应用光学第九章-望远镜和显微镜

1、hubble space telescope第九章望远镜和显微镜主要研究内容技术要求光学系统原理图优化系统的结构参数初步设计像差设计光学系统设计的流程图9-1 望远镜的光学性能和技术条件光学性能视放大率 - 视场角 - 2出曈直径 D出曈距离 lz技术条件分辨率 - 视差角 - 其他要求 军用 - 外形、体积和重量双眼仪器 光轴平行性、相对像倾斜视放大率的初步确定 仪器的精度观察仪器 仪器的分辨角瞄准仪器 瞄准误差（与瞄准方式有关） 压线瞄准 对线、双线、叉线瞄准测距仪器 测距误差视放大率 - 视放大率与其他因素之间的关系与仪器体积、重量的关系与视场2的关系 仪器的使用条件视放大率 - 视放大

2、率与其他因素之间的关系望远镜的有效放大率一定的物镜口径条件下，仪器的衍射分辨率已定，无限度地提高视觉放大率也是无意义的。符合上述关系的视放大率称为望远镜的有效放大率。视放大率 - 视场角与视放大率必须同时考虑对于一定视场角的目镜，望远镜的视场与视放大率成反比。常用目镜的视场角2约为40o70o。对于双眼仪器，要考虑两目镜之间的最小瞳孔间隔。视场角 - 2和出曈直径直接相关的是仪器的主观量度仪器的出曈直径应该不小于人眼的瞳孔直径。出曈直径还间接与仪器的衍射分辨率有关仪器使用条件对出曈直径有要求。出曈直径 D一般的仪器出曈距离不小于6mm军用仪器出曈距离不小于20mm武器上的瞄准镜，出曈距离可达数

3、十毫米。出曈距离 lz9-2 望远镜的物镜物镜的光学特性：焦距、相对孔径和视场焦距相对孔径视场常用望远镜物镜的种类折射式望远物镜两片镜组、三片镜组、摄远物镜等反射式望远物镜牛顿系统、格里高里系统、卡塞格林系统等折反射式望远物镜施米特物镜、马克苏托夫物镜、同心系统等常用折射式望远物镜的结构和光学特性双胶物镜视场：一般不超过8o 10o相对孔径：与焦距有关。一般最大口径不超过100mm。优点：结构简单，安装方便，光能损失小。常用折射式望远物镜的结构和光学特性双单和单双物镜适用于大相对孔径望远物镜，其相对孔径可达1：2常用折射式望远物镜的结构和光学特性摄远物镜系统的总长度小于物镜的焦距，可缩短仪器的

4、外形尺寸能增加视场相对孔径较小反射式望远物镜大口径望远镜均采用反射式物镜。优点：完全没有色差可以在紫外到红外很大波长范围内工作反射镜的材料比透镜的材料容易制造，特别对大口径零件缺点加工精度要求高常用反射式望远物镜的结构和光学特性牛顿系统一个抛物面和一块与光轴成45o的平面反射镜构成常用反射式望远物镜的结构和光学特性格里高里系统一个抛物面主镜和一个椭球面副镜构成成正像；系统较长常用反射式望远物镜的结构和光学特性卡塞格林系统一个抛物面主镜和一个双曲面副镜构成成倒像系统长度短视场可扩大Hubble Space Telescope Hubble Space Telescope Hubble Space

5、 Telescope9-3 望远镜的目镜目镜的光学特性：像方视场角、相对出曈距离和工作距离像方视场角目前，提高望远镜的视觉放大率和视场主要是受到目镜视场的限制。一般目镜的视场为40o50o。相对出曈距离 目镜的出曈距离和目镜焦距之比。目镜的相对出曈距离直接影响仪器的外形尺寸。目镜的相对出曈距离影响目镜的结构。一般目镜的相对出曈距离为0.50.8。工作距离 目镜第一面顶点到物方焦平面的距离。对于有分划板的望远镜，为了保证在调负视度时目镜的第一面不至于与分划板相碰，要求目镜的工作距离大于目镜的视度调节所需要的最大轴向移动量。 望远目镜目镜的球差与轴向色差一般比较小目镜主要校正与视场有关的像差：慧差

6、、像散、场曲、畸变和垂轴色差对于目镜的光阑球差有一定的要求光阑球差就是孔径光阑经过其后方的光学系统成像时的球差常用望远目镜的型式和光学特性惠更斯目镜视场角2=40o50o相对出曈距lz/f =1/4焦距不小于15mm天文望远镜常采用惠更斯目镜常用望远目镜的型式和光学特性冉斯登目镜场镜向接目镜移近，使物镜的像平面移出目镜，可以设置分划板视场角2=30o40o相对出曈距lz/f =1/3大地测量仪器常采用冉斯登目镜，一般用作测量和读数。常用望远目镜的型式和光学特性凯涅尔目镜由场镜和双胶合接目镜组成，像质优于冉斯登目镜。视场角2=45o50o相对出曈距lz/f =1/2常用望远目镜的型式和光学特性无

7、畸变目镜无畸变目镜并非完全校正了畸变，只是畸变小些，如在40o视场时的相对畸变为3%4% 视场角2=48o相对出曈距lz/f =3/4适用于测量仪器常用望远目镜的型式和光学特性长出曈距目镜视场角2=40o相对出曈距lz/f =1.37适用于军用仪器 除此之外，还有对称目镜，广角目镜，超广角目镜等。目镜的型式较多，设计时，在满足光学特性要求时，要兼顾成像质量和结构的简单化。9-4 望远镜的外形尺寸计算根据光学特性和外形、体积等要求，拟定光学系统的结构原理图。系统采用几个透镜组，成像关系，各光学零件的大体位置确定每个透镜组的光学特性焦距、相对孔径和视场角选择系统的成像光束位置，计算每个透镜的通光口

8、径根据成像质量和光学特性的要求，选定系统中每个透镜组的型式。设计实例：简单的开普勒望远系统设计一个开普勒系统。镜筒长度175mm视觉放大率-6x视场角7o出瞳直径4mm9-5 显微镜概述和显微镜的光学性能按照用途分类生物显微镜金相显微镜工具显微镜按照照明方式分类透射式照明、反射式照明视场照明、暗视场照明显微技术的发展显微镜的光学性能视觉放大率线视场出瞳直径出瞳距离工作距离视觉放大率有效视觉放大率线视场被观察物体的最大尺寸，表征显微镜的观察范围。显微镜线视场取决于放在目镜前焦面上的视场光阑的大小出瞳直径与出瞳距离通常显微镜出瞳直径较小，一般小于眼瞳的直径。出瞳距离一般在10mm以上。工作距离物镜第一个表面顶点到被测物件的距离。它与物镜的倍率和数值孔径密切相关。 小数值孔径的物镜：1517mm 大数值孔径的物镜：0.10.06mm9-6 显微镜的物镜显微物镜的主要光学特性： 数值孔径和垂轴放大率显微镜的放大率大约在2.5100范围内，数值孔径NA随放大率增大而增大。由双胶合物镜组成 = 36 NA = 0.10.15 低倍物镜由两组双胶合透镜组成，称为里斯特物镜 = 810 NA = 0.250.3 中倍物镜高倍物镜在里斯特物镜前加一半球透镜，其第二面为齐明面。这种物镜称作“阿米西”物镜 = 40 NA =