5章典型光学系统详解课件

1、 5-1 放大镜和显微镜的工作原理物体对眼睛的视角，不仅取决于物体的大小，还取决于该物体到眼睛的距离，距离越近视角越大在近处观察细小物体其视角小于人眼极限分辨角，就需要借助放大镜或显微镜将其放大，使像的视角大于人眼的极限分辨角 扩大视角是目视光学仪器的第一个要求一、放大镜的工作原理在利用仪器观察时，目标通过仪器后应成像在无限远处，即要求仪器出射平行光束 对目视光学仪器的第二个要求人眼在观察物体时完全放松的自然状态，即无限远目标成像到视网膜上。7/24/20221 因为眼睛通过放大镜或显微镜等目视光学仪器来观察物体时，所看到的是在眼睛视网膜上的物体像的大小。放大镜的放大率为：通过放大镜观察物体时

2、，物体像的视角正切与人眼直接观察该物体时的视角正切之比。这种放大率称为视角放大率。用字母 表示放大镜的放大率与眼睛一起使用的目视光学仪器，其放大作用不能由横向放大率来表征。7/24/20222 物体经放大镜成像的简图 yyABABFFP-ff -xa虚像AB 对眼睛所张的视角的正切为眼睛直接去观察物体时，是将其放在明视距离250mm处。此时物体对人眼张角的正切为7/24/20223放大镜的放大率可由下式求得将横向放大率 代入上式得7/24/20224由此可见，放大镜的放大率，除了和其焦距有关之外，还和眼睛离开放大镜的距离有关在实际使用过程中，眼瞳大致位于放大镜的像方焦点的附近 放大镜的放大率仅

3、由放大镜的焦距f 所决定，焦距越大则放大率越小。 上式分母中的a相对于x而言，是一个很小的值，可以略去。放大镜放大率的公式，通常采用以下形式7/24/20225二、 显微镜的工作原理对于工作在可见光波长范围的光学显微镜按用途区分，使用量较大的有三种：工具显微镜（主要应用于精密机构制造工业等方面进行精密测量）；生物显微镜（主要应用于生物学、医学、农学等方面）；金相显微镜（主要应用于冶金和机械制造工业，观察研究金相组织结构）。显微镜是人眼的辅助工具，显微镜的光学系统由物镜和目镜两个部分组成。7/24/20226 显微镜系统成像原理显微镜和放大镜起着同样的作用 物镜目镜F1F1F2BAABA”B”7

4、/24/20227 物镜目镜F1F1F2BAABA”B” AB 位于目镜的物方焦点 F2 上或在很靠近 F2 的位置上 此像 再经目镜放大为虚像A”B” 后供眼睛观察。这说明目镜与放大镜的作用一样。 7/24/20228 经过物镜和目镜的两次放大，所以显微镜系统总的放大率应该是物镜横向放大率和目镜放大率e的乘积。物体被物镜成的像A B 位于目镜的物方焦点上或附近，此像相对于物镜像方焦点的距离为（物镜和目镜的光学间隔），在显微镜系统中称为光学筒长设物镜的焦距为f1, 则物镜的放大率为7/24/20229物镜的像被目镜放大，其放大率为 式中： f2 为目镜的焦距。由此，显微镜系统的总放大率为可见显

5、微镜系统的放大率与光学筒长成正比，和物镜及目镜的焦距成反比。 式中有负号，即当显微镜系统具有正物镜和正目镜时（常用这种结构），则整个显微镜系统给出倒像。 7/24/202210根据组合光组的焦距公式可知，整个显微镜的总焦距f 和物镜及目镜焦距之间符合以下关系： 将其代入上式中，则有它与放大镜公式具有完全相同的形式。显微镜系统实质上就是一个复杂化了的放大镜7/24/202211在显微镜系统中存在着中间像，故可以在物镜的实像平面上放置分划板，对被观察物体进行测量，并且在该处还可以设置视场光阑以消除渐晕现象。精密测量用的显微系统与一般观察显微镜有一定的区别。为后面讨论的内容叙述方便，有必要对测量显微

