光學課程設計望遠鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計(編輯修改稿)
2025-06-12 19:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的點的位置有關的量。為了使得光學系統(tǒng)成像清晰，必須校正球差。采用的方法是正、負透鏡組合。 物鏡組與目鏡組的選取望遠鏡的物鏡組的選取物鏡組的主要參數(shù)物鏡光學特性主要有三個：焦距、相對孔徑、視場。 (1)、焦距 望遠鏡物鏡的焦距和系統(tǒng)的視放大率有關，由式 (36)可得： (41) 通常首先確定目鏡的焦距，根據(jù)視放大率即可用上式求出焦距 (2)、相對孔徑 根據(jù)公式： (42) 可得到入瞳直徑 D： (43) 通過式 (41)和式 (43)即可得 到相對孔徑 (3)、視場 根據(jù)式 (36)得： (44)像差的消除采用相對孔徑來代表物鏡的光學特性，是因為相對孔徑近似等于光束孔徑角。相對孔徑越大，光束和光軸的夾角越大，像差也就越大。為了校正像差，必須使物鏡結(jié)構(gòu)復雜化。就是說相對孔徑代表物鏡復雜化的程度。 一般望遠鏡物鏡的視場都不大，通常不超過。又視場邊緣成像質(zhì)量允許適當降低，因此只需要校正球差、彗差和軸向色差。 物鏡組的種類 (1)、折射式望遠鏡物鏡：雙膠物鏡、雙分離物鏡、雙單和單雙物鏡、三分離物鏡、攝遠物鏡。 (2)、反射式望遠鏡物鏡：牛頓系統(tǒng)、格里高 里系統(tǒng)、卡塞格林系統(tǒng)。 (3)、折射式望遠鏡物鏡：施密特物鏡、馬克蘇托夫物鏡、同心系統(tǒng)。 雙膠物鏡 雙膠物鏡由一個正透鏡和一個負透鏡交合而成，如圖 ： 這種物鏡的優(yōu)特點是；結(jié)構(gòu)簡單，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，滿足望遠鏡物鏡的像差要求。 不同焦距，雙膠物鏡可得到滿意的成像質(zhì)量的相對孔徑，如表 所示： 由于這種物鏡不能校正像散和場曲，所以視場一般不能超過。如果物鏡后面有很長光路的棱鏡，由于棱鏡的像散和物鏡的像散符號相反，可以抵消一部分物鏡的像散，視場可 達到。 焦距 /mm 501001502021005001000 相對孔徑 ()1/31/表 ：物鏡焦距與相對孔徑的對應關系 一般雙膠物鏡的最大口徑不能超過 100 mm，這是因為當透鏡直徑過大時，由于透鏡的重量過大，膠合不牢固。同時，當溫度改變時，膠合面上可能產(chǎn)生應力，使成像質(zhì)量變壞，嚴重時可能脫膠。所以對于直徑過大的雙膠透鏡組，往往不進行膠合，中間用很薄的空氣層隔開，空氣層兩邊的曲率半徑仍然相等。這種物鏡從像差性質(zhì)來說實際上和雙膠合物鏡完全相同。 雙分離物鏡 雙分離物鏡同樣由一塊正透鏡和一塊負透鏡組成，但兩透鏡中間有一個空氣間隔，如圖 所示。 它和雙膠物鏡比較，具有下列優(yōu)特點： (1)物鏡的口徑不受限制。因此，一些大口徑的物鏡都用雙分離物鏡，而不用雙膠物鏡。 (2)能夠利用空氣間隔校正剩余球差，增大相對孔徑。在一般焦距 (100150 mm)時，相對孔徑可達。 它的缺點是：光能損失增加，加工安裝比較困難，特別是兩透鏡的共鈾性不易保證。 雙單和單雙物鏡 如果物鏡的相對孔徑大子 l： 3時，一般采用一個雙膠合透鏡和一個單透鏡進行組合，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 (a)、(b)所示。 