伽利略望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-光電課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　光電技術(shù)學(xué)院</b></p><p>　　——望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　班 級： 光電子082班 </p><p>　　姓 名： 張 毅 </p><p>　　學(xué) 號：

2、 2008031161 </p><p>　　指導(dǎo)老師： 張 翔 </p><p>　　2010年5月28日 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章引言...............................................................

3、.......................... ...............................3</p><p>　　第二章概述.........................................................................................................................3</p>

4、<p>　　2.1 課程設(shè)計(jì)的目的及意義.....................................................................................3 </p><p>　　2.2 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容.........................................................................

5、.........................3</p><p>　　2.3 望遠(yuǎn)鏡的介紹......................................................................................................3</p><p>　　2.4 望遠(yuǎn)鏡的分類.........................

6、..............................................................................4</p><p>　　第三章伽利略望鏡工作原理及發(fā)展簡史......................................................................5</p><p>　　3.1 望遠(yuǎn)鏡

7、的工作原理..............................................................................................5</p><p>　　3.2 望遠(yuǎn)鏡發(fā)展簡史......................................................................................

8、.............5</p><p>　　第四章望遠(yuǎn)鏡的主要特性分析........................................................................................6 </p><p>　　4.1 望遠(yuǎn)鏡的主要特性分析...........................................

9、...........................................6</p><p>　　4.2 開普勒望遠(yuǎn)鏡的參數(shù)計(jì)算.................................................................................8 </p><p>　　第五章物鏡和目鏡的選擇.....................

10、............................................................................9 </p><p>　　5.1 物鏡的選擇............................................................................................................9

11、</p><p>　　5.2 物鏡實(shí)例...............................................................................................................10 </p><p>　　5.3 目鏡的選擇...........................................

12、................................................................12</p><p>　　5.4 目鏡實(shí)例................................................................................................................13</p>

13、;<p>　　第六章測微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡....................................................................................................15</p><p>　　6.1 測微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡概述..........................................................

14、................................15 </p><p>　　6.2 測微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡計(jì)量特性..................................................................................15 </p><p>　　第七章棱鏡轉(zhuǎn)向系統(tǒng)..............................

15、...........................................................................16 </p><p>　　7.1 Porro棱鏡結(jié)構(gòu)及其點(diǎn).....................................................................................16 </p><

16、;p>　　7.2 Roof棱鏡結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)..................................................................................16 </p><p>　　7.3 折轉(zhuǎn)形式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)分..........................................................................

17、............17</p><p>　　7.4 類似棱鏡結(jié)構(gòu)晶體分析......................................................................................17</p><p>　　第八章光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算方法.........................................

18、..........................17 第九章 光柵... ................................................................................................................19</p><p>　　第十章 心得體會(huì)....................................

19、.............................................................................19</p><p>　　第十一章參考文獻(xiàn) .............................................................................................................

20、20</p><p><b>　　第一章 引 言 </b></p><p>　　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)、開發(fā)的基本方法，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)

21、中考慮的基本問題，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)過程。初級像差理論與像差的校正和平衡方法，像質(zhì)評價(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

22、像差分析。 </p><p>　　關(guān) 鍵 詞： 光學(xué)系統(tǒng) 成像質(zhì)量 像差 像距 望遠(yuǎn)鏡 </p><p><b>　　第二章 概述 </b></p><p>　　2.1 課程設(shè)計(jì)的目的及意義 </p><p>　　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)的簡易設(shè)計(jì)原理

23、。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 </p><p>　　初級像差理論與像差的校正和平衡方法，像質(zhì)評價(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。 </p><p>　　2.3 望遠(yuǎn)鏡的介紹</p><p>　　1．望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)：望遠(yuǎn)鏡是一種利用凹透鏡

24、和凸透鏡觀測遙遠(yuǎn)物體的光學(xué)儀器。利用通過透鏡的光線折射或光線被凹鏡反射使之進(jìn)入小孔并會(huì)聚成像，再經(jīng)過一個(gè)放大目鏡而被看到。又稱“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,使觀測者能看到原來看不到的暗弱物體。</p><p>　　2．望遠(yuǎn)鏡的一般特性</p><p>　　望遠(yuǎn)鏡