6、系统有一个初步的概念。 7/24/20221219JA型万能工具显微镜的光学系统图。 照明光源集光镜滤色片可变光阑平面反射镜聚光镜保护玻璃工作台物镜工件光阑（孔径光阑）斯密特棱镜保护玻璃分划板目镜测角分划板测角光源滤色片读数显微镜 可变光阑位于聚光镜的物方焦平面上孔径光阑位于物镜的像方焦平面上（形成了什么光组？）物镜有四种放大倍率：1x、1.5 x、3 x和5 x；目镜的放大率为10 x 7/24/202213显微镜物镜物平面到像平面的距离称为共轭距在显微镜中，取下显微物镜和目镜后，所剩下的镜筒长度即物镜支撑面到目镜支撑面之间的距离称为机械筒长，用tm表示。 对于一台显微镜来说，机械筒长是固定

7、的机械筒长各国标准是不同的，有160mm，170mm和190mm 等。 我国规定机械筒长为160mm。 物平面到光学系统第一个物镜的球面顶点的距离称为“工作距”7/24/202214显微镜光学筒长的选择应该满足齐焦要求，即使显微镜物镜在变换过程中显微镜物镜的像面不变，这样当变换物镜时不需要重新调焦，就可以看到物体的像。7/24/202215为此，在显微镜设计时要注意满足以下要求：（1）物镜变换时，物镜物平面与像平面位置不变，即共轭距T不变，规定T=195mm，物镜像平面在镜筒上表面以下10mm ；（2）目镜的物方焦点 在目镜支承面以下10mm处，对所有不同放大倍率的目镜都要满足这项要求，使目镜

8、的物方焦点 与像点A重合； 满足上述要求设计的显微镜，有很强的互换性，变换目镜和物镜以后就能看到像，稍加微调就可以看到清晰的像。7/24/202216四.显微镜与放大镜比较 显微镜有很高的放大倍率，可以通过变换物镜和目镜改变放大倍率，而且人眼与物体间的距离很大易于操作，观察，显微镜工作台下可以安置照明系统，显微镜物镜所成的中间实像处可以安置分划板进行测量，观察用。 放大镜廉价，使用方便，低倍率时使用普遍。7/24/202217当相邻两点的间隔，正好使一个衍射图样中的爱里斑中心和另一个图样的第一暗环重合时，两个衍射图样的光强分布曲线相加而得到的合成光强分布曲线，两个极大值之间存在的一个极小值，能

9、量约为极大值的80%。10.8r暗1瑞利指出：这种合成的衍射图样还是可以看出是由两个发光点构成的。5-2 显微系统的分辨率7/24/20221810.8r暗1从图中可看出，两个爱里斑的中心距正好是爱里斑的半径。瑞利就以爱里斑半径或衍射图样的第一暗环半径（r暗1）作为 光学系统能对无限远两点的像分辨得开的最小距离称之为瑞利判据；按此判据，即可确定光学系统的分辨本领。7/24/202219按照夫琅和费衍射理论，无限远的发光点在望远系统焦平面上所形成的衍射图样，其第一暗环的半径（即爱里斑半径）可表示为 式中，波长，D入射光瞳直径。7/24/202220显微系统的分辨率是以刚能分辨的两物点之间的距离来

10、表示的，称为最小分辨距。孔径光阑（出瞳）P1P2z-Umax1UmaxA-上述公式是从无穷远物点的衍射而得的。原则上显微系统并不满足这一条件。注意到物镜的像距要比它的出瞳直径大得多。7/24/202221孔径光阑（出瞳）P1P2z-Umax1UmaxA-像方光束接近于平行光束，公式 还是可以应用于显微物镜的。D P1P2,以1表示像面上能分辨的两点对出瞳中心的张角，可得相应地7/24/202222 因Umax角一般很小，所以由于显微物镜满足正弦条件，即有 式中，n像方介质的折射率，总是空气，n=1，而是在物空间与共轭的线量 7/24/202223 式中， 即为前面所提的显微物镜的数值孔径（NA

11、） 它就是显微物镜的最小分辨距即分辨率，故有 表明:显微镜的分辨本领取决于所用的光波波长和物镜的数值孔径。上式的得出是假设物点本身发光，并且两个发光点是独立的（即非相干光源）。这种情况与实际情况不相符。若考虑部分相干情况，被照明物点所产生的衍射图样，在满足瑞利判据时，上式中的系数一般要加以修正。7/24/202224这种修正是以道威(Dawas)判断为依据的。 道威判断：两个相邻像点之间的两衍射斑中心距为0.85爱里斑半径时，则能被光学系统分辨。为充分利用物镜的分辨率，使已被显微镜物镜分辨出来的细节能同时被眼睛所看清，显微镜必须有恰当的放大率 便于眼睛分辨的角距离为2 4。7/24/20222

