應(yīng)用光學(xué)2006(第九章)-3

1、2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所1四、顯微系統(tǒng)的物鏡四、顯微系統(tǒng)的物鏡（一）顯微物鏡的特點(diǎn)（一）顯微物鏡的特點(diǎn)v在選用或設(shè)計(jì)顯微物鏡時所考慮的光學(xué)性能主要有：在選用或設(shè)計(jì)顯微物鏡時所考慮的光學(xué)性能主要有：v數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑v放大率放大率vNA的大小直接影響分辨本領(lǐng)和成像亮度，它是物鏡的的大小直接影響分辨本領(lǐng)和成像亮度，它是物鏡的 主要性能指標(biāo)。主要性能指標(biāo)。v對于不同倍率的物鏡，像方視場對于不同倍率的物鏡，像方視場2y為一定值，所以高為一定值，所以高倍物鏡視場小。倍物鏡視場小。l lmaxUsinnNA yy22v線視場線視場2022-3-3哈工大光

2、電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所2精密測測量用的顯顯微物鏡鏡就有以下特點(diǎn)： 1、在滿足一定瞄準(zhǔn)和讀數(shù)精度的條件下，物鏡放大率一、在滿足一定瞄準(zhǔn)和讀數(shù)精度的條件下，物鏡放大率一般不高，約在般不高，約在1x10 x之間；之間；v2、物鏡的放大率要求嚴(yán)格準(zhǔn)確，允差、物鏡的放大率要求嚴(yán)格準(zhǔn)確，允差0.050.1%；v6、為了減小物鏡有視差引起的放大率誤差，孔徑光闌、為了減小物鏡有視差引起的放大率誤差，孔徑光闌設(shè)置在物鏡的像方焦平面上，構(gòu)成設(shè)置在物鏡的像方焦平面上，構(gòu)成物方遠(yuǎn)心光路物方遠(yuǎn)心光路。v3、工作距離和線視場都較大，以滿足觀測一定大小零、工作距離和線視場都較大，以滿足觀測一定

3、大小零 件的要求；件的要求；v4、在校正軸上像差時，也要校正軸外像差，像質(zhì)要求、在校正軸上像差時，也要校正軸外像差，像質(zhì)要求 較高；較高；v5、物鏡的數(shù)值孔徑較?。?、物鏡的數(shù)值孔徑較?。ㄗ畛Ｓ米畛Ｓ肗A=0.1)；為了保證像；為了保證像的照度，照明系統(tǒng)的光源常用低電壓、小功率、高亮度的的照度，照明系統(tǒng)的光源常用低電壓、小功率、高亮度的2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所3（二）顯顯微物鏡鏡顯微物鏡根據(jù)用途不同分為：顯微物鏡根據(jù)用途不同分為：v消色差顯微物鏡消色差顯微物鏡v復(fù)消色差物鏡復(fù)消色差物鏡v平場消色差物鏡平場消色差物鏡v40X0.95復(fù)消色顯微物鏡

4、復(fù)消色顯微物鏡v普通顯微物鏡大多數(shù)屬于消色差型，只需校正球差、普通顯微物鏡大多數(shù)屬于消色差型，只需校正球差、正弦差、軸向色差即可，但邊緣像質(zhì)較差。正弦差、軸向色差即可，但邊緣像質(zhì)較差。v平場復(fù)消色差物鏡平場復(fù)消色差物鏡v40X0.85平場復(fù)消色顯微物鏡平場復(fù)消色顯微物鏡v折反射顯微物鏡折反射顯微物鏡2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所4按數(shù)值數(shù)值孔徑徑NA的大小由四種種型式1、雙膠雙膠型 =15x NA=0.10.15v 2、李斯特型、李斯特型 =820 x NA=0.250.30v 3、阿米西型、阿米西型 =2540 x NA=0.400.65v 4、