25、的光學(xué)系統(tǒng)簡稱望遠(yuǎn)系統(tǒng)，是由物鏡和目鏡組成。當(dāng)用在觀測無限遠(yuǎn)物體時(shí)，</p><p>　　物鏡的像方焦點(diǎn)和目鏡的物方焦點(diǎn)重合，光學(xué)間隔d＝o。當(dāng)月在觀測有限距離的物體時(shí)，</p><p>　　兩系統(tǒng)的光學(xué)問隔是一個(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</p><p>　　隔為零的物鏡和目鏡組成的無焦系統(tǒng)。這樣平行光射入望遠(yuǎn)系統(tǒng)后，仍以平行光射出。

26、圖</p><p>　　9—9表示了一種常見的望遠(yuǎn)系統(tǒng)的光路圖。為了方便，圖中的物鏡和目鏡均用單透鏡表</p><p>　　示。這種望遠(yuǎn)系統(tǒng)沒有專門設(shè)置孔徑光闌，物鏡框就是孔徑光闌，也是入射光瞳，出射光</p><p>　　瞳位于目鏡像方焦點(diǎn)之外，觀察者就在此處觀察物體的成傷情況。系統(tǒng)的視場光闌設(shè)在物</p><p>　　鏡的像平面處，入射窗

27、和出射窗分別位于系統(tǒng)的物方和像方的無限遠(yuǎn)處，各與物平面和像平面合。</p><p>　　2.4 望遠(yuǎn)鏡的分類</p><p>　　廣義上的望遠(yuǎn)鏡不僅僅包括工作在可見光波段的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，還包括射電，紅外，紫外，X射線，甚至γ射線望遠(yuǎn)鏡。我們探討的只限于光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。 </p><p>　　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

28、，根據(jù)物鏡的種類可以分為三種： </p><p>　　折射望遠(yuǎn)鏡（伽利略望遠(yuǎn)鏡，開普勒望遠(yuǎn)鏡） </p><p>　　用透鏡作物鏡的望遠(yuǎn)鏡。分為兩種類型：由凹透鏡作目鏡的稱[伽利略望遠(yuǎn)鏡]；由凸透鏡作目鏡的稱[開普勒望遠(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。</p><p>　

29、　反射望遠(yuǎn)鏡(牛頓望遠(yuǎn)鏡，卡塞格林式望遠(yuǎn)鏡)</p><p>　　用凹面反射鏡作物鏡的望遠(yuǎn)鏡?？煞譃閇牛頓望遠(yuǎn)鏡].[卡塞格林望遠(yuǎn)鏡]等幾種類型。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，可用視場較小。</p><p>　　3.折反射望遠(yuǎn)鏡(施密特望遠(yuǎn)鏡，馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡)</p><p>　　在球面反射鏡的

30、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</p><p>　　第三章 伽利略望遠(yuǎn)鏡工作原理及發(fā)展簡史</p><p><

31、b>　　3.1工作原理</b></p><p>　　物鏡是會(huì)聚透鏡而目鏡是發(fā)散透鏡的望遠(yuǎn)鏡。光線經(jīng)過物鏡折射所成的實(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，稱為

32、“觀劇鏡”；因攜帶方便，常用以觀看表演等。伽利略發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡在人類認(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)簡單，能直接成正像。</p><p>　　伽利略望遠(yuǎn)鏡的工作原理圖　　 </p><p>　　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

33、把兩塊鏡片裝在硬紙筒內(nèi)，再做一個(gè)簡單的臺(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，不要通過望遠(yuǎn)鏡直接觀察太陽，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)，就是在明亮物體周圍產(chǎn)生“假色”?！凹偕碑a(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

34、的焦點(diǎn)也不同，模糊就產(chǎn)生了。</p><p><b>　　3.2發(fā)展簡史</b></p><p>　　1609年5月，正在威尼斯作學(xué)術(shù)訪問的伽利略偶然間聽到一則消息：荷蘭有人發(fā)明了一種能望見遠(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， </p><p>　　伽利略 手繪的

35、月面圖</p><p>　　8月，他首先用它觀察了月球。不想，人們眼中的那個(gè)千嬌百媚、美輪美奐的銀盤，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名為“環(huán)形山”，而管較平坦的暗黑區(qū)域稱之為“?！?。更重要的是，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，說不定，在那些山洞內(nèi)還可能棲息著神秘的“月球人

36、”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)了眾多原先肉眼無法見到的小星，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)鏡無法把它們放大呢。 </p><p>　　隨后，伽利略將他的發(fā)現(xiàn)寫成24頁的《星座信使》(S