12、5 设所使用光线的波长为550nm，上式成为取2为分辨角的下限， 4为上限，则在明视距离250mm处能分辨开两点之间的距离为 是显微镜像空间被人眼所能分辨的线距离换算到显微镜的物方，相当于显微镜的分辨率乘以视觉放大率，得到满足上式的放大率称为显微镜的有效放大率7/24/202226一、显微系统的线视场其视场的大小用能看到的物方直径表示被称为物方线视场（简称为线视场）线视场的大小与显微系统放大率、数值孔径NA以及结构尺寸有关线视场是显微系统光学性能之一物方线视场实际上就是系统的入窗。显微系统是用来观察、分辨物体的细节（生物显微镜）或瞄准（工具显微镜）的5-3 显微系统的光学性能7/24/2022

13、27要求视场内的照度适宜、均匀、成像清晰、没有渐晕、杂散光的干扰小视场光阑应安放在物镜像平面处。不同的显微系统其孔径光阑的位置也不同生物显微镜的孔径光阑就是物镜框工具显微镜孔径光阑放在物镜像方焦平面上构成物方远心光路7/24/202228使用显微系统过程中，要求能方便更换物镜和目镜同时，也要求一次调焦清晰后，在更换不同倍率的物镜或目镜时，不需要二次调焦即视场中心物象位置关系不发生变动更换物镜并能保持成像清晰是采用不同倍率物镜的物像共轭加上主面之间的距离相等的方法来实现的，被称为齐焦更换物镜的倍率（1X、1.5X、3X、5X），物方线视场的大小也随之改变（21mm、14mm、7mm、4.2mm）

14、7/24/202229二、显微镜的景深 当显微镜调焦至某一物平面（称为对准平面）时，如果位于其前后的物平面仍能被观察者看清楚，则该两平面之间的距离称为显微镜的景深。A1B1AB出瞳FZ-dx-x2aAB是对准平面的像（称之为景象平面），A1B1是位于对准平面之前的物平面的像。7/24/202230 A1B1AB出瞳FZ-dx-x2aA1点的成像光束在景象平面上截出直径为z的弥散斑，从图中可得dx与x相比很小，得7/24/202231z看起来是一个点像，它对出瞳中心的张角必须不大于眼睛的极限分辨角。 2dx可认为是在像方能同时看清楚的景像平面前后两个平面之间的深度即将2dx换算到物空间去，即可得

15、到显微镜景深的表达式。这只要将2dx除以轴向放大率即可。7/24/202232根据有关公式有由此可得或由上式可见，显微镜的放大率越高、数值孔径越大，景深越小。7/24/202233三、显微镜的照明系统(一)照明系统的设计原则照明系统要满足以下要求：1）保证有足够的光能；2）有足够的照明范围和均匀的亮度；3）照明光束应充满物镜的入瞳；4）尽可能减少杂光进入物镜，以免降低像面的对比度；5）满足仪器尺寸布局要求；7/24/2022342、照明系统的拉赫不变量应大于或等于物镜的拉赫不变量，即根据上述要求，照明系统在设计上应满足以下两个原则：1、光孔转接原则设照明系统的入瞳位置为光源的位置，则照明系统的

16、出瞳应与物镜的入瞳重合；（二）亮视场的照明方式1、直接照明利用自然光或灯泡照明。2、临界照明光源发光面通过聚光镜成像在物面上或其附近的照明方式称为临界照明。7/24/202235其缺点是光源亮度的不均匀性将直接反映在物面上，同时也不满足光孔转接原则，即聚光镜的出瞳位置和物镜的入瞳位置不重合。电影放映机大多采用这种照明方式。读数显微镜中刻线尺或度盘的照明也常采用。7/24/2022363、柯勒照明集光镜视场光阑孔径光阑聚光镜物面这种照明方式克服了临界照明不均匀的缺点。它的构成有以下两个特点：（1）发光面通过集光镜成实像。该像面上可安放可调的孔径光阑，再经聚光镜成像于物镜的入瞳位置。因此充分利用了