5、阿貝油浸型阿貝油浸型 =90100 x NA=1.251.402022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所5精密測測量中的顯顯微鏡鏡，使用高倍物鏡鏡的不多。一般均采用低倍和中倍物鏡鏡；但要求平像場場；所以與與同倍其它它物鏡鏡相比，其結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜較復(fù)雜。v下圖是工具顯微鏡下圖是工具顯微鏡1X物鏡的兩種結(jié)構(gòu)。視場物鏡的兩種結(jié)構(gòu)。視場20mm，工作距離，工作距離80mm，數(shù)值孔徑，數(shù)值孔徑0.03。孔徑光闌孔徑光闌孔徑光闌孔徑光闌v下圖是工具顯微鏡下圖是工具顯微鏡3X及及5X物鏡的結(jié)構(gòu)。視場分別為物鏡的結(jié)構(gòu)。視場分別為6.7mm和和4mm，工作距離，工作距離8

6、0mm和和53mm，數(shù)值孔徑，數(shù)值孔徑0.09和和0.15。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所6下圖圖是工具顯顯微鏡鏡10X物鏡鏡的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。視場視場2mm，工作距離20mm，數(shù)值數(shù)值孔徑徑0.16。下圖圖是工具顯顯微鏡鏡40X物鏡鏡的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。視場視場0.5mm，工作距離10.5mm，數(shù)值數(shù)值孔徑徑0.35。孔徑光闌孔徑光闌2022-3-379-6 望遠(yuǎn)系統(tǒng)（3-3、 9-1、 9-2 ）一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的一般性質(zhì)一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的一般性質(zhì)物鏡（入瞳）視場光闌目鏡出瞳F1F2物鏡的像方焦點(diǎn)應(yīng)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合，物鏡的像方焦點(diǎn)應(yīng)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合，光光學(xué)間

7、隔學(xué)間隔=0。 使入射的平行光束仍能保持平行地射出的光學(xué)使入射的平行光束仍能保持平行地射出的光學(xué)系統(tǒng)系統(tǒng)稱為稱為望遠(yuǎn)系統(tǒng)或望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)系統(tǒng)或望遠(yuǎn)鏡。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所8 fD.D f.r2212211暗按照夫瑯和費(fèi)衍射理論，無限遠(yuǎn)的發(fā)光點(diǎn)在望遠(yuǎn)按照夫瑯和費(fèi)衍射理論，無限遠(yuǎn)的發(fā)光點(diǎn)在望遠(yuǎn)系統(tǒng)焦平面上所形成的衍射圖樣，其第一暗環(huán)的系統(tǒng)焦平面上所形成的衍射圖樣，其第一暗環(huán)的半徑（即愛里斑半徑）可表示為半徑（即愛里斑半徑）可表示為 式中，式中，波長，波長，D入射光瞳直徑。入射光瞳直徑。對望遠(yuǎn)物鏡，其出瞳與入瞳可認(rèn)為與物鏡重合。對望遠(yuǎn)物鏡，其出瞳與

8、入瞳可認(rèn)為與物鏡重合。D/f可認(rèn)為是物鏡的可認(rèn)為是物鏡的相對孔徑相對孔徑。物鏡的分辨本領(lǐng)決定于它的相對孔徑。物鏡的分辨本領(lǐng)決定于它的相對孔徑。望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率是以遠(yuǎn)處能分辨的兩點(diǎn)對物鏡入瞳望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率是以遠(yuǎn)處能分辨的兩點(diǎn)對物鏡入瞳中心的張角中心的張角來表示的，稱為來表示的，稱為最小分辨角最小分辨角。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所9與愛里斑半徑之間有如下關(guān)系：與愛里斑半徑之間有如下關(guān)系： f/r1暗)rad(D.221)s(DD.1402062650005550221將將r暗暗1公式公式代入上式中得代入上式中得現(xiàn)以人眼最靈敏的波長現(xiàn)以人眼最靈敏的