37、idereus 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，伽利略也無法詳細(xì)說明自己的科研成果。一部分學(xué)者和教會(huì)人士認(rèn)為望遠(yuǎn)鏡里的景象不過是光影上的幻覺，是望遠(yuǎn)鏡的瑕疵造成的。到了1611年，德國天文學(xué)家開普勒出版了《天文光學(xué)》，闡述了望遠(yuǎn)鏡的原理，“幻覺說”才漸漸消失。</p><p>　　第四章 望遠(yuǎn)鏡的主要特性分析 </p><p>　　4.1

38、望遠(yuǎn)鏡外形尺寸設(shè)計(jì) </p><p>　　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：</p><p>　　1.視場光闌: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。</p><p>　　2.漸暈光闌:限制軸外成像光束的寬度。</p><p>　　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。</p

39、><p>　　4.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。</p><p>　　5.入射窗:視場光闌經(jīng)它前面的光學(xué)系統(tǒng)在所成的像。</p><p>　　6.出射窗: 視場光闌被其后面的光學(xué)系統(tǒng)在所成的像。</p><p>　　7.垂軸放大率： （1）</p><p&

40、gt;　　8.軸向放大率： （2）</p><p>　　9.角放大率： （3）</p><p>　　10.望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)視放大率： （4）</p><p>　　然后設(shè)計(jì)一個(gè)開普勒式望遠(yuǎn)鏡，其主要要求如下：</p><p>　　1.物鏡與目鏡之間

41、的距離 L=315mm，</p><p>　　2.望遠(yuǎn)鏡的視放大倍數(shù)，</p><p><b>　　3.物方視場角。</b></p><p>　　首先確定設(shè)計(jì)需要的參數(shù),主要有：目鏡視場角，望遠(yuǎn)鏡分辨率，入瞳直徑，出瞳直徑，物鏡與目鏡的焦距，視場光闌直徑，目鏡口徑，出瞳距離和目鏡視度調(diào)節(jié)量。</p><p>　　開普勒（

42、Kepler Telescope）望遠(yuǎn)鏡光路示意圖</p><p>　　計(jì)算中可以用到的公式如下：</p><p>　　1.如果要求儀器的視角分辨率和衍射分辨率相等，則：</p><p><b>　　(5)</b></p><p><b>　　2.視放大率：</b></p><p

43、><b>　　(6)</b></p><p>　　3.望遠(yuǎn)鏡分辨率： (7)</p><p>　　則可以計(jì)算出開普勒望遠(yuǎn)鏡的一些主要參數(shù)，如下：</p><p>　　4.2開普勒望遠(yuǎn)鏡主要參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　1.目鏡視場角：</b>

44、;</p><p><b>　　由 得 </b></p><p><b>　　2.望遠(yuǎn)鏡分辨率：</b></p><p><b>　　3.入瞳直徑D:</b></p><p><b>　　根據(jù)視放大率得</b></p><p>&l

45、t;b>　　4.出瞳直徑：</b></p><p>　　5.物鏡焦距與目鏡焦距：</p><p><b>　　由 得</b></p><p>　　6.視場光闌直徑 ：</p><p><b>　　7.出瞳距離：</b></p><p><b>　

46、　8.目鏡口徑：</b></p><p>　　9.目鏡視度調(diào)節(jié)量x：</p><p>　　設(shè)調(diào)節(jié)5屈光度，則：</p><p>　　由以上的參數(shù)我們就可以設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的望遠(yuǎn)鏡，由光路圖我們還可以看出開普勒望遠(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，所以要在中間增加轉(zhuǎn)像系統(tǒng)。</p&g

47、t;<p>　　第五章 物鏡和目鏡的選擇</p><p>　　5.1 . 物鏡的選擇</p><p>　　物鏡的光學(xué)待性主要有三個(gè)：相對孔徑D／f’物, 和視場2w。 焦距f‘物、 。</p><p>　　(1)：相對孔徑: 根據(jù)公式(3—l o)</p><p>　　Γ=γ=1/β=D/D’ (3-10)<

48、/p><p>　　在望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)性能中，對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。</p><p>　　入瞳直徑D和物鏡焦距f’物之比D／f’物稱為物鏡的相對孔徑。當(dāng)f’物和D確定之后，物鏡的相對孔徑也就確定了。</p><p><b>　?。?）：視場</b></p><p>　　系統(tǒng)所要求的視

