【正文】 鏡表面反射，所以對光學(xué)玻璃的內(nèi)部品質(zhì)比折射鏡要求低。2，有計(jì)算機(jī)控制背面支撐點(diǎn)，補(bǔ)償重力引起的形變。這些新技術(shù)的采用使得人類發(fā)射太空望遠(yuǎn)鏡的要求不再迫切。 折反射望遠(yuǎn)鏡的物鏡是由折射鏡和反射鏡組合而成。此類望遠(yuǎn)鏡視場大，光力強(qiáng)，適合觀測流星，彗星，以及巡天尋找新天體。 國內(nèi)外研究狀況中國上海的 65 米射電望遠(yuǎn)鏡是一臺(tái)具有多種科學(xué)用途，全天線可轉(zhuǎn)動(dòng)，在同類型的望遠(yuǎn)鏡中總體性能上位列全球第四。上海 65 米射電望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目是中國科學(xué)院和上海市政府的重大合作項(xiàng)目，主要由中科院，上海市政府、探月工程項(xiàng)目等共同出資建造，由中國科學(xué)院上海天文臺(tái)負(fù)責(zé)運(yùn)行。該望遠(yuǎn)鏡具諸多創(chuàng)新特點(diǎn)：主反射面精度高、工作波段多、工作頻率高、接收頻帶寬、采用先進(jìn)的主動(dòng)面技術(shù)、快速更換觀測頻率系統(tǒng)、軌道整體焊接、制冷接收機(jī)靈敏度高、時(shí)頻系統(tǒng)精度高、數(shù)據(jù)采集設(shè)備先進(jìn)。 LSST 望遠(yuǎn)鏡將由 189 個(gè)傳感器和超過三噸重的組件組成，它的主鏡直徑為 米。這個(gè)擁有 32 億像素的鏡頭在觀測過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也令人嘆為觀止，其一年的觀測數(shù)據(jù)將需要 600 萬 GB 的存儲(chǔ)空間！這個(gè)數(shù)據(jù)量相當(dāng)于用一款 800 萬像素的數(shù)碼相機(jī)每天拍攝 80 萬張照片，并整整拍攝一年。其中，俄國人更傾向于加大望遠(yuǎn)鏡的倍率，而在西方以美、德為代表崇尚大口徑望遠(yuǎn)鏡。1，擬定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。計(jì)算量包括：對物鏡和目鏡的焦距，物鏡和目鏡的通光口徑，入瞳和出瞳直徑，視場光闌的直徑，目鏡的視場角，出瞳距，目鏡口徑，目鏡的視度調(diào)節(jié)等參數(shù)。3，像差平衡。4，繪圖。望遠(yuǎn)系統(tǒng)物鏡的相對孔徑和視場都不大，高級像差比較小。一般整個(gè)設(shè)計(jì)過程可以大致分為三個(gè)步驟：（1）根據(jù)外形尺寸計(jì)算對物鏡的焦距、相對孔徑和視場以及成像質(zhì)量提出的要求，選定物鏡的結(jié)構(gòu)型式； （2）應(yīng)用薄透鏡系統(tǒng)初級像差公式求透鏡組的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)，這里利用結(jié)構(gòu)參數(shù)選取合適的初始結(jié)構(gòu)，并利用 ZEMAX 軟件對初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化達(dá)到系統(tǒng)和成像質(zhì)量的要求。 3. D/f＇ =1:6 4. 正像177。其特點(diǎn)是物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合，光學(xué)間隔△=0，因此平行光入射望遠(yuǎn)系統(tǒng)后，仍以平行光出射。這種望遠(yuǎn)系統(tǒng)沒有專門設(shè)置的孔徑光闌，物鏡框就是孔徑光闌，也是入射光瞳。