17、光能并满足光孔转接原则。7/24/202237柯勒照明系统分为远心照明和非远心照明。 远心柯勒照明特点：孔径光阑位于聚光镜的物方焦面上，组成像方远心光路；视场光阑的位置根据需要选定。4、反射照明（2）集光镜框或其后面附近可安放可变的视场光阑，控制照明视场的大小，避免杂光射入物镜。7/24/202238四、显微系统的物镜（一）显微物镜的特点在选用或设计显微物镜时所考虑的光学性能主要有：数值孔径放大率NA的大小直接影响分辨本领和成像亮度，它是物镜的 主要性能指标。对于不同倍率的物镜，像方视场2y为一定值，所以高倍物镜视场小。线视场7/24/202239精密测量用的显微物镜就有以下特点： 1、在满足

18、一定瞄准和读数精度的条件下，物镜放大率一般不高，约在1x10 x之间；2、物镜的放大率要求严格准确，允差0.050.1%；6、为了减小物镜有视差引起的放大率误差，孔径光阑设置在物镜的像方焦平面上，构成物方远心光路。3、工作距离和线视场都较大，以满足观测一定大小零 件的要求；4、在校正轴上像差时，也要校正轴外像差，像质要求 较高；5、物镜的数值孔径较小（最常用NA=0.1)；为了保证像的照度，照明系统的光源常用低电压、小功率、高亮度的7/24/202240（二）显微物镜显微物镜根据用途不同分为：消色差显微物镜复消色差物镜平场消色差物镜40X0.95复消色显微物镜普通显微物镜大多数属于消色差型，只

19、需校正球差、正弦差、轴向色差即可，但边缘像质较差。平场复消色差物镜40X0.85平场复消色显微物镜折反射显微物镜7/24/202241按数值孔径NA的大小由四种型式1、双胶型 =15x NA=0.10.15 2、李斯特型 =820 x NA=0.250.30 3、阿米西型 =2540 x NA=0.400.65 4、阿贝油浸型 =90100 x NA=1.251.407/24/202242精密测量中的显微镜，使用高倍物镜的不多。一般均采用低倍和中倍物镜；但要求平像场；所以与同倍其它物镜相比，其结构形式比较复杂。下图是工具显微镜1X物镜的两种结构。视场20mm，工作距离80mm，数值孔径0.03

20、。孔径光阑孔径光阑下图是工具显微镜3X及5X物镜的结构。视场分别为6.7mm和4mm，工作距离80mm和53mm，数值孔径0.09和0.15。7/24/202243下图是工具显微镜10X物镜的结构。视场2mm，工作距离20mm，数值孔径0.16。下图是工具显微镜40X物镜的结构。视场0.5mm，工作距离10.5mm，数值孔径0.35。孔径光阑孔径光阑7/24/202244复习显微镜成像原理视角放大率、有效放大率显微镜光束限制、像有明显边界（目镜若不拦截光线，无渐晕现象）显微镜物镜主要参数光学筒长、机械筒长、共轭距7/24/2022455-4 望远系统一、望远系统的一般性质物镜（入瞳）视场光阑目

21、镜出瞳F1F2物镜的像方焦点应与目镜的物方焦点重合，光学间隔=0。 使入射的平行光束仍能保持平行地射出的光学系统称为望远系统或望远镜。7/24/202246按照夫琅和费衍射理论，无限远的发光点在望远系统焦平面上所形成的衍射图样，其第一暗环的半径（即爱里斑半径）可表示为 式中，波长，D入射光瞳直径。对望远物镜，其入瞳可认为与物镜重合。D/f物镜的相对孔径。物镜的分辨本领决定于它的相对孔径。望远系统的分辨率是以远处能分辨的两点对物镜入瞳中心的张角来表示的，称为最小分辨角。7/24/202247与爱里斑半径之间有如下关系：将r暗1公式代入上式中得现以人眼最灵敏的波长=550nm代入，得到可见，以最小

22、分辨角来表示望远物镜的分辨率时，它仅决定于物镜的孔径（入瞳直径）。7/24/202248对于目视系统来说有意义的是视角放大率即通过望远镜观察时，物体的像对眼睛视角的正切与眼睛直接观察该物体时的视角0 正切之比。由于物体到眼睛的距离相对于望远镜的长度来说要大得多，0与物体对入射光瞳中心的张角可认为相等因此望远镜的视角放大率以表示，与望远镜的角放大率相同，即7/24/202249由于垂轴放大率为常数（因为 ）即可用出瞳直径D和入瞳直径D之比表示，所以视角放大率仅仅取决于望远系统的结构参数。严格来说，望远镜应该用来观察无限远物体。7/24/202250但实际上，由于人眼能从无限远至明视距离的范围内自

