chǎng)較小。3.折反射望遠(yuǎn)鏡(施密特望遠(yuǎn)鏡，馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡) 在球面反射鏡的基礎(chǔ)上，再加入用于校正像差的折射元件，可以避免困難的大型非球面加工，又能獲得良好的像質(zhì)量。比較著名的有施密特望遠(yuǎn)鏡 它在

8、球面反射鏡的球心位置處放置一施密特校正板。它是一個(gè)面是平面，另一個(gè)面是輕度變形的非球面，使光束的中心部分略有會(huì)聚，而外圍部分略有發(fā)散，正好矯正球差和彗差。還有一種馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡第三章 伽利略望遠(yuǎn)鏡工作原理及發(fā)展簡(jiǎn)史3.1工作原理 物鏡是會(huì)聚透鏡而目鏡是發(fā)散透鏡的望遠(yuǎn)鏡。光線(xiàn)經(jīng)過(guò)物鏡折射所成的實(shí)像在目鏡的后方（靠近人目的后方）焦點(diǎn)上，這像對(duì)目鏡是一個(gè)虛像，因此經(jīng)它折射后成一放大的正立虛像。伽利略望遠(yuǎn)鏡的放大率等于物鏡焦距與目鏡焦距的比值。其優(yōu)點(diǎn)是鏡筒短而能成正像，但它的視野比較小。把兩個(gè)放大倍數(shù)不高的伽利略望遠(yuǎn)鏡并列一起、中間用一個(gè)螺栓鈕可以同時(shí)調(diào)節(jié)其清晰程度的裝置，稱(chēng)為“觀(guān)劇鏡”；因攜帶方便

9、，常用以觀(guān)看表演等。伽利略發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡在人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的歷史中占有重要地位。它由一個(gè)凹透鏡（目鏡）和一個(gè)凸透鏡（物鏡）構(gòu)成。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能直接成正像。 伽利略望遠(yuǎn)鏡的工作原理圖 你可以用很低的費(fèi)用制作一架伽利略式望遠(yuǎn)鏡。從文化用品商店買(mǎi)一塊直徑、焦距大一些的眼鏡片作為物鏡和一塊焦距、直徑較小的透鏡作為目鏡。用膠水和小槽把兩塊鏡片裝在硬紙筒內(nèi)，再做一個(gè)簡(jiǎn)單的臺(tái)座，于是一架能夠看到月亮上的群山、銀河中的繁星和木星的衛(wèi)星的望遠(yuǎn)鏡便制成了。想想看，伽利略就是用這人發(fā)現(xiàn)的。但是切記，不要通過(guò)望遠(yuǎn)鏡直接觀(guān)察太陽(yáng)，以免高溫灼傷眼睛！伽利略的折射望遠(yuǎn)鏡有一個(gè)令人討厭的缺點(diǎn)，就是在明亮物體周?chē)a(chǎn)生“假色”。

10、“假色”產(chǎn)生的癥結(jié)在于通常所謂的“白光”根本不是白顏色的光，而是由組成彩虹的從紅到紫的所有色光混合而成的。當(dāng)光束進(jìn)入物鏡并被折射時(shí)，各種色光的折射程度不同，因此成像的焦點(diǎn)也不同，模糊就產(chǎn)生了。3.2發(fā)展簡(jiǎn)史1609年5月，正在威尼斯作學(xué)術(shù)訪(fǎng)問(wèn)的伽利略偶然間聽(tīng)到一則消息：荷蘭有人發(fā)明了一種能望見(jiàn)遠(yuǎn)景的“幻鏡”，這使他怦然心動(dòng)，他很快找了個(gè)借口匆匆結(jié)束行程，不到3個(gè)月的時(shí)間，這位45歲的教授已經(jīng)仿造出了兩架儀器， 伽利略 手繪的月面圖8月，他首先用它觀(guān)察了月球。不想，人們眼中的那個(gè)千嬌百媚、美輪美奐的銀盤(pán)，在他的望遠(yuǎn)鏡中卻成了一張千瘡百孔、丑陋不堪的“大麻臉”！于是他把那些四周邊緣高聳突出的圓狀命