9、波長=550nm代入，得到代入，得到可見，以最小分辨角來表示望遠(yuǎn)物鏡的分辨率時，可見，以最小分辨角來表示望遠(yuǎn)物鏡的分辨率時，它僅決定于物鏡的孔徑（入瞳直徑）。它僅決定于物鏡的孔徑（入瞳直徑）。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所10對于目視系統(tǒng)來說有意義的是對于目視系統(tǒng)來說有意義的是視角放大率視角放大率fftgtgtgtg210即通過望遠(yuǎn)鏡觀察時，物體的像對眼睛視角即通過望遠(yuǎn)鏡觀察時，物體的像對眼睛視角的的正切與眼睛直接觀察該物體時的視角正切與眼睛直接觀察該物體時的視角0 正切之正切之比。比。由于物體到眼睛的距離相對于望遠(yuǎn)鏡的長度來說由于物體到眼睛的距離

10、相對于望遠(yuǎn)鏡的長度來說要大得多，要大得多，0與物體對入射光瞳中心的張角與物體對入射光瞳中心的張角可可認(rèn)為相等認(rèn)為相等因此望遠(yuǎn)鏡的視角放大率以因此望遠(yuǎn)鏡的視角放大率以表示，與望遠(yuǎn)鏡的表示，與望遠(yuǎn)鏡的角放大率角放大率相同，即相同，即2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所11fDfD2122DD1由于垂軸放大率由于垂軸放大率為常數(shù)（因?yàn)闉槌?shù)（因?yàn)?）即可）即可用出瞳直徑用出瞳直徑D和入瞳直徑和入瞳直徑D之比表示，所以之比表示，所以視角放大率視角放大率僅僅僅僅取決于望遠(yuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)取決于望遠(yuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。嚴(yán)格來說，望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該用來觀察無限遠(yuǎn)物體。嚴(yán)格來說，望遠(yuǎn)

11、鏡應(yīng)該用來觀察無限遠(yuǎn)物體。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所12但實(shí)際實(shí)際上，由于人眼能從從無限遠(yuǎn)遠(yuǎn)至明視視距離的范圍內(nèi)圍內(nèi)自由地調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)，故人眼通過過望遠(yuǎn)鏡觀遠(yuǎn)鏡觀察物空間間時時的對應(yīng)對應(yīng)量，可用下式表示： xx2式中式中 x 像至目鏡像方焦點(diǎn)的距離。像至目鏡像方焦點(diǎn)的距離。 x 物體至物鏡物方焦面的距離；物體至物鏡物方焦面的距離；在實(shí)際設(shè)計(jì)中，確定視角放大率要考慮許多因在實(shí)際設(shè)計(jì)中，確定視角放大率要考慮許多因素，其中包括素，其中包括儀器的精度要求儀器的精度要求、目鏡的結(jié)構(gòu)型目鏡的結(jié)構(gòu)型式式、望遠(yuǎn)鏡的視場角望遠(yuǎn)鏡的視場角、儀器的結(jié)構(gòu)尺寸儀器的結(jié)構(gòu)尺寸

12、等等。等等。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所1360表示表示觀測儀器觀測儀器精度的指標(biāo)精度的指標(biāo)是它的是它的最小分辨角最小分辨角。若以若以60作為人眼的分辨極限，為使望遠(yuǎn)鏡所能作為人眼的分辨極限，為使望遠(yuǎn)鏡所能分辨的細(xì)節(jié)也能被人眼分辨即分辨的細(xì)節(jié)也能被人眼分辨即達(dá)到了充分利用達(dá)到了充分利用望遠(yuǎn)鏡分辨率的目的望遠(yuǎn)鏡分辨率的目的望遠(yuǎn)鏡的視角放大率應(yīng)與其最小分辨角望遠(yuǎn)鏡的視角放大率應(yīng)與其最小分辨角有有如下關(guān)系：如下關(guān)系：2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所14把望遠(yuǎn)鏡的最小分辨角公式代入上式中得：把望遠(yuǎn)鏡的最小分辨角