這種型式的物鏡，如果雙膠透鏡和單透鏡之間的光焦度分配適當，雙膠合透鏡玻璃選擇恰當，孔徑高級球差和色球差都比較小，相對孔徑可達 1： 2，這是目前采用較多的大相對孔徑望遠物鏡。 三分離物鏡 這種型式的物鏡由三個單透鏡構(gòu)成，如圖 所示。他們能很好的控制孔徑高級球差和色球差，相對孔徑可達 1： 2,。缺點是裝配調(diào)整困難，光能損失和雜光都比較大。 攝遠物鏡 攝遠物鏡由一個正透鏡和一個負透鏡組構(gòu)成，如圖 所示。 它的優(yōu)點是： (1)使系統(tǒng)的總長度 L小于物鏡的總焦距。因 此，可以縮短儀器的外形尺寸。 (2)能增加視場。因為具有正透鏡組和負透鏡組，除了校正球差和彗差而外，還能校正場曲和像散。 它的缺點是：相對孔徑比較小。因為前組的相對孔徑比整個物鏡的相對孔徑高得多，如前所述，雙膠物鏡的相對孔徑不能太大，因而整個物鏡的相對孔徑受到前組相對孔徑的限制。前組用雙膠透鏡，相對孔徑不超過 l： 4，整個物鏡的相對孔徑不超過 1： 7。若前組用相對孔徑為 1： 3的雙分離透鏡，則整個物鏡的相對孔徑可達到 1： 5左右。 內(nèi)調(diào)焦望遠物鏡單組型式的物鏡對非無窮遠物體進行調(diào)焦時會增加鏡筒長度，相應的望遠鏡稱為外 調(diào)焦望遠鏡。內(nèi)調(diào)焦望遠鏡是指在物鏡之后一定距離處加一負透鏡組而成的復合系統(tǒng)。這種物鏡在對不同遠處物體成像時，總可以利用改變負鏡組的位置而使像位于同一位置上。此負鏡組稱為內(nèi)調(diào)焦鏡。其結(jié)構(gòu)如圖 所示： 計算內(nèi)調(diào)焦望遠鏡參數(shù)時，可以根據(jù)給定的物鏡焦距物鏡長度 L 和準距條件即： (45) 聯(lián)立求解出二鏡組的焦距及其間隔。當物鏡對有限遠物體調(diào)焦時，易于按照現(xiàn)成規(guī)律導出內(nèi)調(diào)焦鏡的移動距離?，F(xiàn)代大地測量儀器中幾乎全部用內(nèi)調(diào)焦望遠鏡。這是由于它具有可以達到簡化視距測量、縮短鏡筒長度、改善密封性能風等一系列優(yōu)點。這對經(jīng)常 需要在野外作業(yè)的測量儀器來說是非常重要的。望遠鏡的目鏡組的選取目鏡組的主要參數(shù)目鏡光學特性主要有三個：像方視場角、相對出瞳距離和工作距離 S。 (1)、像方視場角 根據(jù)望遠鏡的視放大率公式 (37)可以看到，如果望遠鏡的視放大宰相視場角一定，就要求一定的目鏡視場。無論是提高望遠鏡的視放大率或者視場角，都需要相應地提高目鏡的視場。目前，提高望遠鏡視放大率和視場主要是受到目鏡視場的限制。 一般目鏡的視場為，廣角目鏡的視場為，以上的目鏡稱為特廣角目鏡。雙眼儀器的目鏡視場不超過 當目鏡的視場一定時，增大望遠鏡的視放大 率必然要減小整個系統(tǒng)的視場。例如，當目鏡的視場為時，不同視放大率對應的視場角如表 所示。 視放大率 視場 表 ：物鏡焦距與相對孔徑的對應關系 如果要設計大視場和高視放大率的望遠鏡，必須采用廣角和特廣角目鏡。 (2)、相對出瞳距離 目鏡的出瞳距離和目鏡焦距之比稱為相對出瞳距離。 出瞳距離是根據(jù)使用要求給出的。當要求一定時，之比越大 .則越小。望遠鏡的總長度 L等于目鏡和物鏡焦距之和，即 (46) 由上式可知，總長度 L和目鏡的焦距成比例。所以目鏡的相對出瞳距離直接影響儀器的外形尺寸。 (3)、工作距離 S。 目鏡第一面頂點到物方焦平面的距離稱為目鏡的工作距離。目視光學儀器為了適應遠視服和近視限使用，視度是可以調(diào)節(jié)的。極度
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