11、名為“環(huán)形山”，而管較平坦的暗黑區(qū)域稱(chēng)之為“?！薄８匾氖?，他由此知道，月球并非是上帝創(chuàng)造的尤物，天堂中的東西也不一定是盡善盡美的，他相信月球和地球一樣，是個(gè)有著實(shí)地的世界，說(shuō)不定，在那些山洞內(nèi)還可能棲息著神秘的“月球人”呢。接著，伽利略又把目標(biāo)指向了燦爛的星星，盡管在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)“星星還是那個(gè)星星”，但明顯地變得更加明亮了，而且還出現(xiàn)了眾多原先肉眼無(wú)法見(jiàn)到的小星，由此他也成為世界上最早識(shí)破漫漫銀河奧秘的人這不是“牛奶路”，而是無(wú)數(shù)星體交織在一起的光輝！這一切也使他相信，哥白尼所說(shuō)的“恒星離我們極其遙遠(yuǎn)”可能是句至理名言，不然為什么望遠(yuǎn)鏡無(wú)法把它們放大呢。 隨后，伽利略將他的發(fā)現(xiàn)寫(xiě)成24頁(yè)的星座

12、信使(Sidereus Nuncius)，并公之于眾，但當(dāng)時(shí)并未被迅速接受，因?yàn)楫?dāng)時(shí)望遠(yuǎn)鏡的原理尚未明確，伽利略也無(wú)法詳細(xì)說(shuō)明自己的科研成果。一部分學(xué)者和教會(huì)人士認(rèn)為望遠(yuǎn)鏡里的景象不過(guò)是光影上的幻覺(jué)，是望遠(yuǎn)鏡的瑕疵造成的。到了1611年，德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒出版了天文光學(xué)，闡述了望遠(yuǎn)鏡的原理，“幻覺(jué)說(shuō)”才漸漸消失。第四章 望遠(yuǎn)鏡的主要特性分析 4.1 望遠(yuǎn)鏡外形尺寸設(shè)計(jì) 首先介紹一下目視光學(xué)系統(tǒng)中一些機(jī)構(gòu)及放大率的表達(dá)式：1.視場(chǎng)光闌:限制物空間多大范圍能被成像;一般設(shè)在實(shí)象平面或中間實(shí)象平面上。2.漸暈光闌:限制軸外成像光束的寬度。3.入射光瞳:孔徑光闌經(jīng)它前面的光學(xué)系統(tǒng)在物空間所成的像。4.

13、出射光瞳:孔徑光闌經(jīng)它后面的光學(xué)系統(tǒng)在像空間所成的像。5.入射窗:視場(chǎng)光闌經(jīng)它前面的光學(xué)系統(tǒng)在所成的像。6.出射窗: 視場(chǎng)光闌被其后面的光學(xué)系統(tǒng)在所成的像。7.垂軸放大率： （1）8.軸向放大率： （2）9.角放大率： （3）10.望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)視放大率： （4）然后設(shè)計(jì)一個(gè)開(kāi)普勒式望遠(yuǎn)鏡，其主要要求如下：1.物鏡與目鏡之間的距離 L=315mm，2.望遠(yuǎn)鏡的視放大倍數(shù)，3.物方視場(chǎng)角。 首先確定設(shè)計(jì)需要的參數(shù),主要有：目鏡視場(chǎng)角，望遠(yuǎn)鏡分辨率，入瞳直徑，出瞳直徑，物鏡與目鏡的焦距，視場(chǎng)光闌直徑，目鏡口徑，出瞳距離和目鏡視度調(diào)節(jié)量。開(kāi)普勒（Kepler Telescope）望遠(yuǎn)鏡光路示意圖計(jì)算中可