13、公式代入上式中得：3214060.DD這就是望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該具備的這就是望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該具備的最小視角放大率最小視角放大率。也是也是正常放大率正常放大率。為了減輕操作人員的疲勞，設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)系統(tǒng)時為了減輕操作人員的疲勞，設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)系統(tǒng)時應(yīng)用大于正常分辨率的工作分辨率來作為望應(yīng)用大于正常分辨率的工作分辨率來作為望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視角放大率。遠(yuǎn)系統(tǒng)的視角放大率。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所156010工作放大率工作放大率常常為正常放大率為正常放大率的的1.53倍倍。若取若取2.3倍，則倍，則=D。在瞄準(zhǔn)儀器中，儀器的精度用在瞄準(zhǔn)儀器中，儀器的精度用瞄準(zhǔn)誤差瞄準(zhǔn)誤差來來表示，它

14、與瞄準(zhǔn)方式有關(guān)。表示，它與瞄準(zhǔn)方式有關(guān)。若是若是壓線瞄準(zhǔn)壓線瞄準(zhǔn)時：時：若是若是對線、雙線對線、雙線或或叉線瞄準(zhǔn)叉線瞄準(zhǔn)時：時：由此可見，望遠(yuǎn)鏡的視角放大率越大，其測由此可見，望遠(yuǎn)鏡的視角放大率越大，其測量精度越高。量精度越高。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所16二、伽利略望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡和開開普勒望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡是由物鏡鏡和負(fù)負(fù)目鏡鏡按光學(xué)間學(xué)間隔=0=0的方式組組合而成。F1F2出瞳df1df1,具有筒長短、體積小、重量輕等特點(diǎn)；具有筒長短、體積小、重量輕等特點(diǎn)；這種望遠(yuǎn)鏡這種望遠(yuǎn)鏡沒有中間實(shí)像面沒有中間實(shí)像面，無法安置分劃板無法安置分劃板，

15、不能直接作為瞄準(zhǔn)和精確定位之用。不能直接作為瞄準(zhǔn)和精確定位之用。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所17上面的光路圖圖是在不考慮慮眼瞳作用時時，伽利略望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡的物鏡鏡框就是整個個系統(tǒng)統(tǒng)的入射光瞳。F1，F(xiàn)2O1O2P物鏡（入窗、視場光闌）目鏡眼瞳（出瞳、孔徑光闌）入瞳出窗由于眼瞳無法與之重合，所以軸外光束中有一部由于眼瞳無法與之重合，所以軸外光束中有一部分光線不能進(jìn)入眼眶，而產(chǎn)生攔光現(xiàn)象。分光線不能進(jìn)入眼眶，而產(chǎn)生攔光現(xiàn)象。若把若把眼瞳眼瞳也作為一個也作為一個光孔光孔來考慮，它就是整個系來考慮，它就是整個系統(tǒng)的統(tǒng)的出射光瞳出射光瞳，也是，也是孔徑光闌孔

16、徑光闌。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所18F1，F(xiàn)2O1O2P物鏡（入窗、視場光闌）目鏡眼瞳（出瞳、孔徑光闌）入瞳出窗該光闌被目鏡和物鏡所成的像位于眼瞳之后，該光闌被目鏡和物鏡所成的像位于眼瞳之后，是一個放大的虛像，這就是系統(tǒng)的入射光瞳。是一個放大的虛像，這就是系統(tǒng)的入射光瞳。這時伽利略望遠(yuǎn)鏡的視場光闌為物鏡框，被這時伽利略望遠(yuǎn)鏡的視場光闌為物鏡框，被目鏡所成的像位于物鏡和目鏡之間，就是系目鏡所成的像位于物鏡和目鏡之間，就是系統(tǒng)的出射窗。統(tǒng)的出射窗。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所19入瞳中心對對入窗的張