23、由地调节，故人眼通过望远镜观察物空间时的对应量，可用下式表示： 式中 x 像至目镜像方焦点的距离。 x 物体至物镜物方焦面的距离；在实际设计中，确定视角放大率要考虑许多因素，其中包括仪器的精度要求、目镜的结构型式、望远镜的视场角、仪器的结构尺寸等等。7/24/202251表示观测仪器精度的指标是它的最小分辨角。若以60作为人眼的分辨极限，为使望远镜所能分辨的细节也能被人眼分辨即达到了充分利用望远镜分辨率的目的望远镜的视角放大率应与其最小分辨角有如下关系：7/24/202252把望远镜的最小分辨角公式代入上式中得：这就是望远镜应该具备的最小视角放大率。也是正常放大率。为了减轻操作人员的疲劳，设计

24、望远系统时应用大于正常分辨率的工作分辨率来作为望远系统的视角放大率。7/24/202253工作放大率常为正常放大率的1.53倍。若取2.3倍，则=D。在瞄准仪器中，仪器的精度用瞄准误差来表示，它与瞄准方式有关。若是压线瞄准时：若是对线、双线或叉线瞄准时：由此可见，望远镜的视角放大率越大，其测量精度越高。7/24/202254二、伽利略望远镜和开普勒望远镜伽利略望远镜是由物镜和负目镜按光学间隔=0的方式组合而成。F1F2出瞳df1df1,具有筒长短、体积小、重量轻等特点；这种望远镜没有中间实像面，无法安置分划板，不能直接作为瞄准和精确定位之用。7/24/202255上面的光路图是在不考虑眼瞳作用

25、时，伽利略望远镜的物镜框就是整个系统的入射光瞳。F1，F2O1O2P物镜（入窗、视场光阑）目镜眼瞳（出瞳、孔径光阑）入瞳出窗由于眼瞳无法与之重合，所以轴外光束中有一部分光线不能进入眼眶，而产生拦光现象。若把眼瞳也作为一个光孔来考虑，它就是整个系统的出射光瞳，也是孔径光阑。7/24/202256F1，F2O1O2P物镜（入窗、视场光阑）目镜眼瞳（出瞳、孔径光阑）入瞳出窗该光阑被目镜和物镜所成的像位于眼瞳之后，是一个放大的虚像，这就是系统的入射光瞳。这时伽利略望远镜的视场光阑为物镜框，被目镜所成的像位于物镜和目镜之间，就是系统的出射窗。7/24/202257入瞳中心对入窗的张角即系统的视角2，眼瞳

26、的位置和系统的放大率都影响着实际视场的大小F1，F2O1O2P物镜（入窗、视场光阑）目镜眼瞳（出瞳、孔径光阑）入瞳出窗DlLlp 入窗并不与物体重合，使轴外点光束产生渐晕。7/24/202258F1，F2O1O2P物镜（入窗、视场光阑）目镜眼瞳（出瞳、孔径光阑）入瞳出窗DlLlp伽利略望远镜的视场角、物镜直径D、眼瞳位置lp以及系统的放大率之间有如下的关系：7/24/202259说明，伽利略望远镜在物镜口径一定时，倍率越高，视场越小。 伽利略就是利用这种望远镜发现了木星的卫星。 这种结构的望远镜多被采用为激光的发射系统，做为激光准直仪的一个组成部分。 开普勒望远镜是在1611年在开普勒的光学术

27、中介绍的。 开普勒望远镜的物镜和目镜都是正透镜，这样就克服了伽利略望远镜中间没有实像的缺点。 因为最后成倒像，系统需要考虑转像系统的安置以便正像，结构上要比伽利略望远镜复杂。 这样就具备了测量和瞄准的条件。7/24/202260下图为开普勒望远镜的光路图：物镜（入瞳）目镜视场光阑出瞳被目镜拦掉部分目镜的口径如果足够大，开普勒望远镜中的光束将没有渐晕现象。7/24/202261出瞳直径D和出瞳距p出瞳直径是望远镜的一项重要性能指标出瞳直径的确定如下：望远镜的主观亮度决定于出瞳面上的发光强度发光强度与出瞳直径的平方成正比出瞳直径的平方之称为“光强度”或“光力”决定了望远镜射出的光能的大小从景深角度