14、以用到的公式如下：1.如果要求儀器的視角分辨率和衍射分辨率相等，則： (5)2.視放大率： (6)3.望遠(yuǎn)鏡分辨率： (7)則可以計(jì)算出開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡的一些主要參數(shù)，如下：4.2開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡主要參數(shù)計(jì)算1.目鏡視場(chǎng)角：由 得 2.望遠(yuǎn)鏡分辨率：3.入瞳直徑D:根據(jù)視放大率得 4.出瞳直徑：5.物鏡焦距與目鏡焦距：由 得 6.視場(chǎng)光闌直徑 ： 7.出瞳距離： 8.目鏡口徑： 9.目鏡視度調(diào)節(jié)量x：設(shè)調(diào)節(jié)5屈光度，則： 由以上的參數(shù)我們就可以設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的望遠(yuǎn)鏡，由光路圖我們還可以看出開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡由兩個(gè)凸透鏡構(gòu)成。由于兩者之間有一個(gè)實(shí)像，可方便的安裝分劃板，并且各種性能優(yōu)良。但這種結(jié)構(gòu)成像是倒立的，

15、所以要在中間增加轉(zhuǎn)像系統(tǒng)。第五章 物鏡和目鏡的選擇5.1 . 物鏡的選擇物鏡的光學(xué)待性主要有三個(gè)：相對(duì)孔徑Df物, 和視場(chǎng)2w。 焦距f物、 。(1)：相對(duì)孔徑: 根據(jù)公式(3l o)=1/=D/D (3-10) 在望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)性能中，對(duì)儀器的出瞳直徑和視放大率提出了一定要求。根據(jù)上式即可求得入瞳直徑o。入瞳直徑D和物鏡焦距f物之比Df物稱(chēng)為物鏡的相對(duì)孔徑。當(dāng)f物和D確定之后，物鏡的相對(duì)孔徑也就確定了。 （2）：視場(chǎng)系統(tǒng)所要求的視場(chǎng)，也就是物鏡的視場(chǎng)。由公式（3-8）得 tgw=taw/ w即目鏡的視場(chǎng)角。一般望遠(yuǎn)鏡物鏡的視場(chǎng)都不大，通常不超過(guò)10。一15。由于物鏡視場(chǎng)不大，并且視場(chǎng)邊緣的成像

16、質(zhì)量允許適當(dāng)降低，因此只須校正球差、普差和鈾向色差。5.2 物鏡實(shí)例:1.雙交物鏡 雙膠物鏡是一種最常用最簡(jiǎn)單的望遠(yuǎn)鏡物鏡，有一個(gè)正透鏡和一個(gè)負(fù)透鏡膠合而成，如下圖3-1所示。這種物鏡的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，光能損失小，合適的選擇玻璃可以校正球差、彗差和軸向色差三種像差，滿(mǎn)足望遠(yuǎn)鏡物鏡的像差要求。 由于這種物鏡不能校正像散和場(chǎng)曲，所以視場(chǎng)一般不能超過(guò)8度-10度。如果物鏡后面有很長(zhǎng)光路的棱鏡，由于棱鏡的像散和物鏡的像散符號(hào)相反，可以抵銷(xiāo)一部分物鏡的像散，視場(chǎng)可達(dá)15-20度。一般雙膠物鏡的最大口徑不能超過(guò)100mm，這是因?yàn)楫?dāng)透鏡直徑過(guò)大時(shí)，由于透鏡的重量過(guò)大，膠合不牢固。 2.雙分離物