系統(tǒng)的視場光闌設(shè)在物鏡的像平面處，即物鏡和目鏡的公共焦點(diǎn)處。 出 射 光 瞳目 鏡視 場 光 闌物 鏡 （ 孔 徑 光 闌 ） ω圖 望遠(yuǎn)系統(tǒng)光路圖望遠(yuǎn)系統(tǒng)的放大率主要有以下幾種 [1]：垂軸放大率 39。1f???角放大率 39。2f?軸向放大率 39。1f????????其中 、 分別是物鏡和目鏡的焦距。1f39。對于目視光學(xué)儀器來說，更有意義的特性是它的視放大率，即人眼通過望遠(yuǎn)系統(tǒng)觀察物體時(shí)，物體的像對眼睛的張角 ω＇的正切值與眼睛直接觀察物體時(shí)物體對眼睛的張角 ω 的正切值之比，用 Γ 表示：Γ= （21）39。tan? （22）＇f21????由圖 可知， 則112tanDf???? (23)D????從式中可以看到：視放大率僅僅取決于望遠(yuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其值等于物鏡和目鏡的焦距之比，欲增大視放大率，必須使 ＞ 。若以 60作為人眼的分辨極限，為使望遠(yuǎn)鏡所能分辨的細(xì)節(jié)也能被人眼分辨，即達(dá)到充分利用望遠(yuǎn)鏡分辨率的目的，因此望遠(yuǎn)鏡的視放大率應(yīng)與它的極限分辨角 有如下的關(guān)系：? (24)60????若減小分辨角 ，需增大視放大率 。它的光學(xué)特性具有以下兩個(gè)特點(diǎn) [2]：1．相對孔徑不大在望遠(yuǎn)系統(tǒng)中，入射的平行光束經(jīng)過系統(tǒng)以后仍為平行光束，因此物鏡的相對孔徑和目鏡的相對孔徑是相等的。目前軍用望遠(yuǎn)鏡的出瞳直徑一般為 4mm 左右，出瞳距離一般要求20mm 左右。2．視場較小望遠(yuǎn)物鏡的視場角 和目鏡的視場角 以及系統(tǒng)的視放大率 之間有以下??? ?關(guān)系： ????tg目前常用目鏡的視場 大多在 以下。例如，對于一個(gè) 的望遠(yuǎn)鏡，由上式可求得物鏡視場 ，通常望遠(yuǎn)8? 210?o物鏡的視場不大于 。由于望遠(yuǎn)物鏡要和目鏡、棱鏡或透鏡式轉(zhuǎn)像系統(tǒng)配合使用，因此在設(shè)計(jì)物鏡時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到它和其它部分的像差補(bǔ)償。棱鏡中的反射面不產(chǎn)生像差，棱鏡的像差等于展開以后的玻璃平板的像差。另外，目鏡中通常有少量剩余球差和軸向色差，需要物鏡給以補(bǔ)償，所以物鏡的像差常常不是真正校正到零，而是要求它等于指定的數(shù)值。望遠(yuǎn)物鏡的相對孔徑和視場都不大，要求校正的像差也比較少，所以它們的結(jié)構(gòu)一般比較簡單，多數(shù)采用薄透鏡組或薄透鏡系統(tǒng)。常用的望遠(yuǎn)物鏡的類型有如下幾種 [3]：（1）雙膠合物鏡。由薄透鏡系統(tǒng)的初級像差理論知道，一個(gè)薄透鏡組除了校正色差以外，還能校正兩種單色像差，正好符合望遠(yuǎn)物鏡校正像差的需要，因此望遠(yuǎn)物鏡一般由薄透鏡組構(gòu)成。如果恰當(dāng)?shù)剡x擇玻璃組合，則雙膠合物鏡可以達(dá)到校正三種像差的目的，所以雙膠合物鏡是最常用的望遠(yuǎn)物鏡。如果物鏡后面有較長光路的棱鏡，則由于棱鏡的像散和物鏡的像散10?符號相反，可以抵消一部分物鏡的像散，視場可達(dá) 。一般雙膠合物鏡的最大口徑不能超過 100㎜，這是因?yàn)楫?dāng)直徑過大時(shí)，透鏡的重量過大膠合不牢固，同時(shí)當(dāng)溫度改變時(shí)，膠合面上容易產(chǎn)生應(yīng)力，使成像質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時(shí)可能脫膠。