49、場，也就是物鏡的視場。由公式（3-8）</p><p>　　得 tgw=taw’/Γ</p><p>　　w’即目鏡的視場角。一般望遠(yuǎn)鏡物鏡的視場都不大，通常不超過10。一15。。</p><p>　　由于物鏡視場不大，并且視場邊緣的成像質(zhì)量允許適當(dāng)降低，因此只須校正球差、普差和鈾向色差。</p><p><

50、b>　　5.2 物鏡實(shí)例:</b></p><p><b>　　1.雙交物鏡 </b></p><p>　　雙膠物鏡是一種最常用最簡單的望遠(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(yuǎn)鏡物鏡的像差要求。 </p>

51、<p>　　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8度-10度。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，可以抵銷一部分物鏡的像散，視場可達(dá)15-20度。一般雙膠物鏡的最大口徑不能超過100mm，這是因?yàn)楫?dāng)透鏡直徑過大時(shí)，由于透鏡的重量過大，膠合不牢固。 </p><p><b>　　2.雙分離物鏡 </b></p><p

52、>　　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，增大相對孔徑。一般焦距（100—150mm）時(shí)，相對孔徑可達(dá)1：2.5—1：3. </p><p>　　3.雙單和單雙物鏡 </p><p>　　如果武警的相對孔徑大于1：3時(shí)，一般采用一

53、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)，孔徑高級球差和色球差都比較小，相對孔徑可達(dá)1：2，這是目前采用較多的大相對孔徑望遠(yuǎn)物鏡。</p><p><b>　　4.三分離物鏡 </b></p><p>　　將雙分離物鏡中的正透鏡

54、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光譜。但要在此同時(shí)控制好帶球差，相對孔徑只能是相當(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。 </p><p><b>　　5.攝遠(yuǎn)物鏡 </b></p><p>　　攝遠(yuǎn)物鏡有一個(gè)正透鏡組和一

55、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。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，還能校正場曲和像散。 </p><p><b>　　5.3目鏡的選擇</b></p><p>　　目鏡的光學(xué)特性主要有三個(gè)：像方視場角2w’、相對出瞳距離lz’和工作距離s下面分別加以說明。<

56、/p><p>　　(1) ：像方視場角2w’</p><p>　　根據(jù)里遠(yuǎn)鏡的視放大率公式(3—8)可以看到，如果望遠(yuǎn)鏡的視放大宰相視場角一定，兢要求一定的目鏡視場。無論是提高望遠(yuǎn)鏡的視放大率?；蛘咭晥鼋莣，都需要相應(yīng)地提高目鏡的視場。</p><p>　　一般目鏡的視場為40.一50。，廣角目鏡的視場為60。一80。，90。以上的目鏡稱為持廣角目鏡。雙眼儀器的目鏡視場

57、不超過75。。</p><p>　　當(dāng)目鏡的視場一定時(shí)，增大望遠(yuǎn)鏡的視放大率Γ必然要減小整個(gè)系統(tǒng)的視場2w。例如，當(dāng)目鏡的視場為45。時(shí)，不同視放大率對應(yīng)的視場角如3-6所示。</p><p><b>　　3-6</b></p><p>　　如果要設(shè)計(jì)大視場和高視放大率的望遠(yuǎn)鏡，必須采用廣角和特廣角目鏡。</p><p>

58、;　　增大目鏡視場的主要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</p><p>　　較復(fù)雜，但像質(zhì)仍不理想，使用受到限制。</p><p>　　（2）：相對出瞳距離lz’/f’B</p><p>　　目鏡的出瞳距離lz’和目鏡焦距f’目之比lz’/f’目稱為相對出瞳距離。</p><p>　　出瞳乃是望遠(yuǎn)鏡的孔徑光闌在望遠(yuǎn)

59、鏡像空間所成的像，它與入瞳對整個(gè)系統(tǒng)互為物像關(guān)系</p><p><b>　　（3）：工作距離S</b></p><p>　　目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的距離稱為目鏡的工作距離。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o．5一一l視度之間。由此可見，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

60、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，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(如果沒有分劃板，則上述要求就不必要了)</p><p><b>　　5.4目鏡實(shí)例</b></p><p><b>　　1.惠更斯目鏡</b></p><p>　　這是觀察用生物顯微鏡中普遍應(yīng)用的目鏡

61、，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鏡，朝向眼睛的那塊透鏡叫接目鏡。場鏡的作用是使由物鏡射來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。</p><p>　　通?；莞鼓跨R的二塊透鏡采用同種玻璃．按校正倍車色差的要求，有d＝(f´十f´)／2．其中場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)置視場光鬧。由I：此視鬧只