17、鏡 雙分離物鏡同樣是由一塊正透鏡和一塊負(fù)透鏡組成，但兩透鏡中間有一個(gè)空氣間隔，如圖3-2所示，它的優(yōu)點(diǎn)包括：物鏡口徑不受限制，因此，一些大口徑的物鏡都用雙分離物鏡； 能夠利用空氣間隔校正剩余球差，增大相對(duì)孔徑。一般焦距（100150mm）時(shí)，相對(duì)孔徑可達(dá)1：2.51：3. 3.雙單和單雙物鏡 如果武警的相對(duì)孔徑大于1：3時(shí)，一般采用一個(gè)雙透合透鏡和一個(gè)單透鏡進(jìn)行組合，根據(jù)它們前后位置排列不同，分雙單和單雙兩種物鏡，如圖3-3所示。這種形式的物鏡，如果雙膠透鏡和單透鏡物鏡之間的光焦度分配適當(dāng)，雙膠合透鏡玻璃選擇恰當(dāng)，孔徑高級(jí)球差和色球差都比較小，相對(duì)孔徑可達(dá)1：2，這是目前采用較多的大相對(duì)孔徑望

18、遠(yuǎn)物鏡。4.三分離物鏡 將雙分離物鏡中的正透鏡分裂成二片時(shí)，即獲得三分離物簇。如圖3-4所示的二種形式。這種物鏡能改善對(duì)色球差的校正，苦選用持種玻璃，并與其他玻璃適當(dāng)配組，還可校正或改善二級(jí)光譜。但要在此同時(shí)控制好帶球差，相對(duì)孔徑只能是相當(dāng)小的。目前實(shí)際應(yīng)用的復(fù)消色差物鏡(多半用作平行光管物鏡)都采用這種型式。 5.攝遠(yuǎn)物鏡 攝遠(yuǎn)物鏡有一個(gè)正透鏡組和一個(gè)負(fù)透鏡組構(gòu)成，如圖3-5所示。其優(yōu)點(diǎn)：使系統(tǒng)的總長(zhǎng)度L小于物鏡的總焦距f。因此，可以縮短儀器的外形尺寸；能增加視場(chǎng)。因?yàn)榫哂姓哥R組和負(fù)透鏡組，除了校正球差和彗差而外，還能校正場(chǎng)曲和像散。 5.3目鏡的選擇目鏡的光學(xué)特性主要有三個(gè)：像方視場(chǎng)角2

19、w、相對(duì)出瞳距離lz和工作距離s下面分別加以說(shuō)明。 (1) ：像方視場(chǎng)角2w 根據(jù)里遠(yuǎn)鏡的視放大率公式(38)可以看到，如果望遠(yuǎn)鏡的視放大宰相視場(chǎng)角一定，兢要求一定的目鏡視場(chǎng)。無(wú)論是提高望遠(yuǎn)鏡的視放大率或者視場(chǎng)角w，都需要相應(yīng)地提高目鏡的視場(chǎng)。一般目鏡的視場(chǎng)為40.一50。，廣角目鏡的視場(chǎng)為60。一80。，90。以上的目鏡稱(chēng)為持廣角目鏡。雙眼儀器的目鏡視場(chǎng)不超過(guò)75。當(dāng)目鏡的視場(chǎng)一定時(shí)，增大望遠(yuǎn)鏡的視放大率必然要減小整個(gè)系統(tǒng)的視場(chǎng)2w。例如，當(dāng)目鏡的視場(chǎng)為45。時(shí)，不同視放大率對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)角如3-6所示。 3-6如果要設(shè)計(jì)大視場(chǎng)和高視放大率的望遠(yuǎn)鏡，必須采用廣角和特廣角目鏡。 增大目鏡視場(chǎng)的主要

20、矛盾是軸外像差不易校正。盡管廣角和特廣角目鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，但像質(zhì)仍不理想，使用受到限制。 （2）：相對(duì)出瞳距離lz/fB目鏡的出瞳距離lz和目鏡焦距f目之比lz/f目稱(chēng)為相對(duì)出瞳距離。出瞳乃是望遠(yuǎn)鏡的孔徑光闌在望遠(yuǎn)鏡像空間所成的像，它與入瞳對(duì)整個(gè)系統(tǒng)互為物像關(guān)系 （3）：工作距離S 目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的距離稱(chēng)為目鏡的工作距離。為了適應(yīng)遠(yuǎn)視服和近視限使用，視度是可以調(diào)節(jié)的。極度的調(diào)節(jié)范圍一般為土5視度。有些儀器的視度是固定的，約在一o5一一l視度之間。由此可見(jiàn)，當(dāng)要求負(fù)視度時(shí)，2為正值，目鏡必須移近物鏡的像平面。為了保證在調(diào)負(fù)視度時(shí)目鏡的第一面不致與裝在物鏡像平面上的分劃板相碰，