這種物鏡從像差性質(zhì)來說實(shí)際上和雙膠合物鏡完全相同。如果我們使雙膠合物鏡正負(fù)透鏡之間有一定間隙，則有可能減小孔徑高級球差，使相對孔徑可以增加到 1/3 左右。但是這種物鏡的色球差并不比雙膠合物鏡小，另外空氣間隙的大小和兩個(gè)透鏡的同心度對成像質(zhì)量影響很大，所以裝配調(diào)整比較困難。（3）雙單和單雙物鏡如果物鏡的相對孔徑大于 1/3，則一般采用一個(gè)雙膠合和一個(gè)單透鏡組合而成。這種型式的物鏡，如果雙膠合組和單透鏡之間的光焦度分配合適，膠合組的玻璃選擇恰當(dāng)，孔徑高級球差和色球差都比較小，則相對孔徑最大可達(dá) 1/2左右，這是目前采用較多的大相對孔徑的望遠(yuǎn)鏡物鏡。這種物鏡的缺點(diǎn)是裝配調(diào)整困難，光能損失和雜光都大。傳統(tǒng)普羅棱鏡由 2 個(gè)直角棱鏡組成，利用內(nèi)全反射原理,把光路折曲。用普羅棱鏡望遠(yuǎn)鏡來觀察會(huì)改變我們習(xí)慣的透視感和體視感。普羅型望遠(yuǎn)鏡也會(huì)影響我們對物體大小和距離的判決。此外系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不夠緊密，光軸易歪，手感較差。 BK7 棱鏡折射率接近能產(chǎn)生全反射的下限，所以棱鏡中心反射很好，但是在邊緣的一小部分光線無法產(chǎn)生全反射而“泄漏”出去,導(dǎo)致出現(xiàn)出瞳光斑邊緣存在卷影切邊，減低透光率。普羅棱鏡系統(tǒng)在理論上十分有效，因?yàn)樗膫€(gè)反射面都可以產(chǎn)生全反射，光線沒有損失。結(jié)構(gòu)限制口徑，一般質(zhì)素亦較次級 [4]。傳統(tǒng)上最常見的屋脊棱鏡缺點(diǎn)很多。當(dāng)中有一個(gè)界面無法產(chǎn)生全反射，大部分光線會(huì)射出去而不是反射，所以需把這個(gè)反射面鍍成鏡面。此外,當(dāng)光從鏡面反射回來的時(shí)候,其相位會(huì)改變。當(dāng)兩束部分偏振化的光相遇互相干涉的時(shí)候，光度會(huì)再損失。 由前面的敘述知道，反射棱鏡的作用主要有兩個(gè)，其一是使光束平移、偏折和改變方向；其一是改變像的正、倒關(guān)系。此外，還要考慮棱鏡加工公差的計(jì)算。棱鏡展開的方法是：在棱鏡主截面內(nèi)，按反射面的順序，以反射面與主截面的交線為軸，依次按反射面順序做鏡像，便可得到棱鏡的等效平行玻璃板。如圖 所示，沿著反射面展開，也就是說，以斜邊為反射面，對直角棱鏡成像，得到個(gè)正方形的玻璃板，很顯然，直角棱鏡的光路長度： MLD? 直角棱鏡張開如圖 所示，先沿第一個(gè)反射面展開，而后再沿第二個(gè)反射面展開。其光路長度為： 。值得一提的是屋脊棱鏡，由于屋脊面與主面垂直，展開時(shí)要特別注意。出于光闌通常不在棱鏡上，因此在計(jì)算棱鏡的通光口徑時(shí)，不但要考慮軸上光束在棱鏡上的高度，還要考慮軸外光束在棱鏡上的高度。在這種情況中，棱鏡通常處在物鏡的前面，如圖 所示。0Dpu 圖 平行光路中的棱鏡由于棱鏡處在平行光路中，棱鏡的軸上光束口徑與望遠(yuǎn)物鏡的口徑 相同。我們用 表示棱鏡m的通光口徑，用 表示光線在棱鏡中的光路長度， p 為系數(shù)。(或發(fā)散)光路中在這種情況中，棱鏡大多數(shù)處在物鏡之后，如圖 所示。由圖我們看到，軸上光束在棱鏡的入射面和出射面的口徑是不同的。 0102139。12pyu? （29）對于出射面的軸外光束口徑為 (210)39。 目鏡系統(tǒng)目鏡是目視光學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分。觀察時(shí)，人眼與目鏡的出瞳重合，出瞳的位置在目鏡的像方焦點(diǎn)附近。250f??式中 為目鏡的焦距。