28、考虑，出瞳直径越大，景深越小7/24/202262出瞳距是出瞳到目镜最后一面透镜顶点的距离当出瞳满足定义要求，出瞳距应考虑到人眼观察的特点和使用情况，一般不小于6mm。视场角望远镜物方视场用系统的视场角表示光学长度望远镜物镜和目镜焦距之和为光学长度7/24/202263转像系统和场镜刻普勒望远镜需要正像，在系统内安放转像系统结果是正像和系统加长转像有单组转像和双组转像加上转像系统后，物镜的像方焦平面和目镜的物方焦平面是分开的转像的物面是物镜的像方焦平面，其像面是目镜的物方焦平面增加了光学长度7/24/202264F1F27/24/202265场镜具有转像系统的光学系统，为使通过物镜后的轴外光束

29、折向转像系统，减少转像系统的横向尺寸在物镜的像平面上或附近增设一块透镜称为场镜像与主平面重合，放大率为1根据像差理论知：场镜不产生球差、彗差、像散和色散，只产生小的场曲和畸变7/24/202266三、望远镜的物镜望远物镜的光学特性都用相对孔径D/f 、焦距f 和视场角2表示。这些性能参数决定了它的分辨能力、像的亮度和结构的尺寸。需校正的像差有：球差、色差、正弦差望远物镜可分为三种结构型式：即折射式、反射式和折反射式望远物镜。（一）折射式望远物镜(1)双胶合物镜：结构简单，制造方便，光能损失少。选择合适的玻璃，可以同时校正球差、正弦差和色差。因为胶合面曲率半径很大，产生比较大的高级球差，相对孔径

30、要受到限制。胶合物镜不能校正轴外像差，所以视场角2一般不超过810。7/24/202267（2）双分离物镜与双胶合物镜相比，其可以在更大的范围内选择玻璃对，透镜间距可以作为变量进行优化，可能减小高级像差。只是装配校正比较困难。（3）三分离物镜由一胶合组和一单透镜组成。变量增多，像差校正较好，相对孔径可以增大到1：2。 高倍率望远镜物镜焦距很长，为减小尺寸、重量，采用摄远物镜。（4）摄远物镜正负两组透镜组成，中间一间隔d，物镜焦距大于机械筒长。7/24/202268用光学零件位置的变化，实现调焦作用的光学系统称为调焦系统。（5）摄远物镜应用实例内调焦望远物镜调焦系统分为外调焦和内调焦。若以目镜相

31、对于物镜的位置变化实现调焦称外调焦系统。外调焦系统的结构比较简单，像质也比较好。但外形尺寸较大，密封性能很差。7/24/202269当物体在有限远时，移动物镜中的一块负透镜，使物镜所成的像仍然在固定的分划板处。这种系统就称为内调焦系统。该系统尺寸小，携带方便，密封性能好，在大地测量仪器中多采用此光路物镜分划板目镜7/24/202270（二）反射式望远物镜天文望远镜常用反射式物镜对轴上点具有等光程性，球差得到很好校正，成像质量好。但轴外点彗差和像散很大，视场很小2-3。 比较著名的双反射系统由两种：卡塞格林系统和格列果里系统。卡塞格林系统是由两个反射镜组成，主镜是抛物面，副镜是双曲面，所成的是倒

32、像，这种结构的筒长比较短。主镜副镜F7/24/202271格列果里系统也是有两个反射面组成，主镜仍为抛物面，副镜改为椭球面，所成的像正像,这种结构的筒长比较长。（三）折反射系统F主镜副镜反射系统对轴外像差的校正是很困难的。理想的折反射系统中反射镜应该是非球面形的，但加工比较困难。7/24/202272折反射型望远物镜比较典型的有施密特物镜和马克苏托夫物镜施密特物镜由球面主镜和施密特校正板组成。非球面的面形能够使中间的光束略有会聚，而使边缘的光束略有发散，这样会聚和发散的程度正好补偿反射球面镜的球差校正板是个透射元件，其中一个面是平面，另一个面是非球面。F施密特校正板7/24/202273马克苏