62、通過接日鏡被眼睛所觀察．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?；几鼓跨R鏡日距約為焦距的1／3因此其焦距不能小于15毫米。</p><p><b>　　2.冉斯登目鏡* </b></p><p>　　這種目鏡由二塊凸面相對的平凸透鏡組成．其間隔小于場鏡相接目鏡的焦距、且這兩個(gè)焦距也不相等。這樣使目鏡的物方焦點(diǎn)位于場鏡之外，可設(shè)置分劃板；鏡目距也可有所

63、增大．使之能用于量測顯微鏡中。</p><p>　　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一些．應(yīng)用時(shí)顯微鏡的鏡筒長度要明顯增長、故不宜用于只作觀察的生物顯微鏡中。在像差校正方面，由于這種結(jié)構(gòu)對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。 </p><p><b>　　3.凱涅爾目鏡 </b><

64、;/p><p>　　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，它具有比冉斯登目鏡更好的像質(zhì)，工作距離、鏡目距和視場均有所增大。視場可達(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。</p><p><b>　　4.對稱目鏡 </b></p><p>　　有兩個(gè)雙膠透鏡構(gòu)成，如圖3-

65、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)對稱，加工方便，相對出瞳距離大，它在軍用觀察和瞄準(zhǔn)儀器中應(yīng)用廣大</p><p><b>　　測微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡</b></p><p><b>　　6.1 概述</b></p><p>　　測 微 準(zhǔn) 直望遠(yuǎn)鏡(以下簡稱望遠(yuǎn)鏡)是測量直線度、平行度的一種光學(xué)儀器。它能夠建立一條

66、基準(zhǔn)直線，用來測量與此直線垂直面的位移。</p><p>　　測 微 準(zhǔn) 直望遠(yuǎn)鏡外形見圖1</p><p>　　測微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)原理見圖2</p><p><b>　　6.2,計(jì)量特性</b></p><p><b>　　一：光學(xué)系統(tǒng)分辨力</b></p><p>　　

67、角度 分 劃 板中心分辨力《=4.7"</p><p>　　二：測微器方向正確性</p><p>　　光 學(xué) 測 微器兩個(gè)測量方向應(yīng)互相垂直，并分別與角度分劃板十字線方向平行。當(dāng)在整個(gè)范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)測微器時(shí)，引起另一坐標(biāo)方向位移應(yīng)小于0.02mmo</p><p>　　三：測微鼓輪零位正確性</p><p>　　光 學(xué) 測 微器兩個(gè)

68、測量方向與望遠(yuǎn)鏡視線無目力可見的偏離。</p><p>　　四： 測微器示值誤差</p><p>　　示值 誤 差 續(xù)(0.0025+2ni/100)m m</p><p>　　式中: i— 格值;</p><p><b>　　n— 格 數(shù) 。</b></p><p>　　五： 位移分劃板正

69、確性</p><p>　　望 遠(yuǎn) 鏡 位移分劃板相對于機(jī)械軸的垂直度-2';</p><p>　　望遠(yuǎn) 鏡 位 移分劃板中心與機(jī)械軸重合性0.02m m.</p><p>　　六：望遠(yuǎn)鏡光軸正確性</p><p>　　望遠(yuǎn) 鏡 光 軸與機(jī)械軸的偏離，在300m m處不大于0.005m m.</p><p>　　

70、望 遠(yuǎn) 鏡 光軸與機(jī)械軸的平行度要求見表1</p><p>　　七：望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦直線度</p><p>　　望 遠(yuǎn) 鏡 調(diào)焦直線度要求見表2</p><p>　　第七章 棱鏡轉(zhuǎn)向系統(tǒng) </p><p>　　由開普勒望遠(yuǎn)鏡原理我們知道，通過開普勒望遠(yuǎn)鏡所看到的圖像是上下左右顛倒的倒立的像。為了滿足觀察的需要，必須在物鏡（將遠(yuǎn)處的目標(biāo)成一倒立的實(shí)像

71、）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。 </p><p>　　7.1 Porro棱鏡結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) </p><p>　　Porro棱鏡的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，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。不過又帶來了新的問題，物鏡的口徑偏小，不適合低照度環(huán)境下使用。

72、</p><p>　　7.2 Roof棱鏡結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) </p><p>　　Roof棱鏡的最大優(yōu)點(diǎn)是采用它之后望遠(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)。</p><p>　