2f縮小它的焦距 ，所以，在望遠(yuǎn)系統(tǒng)中，目鏡焦距一般為 10～40mm。場一般是指像方視場，目鏡的像方視場角 和物鏡的視場角 以及系統(tǒng)的視39。tgt??由此可以看出，無論是提高系統(tǒng)的視放大率，還是增大物鏡的視場角，都會(huì)引起目鏡視場角的增大。因此，望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視放大率和視場主要受目鏡視場的限制。鏡目距是指出瞳到目鏡最后一面頂點(diǎn)的距離，也是觀察時(shí)眼睛瞳孔的位置，鏡目距一般不小于 6mm～8mm，由于軍用目視儀器需要加眼罩或防毒面具，通常鏡目距大于 20mm。 [5,7]目鏡出瞳的大小受眼瞳限制，大多數(shù)儀器的出瞳直徑與眼瞳直徑相當(dāng)，即出瞳直徑為 2mm～4mm，軍用儀器的出瞳直徑較大，一般在 4mm 左右變化。145目鏡的工作距離是指目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的距離，一般物鏡的像在目鏡的物方焦平面附近。由目鏡的光學(xué)特性可知，目鏡是一種短焦距、大視場、相對孔徑較小的光學(xué)系統(tǒng)。其軸上點(diǎn)像差不大，無須嚴(yán)格校正就可使球差和位置色差滿足要求。在上述五種軸外像差中，以彗差、像散、場曲和倍率色差對目鏡的成像質(zhì)量影響最大，是系統(tǒng)像差校正的重點(diǎn)，但受目鏡結(jié)構(gòu)限制，目鏡的場曲不易校正，可用像散來對場曲做適當(dāng)補(bǔ)償，再加上人眼有自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，所以對場曲要求可以降低。設(shè)計(jì)目鏡時(shí)，若系統(tǒng)帶有分劃板，需要對物鏡和目鏡分別獨(dú)立校正像差，然后再對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行像差平衡；如系統(tǒng)不要求安裝分劃板，則物鏡和目鏡的像差校正可以按整個(gè)系統(tǒng)來考慮，在初始計(jì)算時(shí)就要考慮像差補(bǔ)償?shù)目赡苄裕ǔＪ窍扔?jì)算和校正目鏡像差，然后根據(jù)目鏡像差的校正結(jié)果，把剩余像差作為物鏡像差的一部分，再對物鏡進(jìn)行像差校正。在望遠(yuǎn)鏡中，目前常用的目鏡有惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、凱涅爾目鏡、對稱式目鏡等?；莞鼓跨R是由兩塊間隔為 d 的平凸透鏡組成。場鏡的作用是把物鏡所成的像再一次成像在兩透1f?2鏡中間，并且使物鏡射來的軸外光束不過于分散而折向后面的接目鏡，成像位置是接目鏡的物方焦平面處，中間像再由接目鏡成像在無窮遠(yuǎn)。所F? F以物體被物鏡所成的放大像位于兩透鏡之間，對于場鏡來說是一虛物 y，它被場鏡成一實(shí)像 位于接目鏡的物方焦平面處。y選用同一種光學(xué)材料，如果二者間隔 d 滿足 條件，則惠更斯目鏡??21f???可以校正垂軸色差。惠更斯目鏡在視場光闌處不安置分劃板，這主要是由于場鏡產(chǎn)生的軸外像差太大，很難校正和補(bǔ)償。它是由兩塊凸面相對并具有一定間隔的平凸透鏡組成。經(jīng)物鏡所成的實(shí)像 y 在目鏡的焦平面 F 上，再經(jīng)場鏡成虛像 ，該虛像位于接目鏡的物方焦點(diǎn) F2處，經(jīng)接目鏡成像在無窮39。冉斯登目鏡的視場在 300～40 0之間，由于這種目鏡有實(shí)像面，在視場光闌處可以安置分劃板，所以冉斯登目鏡能夠用于測量儀器中。凱涅爾目鏡可以看作是冉斯登目鏡的演變型式，它是用雙膠合透鏡替換冉斯登目鏡中的接目鏡，目的是彌補(bǔ)冉斯登目鏡不能校正垂軸色差的缺陷。凱