33、托夫物镜由球面主镜和副弯月型厚透镜组成。弯月形厚透镜的结构若满足下面条件就可以不产生色差，所以可用它来补偿主镜产生的球差dr2r1F7/24/202274四、目镜目镜是望远镜和显微镜的重要组成部分。 目镜的光学特性由它的视场角2、焦距 f、相对镜目距p/f和工作距l2来决定。镜目距p是出瞳到目镜最后一面的距离。目镜的工作距l2是目镜第一面顶点到物镜像平面的轴向距离。目镜是一种小孔径、大视场、短焦距、光阑在外面的光学系统。 目镜的这些光学特性决定了目镜的像差特性：它的轴上点像差不大。目前，常用的望远镜和显微镜的目镜有惠更斯目镜、冉斯登（Ramsden)目镜、凯涅尔(Kellner)目镜、对称目镜

34、、无畸变目镜、广角目镜等等。一般视场角40-50，广角目镜60-80，特广角90以上。不小于5mm，军用不小于16mm目镜孔径是以出瞳直径表示的。7/24/2022751、惠更斯目镜和冉斯登目镜惠更斯目镜由两块平凸透镜组成，其间隔为d。 场镜和接目镜的像差互相补偿，即允许各自有残留像差。所以该目镜结构不宜在视场光阑平面上设置分划板，惠更斯目镜不宜用在测量仪器中。场镜接目镜物镜像面视场光阑接目镜物方焦面出射光瞳（眼瞳）d靠近出瞳的透镜视场角2=40-50视场角2=30-407/24/202276冉斯登目镜由两块凸面相对的平凸透镜组成，其间隔d小于惠更斯目镜两透镜的间距。在成像质量上，由于冉斯登目

35、镜的间隔小，所以冉斯登目镜的场曲小于惠斯登目镜的场曲。场镜接目镜视场光阑（物镜像平面目镜前焦面）出瞳（眼瞳）d7/24/2022772、凯涅尔目镜凯涅尔目镜可认为是冉斯登的接目镜改成双胶合镜组而得到的。改成双胶合透镜就能在校正彗差和像散的同时，校正好倍率色差。3、对称式目镜对称式目镜是应用非常广泛的中等视场目镜。它由两个双胶合镜组构成。视场角2=40-50视场角2=40-427/24/2022784、无畸变目镜无畸变目镜是由一个平凸的接目镜和一组三胶合的透镜组构成的。出瞳这种目镜的镜目距很大，所以在有相同的镜目距时，无畸变目镜的设计焦距可以选得小一些，使结构更加紧凑一些。这种特点非常适用于大地

36、测量仪器和军用仪器。视场角2=427/24/2022795、广角目镜广角目镜是为适应大视场系统而设计的。由于视场角增大，场曲也随之增大。为了保证像差的要求，目镜的结构必须复杂化，或在系统中加入负光焦度的透镜；或增加正透镜组的数目，使光焦度分散。下图是两种视场在60以上的广角目镜，接目镜用两块透镜代替。I 型出瞳II 型出瞳视场角2=60-65视场角2=60-707/24/202280五、望远系统外形尺寸计算根据使用要求来确定光学系统整体结构尺寸的过程。包括：系统组成、各组成的焦距、它们的相对位置和横向尺寸。依据：高斯光学要求：系统孔径、视场、分辨率、出瞳位置和大小 光学系统外形尺寸和结构布局

37、成像质量7/24/2022817/24/202282计算物镜和目镜的焦距物镜的通光孔径出瞳直径视场光阑直径目镜的视场角镜目距目镜的通光孔径视度调节量7/24/2022831、只包括物镜和目镜的望远系统计算一个镜筒长L=f1+f2=250mm，放大率= -24，视场角2=140的刻普勒望远镜的外形尺寸。（一） 求物镜和目镜的焦距7/24/202284（二）求物镜的通光孔径物镜的口径取决于分辨率的要求，若使物镜的分辨率与放大率相适应，可根据望远镜的口径与放大率关系式D1/2.3求出D1,只是为了减轻眼睛的负担,才取物镜的口径D1=1.5=36mm（三）求出瞳直径7/24/202285（四）视场光阑的直径D3（五）求目镜的视场角2 （六）求出瞳距lz 7/24/202286（七）求目镜的口径D2 （八）目镜的视度调节 （九）选取物镜和目镜的结