73、　7.3 折轉(zhuǎn)形式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)分析（以Porro棱鏡為例） </p><p>　　7.4 類似棱鏡結(jié)構(gòu)晶體分析 </p><p>　　類似棱鏡結(jié)構(gòu)晶體如下圖7-2所示 </p><p>　　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 </p><p>　　為使由P,W值求解光

74、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)的量分離開來。具體的作法是以某一特定位置，即物在無窮遠(yuǎn)時(shí)的P,W值來作為薄透鏡組的基本像差參量.</p><p>　　首先，我們要了解像差的運(yùn)算公式，這樣才能采取對應(yīng)的措施去消除它。</p><p>　　像差的運(yùn)算公式如下：</p><p>　　P=ni（i-i’）（i’-u）</p>&l

75、t;p>　　W=（i-i’）（ i’-u）</p><p>　　P={△u/△（1/n）}²△u/n={（u’-u）/(1/n’-1/n)} ²{u’/n’-u/n}</p><p>　　W= -△u/{△（1/n）}*△u/n= -（u’-u）/(1/n’-1/n)*{u’/n’-u/n}</p><p>　　一薄透鏡的初級位置色差：&l

76、t;/p><p><b>　　單薄透鏡：</b></p><p>　　C1=h²ψ/υ, δl’ch= -1/n’u’C1= -l’ ²ψ/υ</p><p>　　物無窮遠(yuǎn)：δl’ch= -f’/υ</p><p><b>　　2.薄透鏡系統(tǒng)</b></p><p

77、>　　δl’ch= -1/n’u’*ΣC1</p><p>　　雙膠合或小間隙雙分離系統(tǒng)消色差條件公式：</p><p>　　ψ1/υ1+ψ2/υ2=0 ①</p><p>　　ψ1+ψ2=ψ ②</p><p><b>　　由①②可推出</b></p&g

78、t;<p>　　ψ1={υ1/(υ1-υ2)}* ψ </p><p>　　ψ2= -{υ2/(υ1-υ2)} * ψ</p><p>　　二薄透鏡的初級球差：</p><p><b>　　單薄透鏡：</b></p><p>　　雙膠合透鏡初級球差：</p><p>　　微小間隙雙

79、分離：正負(fù)四個(gè)面</p><p>　　考慮無窮遠(yuǎn)處的P’,W’.無窮遠(yuǎn)處與有限遠(yuǎn)物距離鏡組的相對孔徑是不變的。所以</p><p>　　P=P’- u1（2+π）*hψ</p><p>　　W=W’- u1*(4 W’+h²ψ²)+u1 ²（3+2π）* hψ</p><p>　　實(shí)際應(yīng)用中，需要在歸一化條件下把

80、P’,W’的值作為基本參量。</p><p>　　對于無窮遠(yuǎn)物距，歸一化條件：</p><p>　　h=1，f’=1，uk=1</p><p><b>　　對于有限遠(yuǎn)物距：</b></p><p>　　h=1，f’=1，uk-u1= hψ=1</p><p><b>　　第九章 光柵&l

81、t;/b></p><p>　　當(dāng)光柵完全透明時(shí)，振幅調(diào)制可以忽略不計(jì)。但光柵上的光學(xué)厚度有規(guī)則變化的周期性相位調(diào)制，即透射相位光柵。其復(fù)振幅透過率可表示為：</p><p>　　其中m/2是相位呈正弦變化的幅度；是變化頻率（）</p><p>　　若用單位振幅的單色平面光波垂直照射光柵，則Fraunhofer衍射圖樣的光強(qiáng)分布為：</p>&l

82、t;p><b>　　其中。</b></p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　通過本次光學(xué)課程設(shè)計(jì)，讓我對望遠(yuǎn)鏡的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有所了解，增加的自己的百科知識(shí)和對光學(xué)的熱愛興趣，不僅如此，還加深了我對光學(xué)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，從而加深了對課本知識(shí)的鞏固。</p><p>　　在望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)過程中，不僅需要

83、運(yùn)用了課內(nèi)知識(shí)還需要大量的課外收集的知識(shí)，并且查閱大量的參考文獻(xiàn)。在多次反復(fù)和同學(xué)交流中我也總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，是自己在總結(jié)中有了一定的提高。同時(shí)也使自己學(xué)會(huì)了一些創(chuàng)新的思維。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)》 西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　　《應(yīng)用光學(xué)》