21、要求目鏡的工作距離3大于目鏡調(diào)極度所需要的最大軸向移動(dòng)量(如果沒(méi)有分劃板，則上述要求就不必要了)5.4目鏡實(shí)例1.惠更斯目鏡這是觀(guān)察用生物顯微鏡中普遍應(yīng)用的目鏡，由二塊平面朝向眼睛的平凸透鏡相隔一定距離組成，朝向物鏡的那塊透鏡叫場(chǎng)鏡，朝向眼睛的那塊透鏡叫接目鏡。場(chǎng)鏡的作用是使由物鏡射來(lái)的軸外光束折向接目鏡，以減小接目鏡的口徑，也有利于鈾外像差的校正。通常惠更斯目鏡的二塊透鏡采用同種玻璃按校正倍車(chē)色差的要求，有d(f十f)2其中場(chǎng)鏡的焦距總大于間隔d因此其物方焦點(diǎn)恢于二透鏡之間、應(yīng)在此位置設(shè)置視場(chǎng)光鬧。由I：此視鬧只通過(guò)接日鏡被眼睛所觀(guān)察不能在其上設(shè)置分劃板，故此種目鏡不宜在量瀾顯微鏡中應(yīng)用?；?/p>

22、更斯目鏡鏡日距約為焦距的13因此其焦距不能小于15毫米。2.冉斯登目鏡* 這種目鏡由二塊凸面相對(duì)的平凸透鏡組成其間隔小于場(chǎng)鏡相接目鏡的焦距、且這兩個(gè)焦距也不相等。這樣使目鏡的物方焦點(diǎn)位于場(chǎng)鏡之外，可設(shè)置分劃板；鏡目距也可有所增大使之能用于量測(cè)顯微鏡中。與惠更斯目鏡相比冉斯登目鏡的物方焦面到接目鏡的距離要長(zhǎng)一些應(yīng)用時(shí)顯微鏡的鏡筒長(zhǎng)度要明顯增長(zhǎng)、故不宜用于只作觀(guān)察的生物顯微鏡中。在像差校正方面，由于這種結(jié)構(gòu)對(duì)替差相像散的校正條件比惠更斯目鏡有利得多因此除了倍串色差外所有其他的驚差都要比惠更斯目鏡小。 3.凱涅爾目鏡 這種目鏡可認(rèn)為是在冉斯登目鏡的基礎(chǔ)上，將接目鏡改變?yōu)殡p膠合鏡組而成，它具有比冉斯登

23、目鏡更好的像質(zhì)，工作距離、鏡目距和視場(chǎng)均有所增大。視場(chǎng)可達(dá)40一50，鏡目距約為焦距的50，工作距離約為焦距的三分之一。4.對(duì)稱(chēng)目鏡 有兩個(gè)雙膠透鏡構(gòu)成，如圖3-10所示。光學(xué)特性為像質(zhì)優(yōu)于凱涅爾目鏡。由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，加工方便，相對(duì)出瞳距離大，它在軍用觀(guān)察和瞄準(zhǔn)儀器中應(yīng)用廣大第6章 測(cè)微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡6.1 概述測(cè) 微 準(zhǔn) 直望遠(yuǎn)鏡(以下簡(jiǎn)稱(chēng)望遠(yuǎn)鏡)是測(cè)量直線(xiàn)度、平行度的一種光學(xué)儀器。它能夠建立一條基準(zhǔn)直線(xiàn)，用來(lái)測(cè)量與此直線(xiàn)垂直面的位移。測(cè) 微 準(zhǔn) 直望遠(yuǎn)鏡外形見(jiàn)圖1測(cè)微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)原理見(jiàn)圖26.2,計(jì)量特性一：光學(xué)系統(tǒng)分辨力角度 分 劃 板中心分辨力=4.7二：測(cè)微器方向正確性光 學(xué) 測(cè) 微器

24、兩個(gè)測(cè)量方向應(yīng)互相垂直，并分別與角度分劃板十字線(xiàn)方向平行。當(dāng)在整個(gè)范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)測(cè)微器時(shí)，引起另一坐標(biāo)方向位移應(yīng)小于0.02mmo三：測(cè)微鼓輪零位正確性光 學(xué) 測(cè) 微器兩個(gè)測(cè)量方向與望遠(yuǎn)鏡視線(xiàn)無(wú)目力可見(jiàn)的偏離。四： 測(cè)微器示值誤差示值 誤 差 續(xù)(0.0025+2ni/100)m m式中: i 格值; n 格 數(shù) 。五： 位移分劃板正確性望 遠(yuǎn) 鏡 位移分劃板相對(duì)于機(jī)械軸的垂直度-2;望遠(yuǎn) 鏡 位 移分劃板中心與機(jī)械軸重合性0.02m m.六：望遠(yuǎn)鏡光軸正確性望遠(yuǎn) 鏡 光 軸與機(jī)械軸的偏離，在300m m處不大于0.005m m.望 遠(yuǎn) 鏡 光軸與機(jī)械軸的平行度要求見(jiàn)表1七：望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦直線(xiàn)度望

25、 遠(yuǎn) 鏡 調(diào)焦直線(xiàn)度要求見(jiàn)表2第七章 棱鏡轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 由開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡原理我們知道，通過(guò)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡所看到的圖像是上下左右顛倒的倒立的像。為了滿(mǎn)足觀(guān)察的需要，必須在物鏡（將遠(yuǎn)處的目標(biāo)成一倒立的實(shí)像）后面加入轉(zhuǎn)像系統(tǒng)，即加入一組棱鏡，將倒立的實(shí)像轉(zhuǎn)為正立的實(shí)像。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)像有兩種結(jié)構(gòu)不同的棱鏡，Porro棱鏡和Roof棱鏡。 7.1 Porro棱鏡結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) Porro棱鏡的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，透光率高，成像質(zhì)量好，但望遠(yuǎn)鏡體積偏大。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可以采用反向Porro棱鏡轉(zhuǎn)像。不過(guò)又帶來(lái)了新的問(wèn)題，物鏡的口徑偏小，不適合低照度環(huán)境下使用。 7.2 Roof棱鏡結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) Roof棱鏡的最大優(yōu)點(diǎn)是采

26、用它之后望遠(yuǎn)鏡的體積可以做得最小，望遠(yuǎn)鏡的重量也隨之下降，但是這種棱鏡結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且透光率比Porro棱鏡低5%，需要鍍相位膜，所以要做個(gè)優(yōu)質(zhì)Poof棱鏡望遠(yuǎn)鏡，成本是非常高的。所以，實(shí)際中所用的轉(zhuǎn)像系統(tǒng)一般采用Porro棱鏡系統(tǒng)作為轉(zhuǎn)像系統(tǒng)。7.3 折轉(zhuǎn)形式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)分析（以Porro棱鏡為例） 7.4 類(lèi)似棱鏡結(jié)構(gòu)晶體分析 類(lèi)似棱鏡結(jié)構(gòu)晶體如下圖7-2所示 7-2 第八章 光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算方法 為使由P,W值求解光組結(jié)構(gòu)參數(shù)方便，須將P,W中與內(nèi)部參量有關(guān)的量和與物體位置有關(guān)的量分離開(kāi)來(lái)。具體的作法是以某一特定位置，即物在無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)的P,W值來(lái)作為薄透鏡組的基本像差參量.首先，我們要了解像差的運(yùn)算公式，這樣才能采取對(duì)應(yīng)的措施去消除它。像差的運(yùn)算公式如下：