17、張角即系統(tǒng)統(tǒng)的視視角2，眼瞳的位置和系，眼瞳的位置和系統(tǒng)的放大率都影響著實(shí)際視場的大小統(tǒng)的放大率都影響著實(shí)際視場的大小F1，F(xiàn)2O1O2P物鏡（入窗、視場光闌）目鏡眼瞳（出瞳、孔徑光闌）入瞳出窗DlLlp 入窗并不與物體重合，使軸外點(diǎn)光束產(chǎn)生漸暈。入窗并不與物體重合，使軸外點(diǎn)光束產(chǎn)生漸暈。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所20F1，F(xiàn)2O1O2P物鏡（入窗、視場光闌）目鏡眼瞳（出瞳、孔徑光闌）入瞳出窗DlLlplLDlDtgp22伽利略望遠(yuǎn)鏡的視場角伽利略望遠(yuǎn)鏡的視場角、物鏡直徑、物鏡直徑D、眼瞳位、眼瞳位置置lp以及系統(tǒng)的放大率以及系統(tǒng)的放大率之間有

18、如下的關(guān)系：之間有如下的關(guān)系：2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所21說說明，伽利略望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡在物鏡鏡口徑徑一定時時，倍率越高，視場視場越小。 伽利略就是利用這種望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了木星的衛(wèi)星。伽利略就是利用這種望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了木星的衛(wèi)星。 這種結(jié)構(gòu)的望遠(yuǎn)鏡多被采用為激光的發(fā)射系這種結(jié)構(gòu)的望遠(yuǎn)鏡多被采用為激光的發(fā)射系統(tǒng)，做為激光準(zhǔn)直儀的一個組成部分。統(tǒng)，做為激光準(zhǔn)直儀的一個組成部分。 開普勒望遠(yuǎn)鏡是在開普勒望遠(yuǎn)鏡是在1611年在開普勒的光學(xué)術(shù)年在開普勒的光學(xué)術(shù)中介紹的。中介紹的。 開普勒望遠(yuǎn)鏡的物鏡和目鏡都是正透鏡，這樣開普勒望遠(yuǎn)鏡的物鏡和目鏡都是正透鏡，這樣就克服

19、了伽利略望遠(yuǎn)鏡中間沒有實(shí)像的缺點(diǎn)。就克服了伽利略望遠(yuǎn)鏡中間沒有實(shí)像的缺點(diǎn)。 因?yàn)樽詈蟪傻瓜?，系統(tǒng)需要考慮轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的安因?yàn)樽詈蟪傻瓜瘢到y(tǒng)需要考慮轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的安置以便正像，結(jié)構(gòu)上要比伽利略望遠(yuǎn)鏡復(fù)雜。置以便正像，結(jié)構(gòu)上要比伽利略望遠(yuǎn)鏡復(fù)雜。 這樣就具備了測量和瞄準(zhǔn)的條件。這樣就具備了測量和瞄準(zhǔn)的條件。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所22下圖為開圖為開普勒望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡的光路圖圖：物鏡（入瞳）目鏡視場光闌出瞳被目鏡攔掉部分v目鏡的口徑如果足夠大，開普勒望遠(yuǎn)鏡中的光束將目鏡的口徑如果足夠大，開普勒望遠(yuǎn)鏡中的光束將沒有漸暈現(xiàn)象。沒有漸暈現(xiàn)象。2022-3-3哈工大

20、光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所23出瞳直徑徑D和出瞳距p出瞳直徑徑是望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡的一項(xiàng)項(xiàng)重要性能指標(biāo)標(biāo)出瞳直徑徑的確定如下：望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡的主觀觀亮度決決定于出瞳面上的發(fā)發(fā)光強(qiáng)度發(fā)發(fā)光強(qiáng)度與與出瞳直徑徑的平方成正比出瞳直徑徑的平方之稱為稱為“光強(qiáng)度”或“光力”決決定了望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡射出的光能的大小從從景深角度考慮慮，出瞳直徑徑越大，景深越小2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所24出瞳距使出瞳到目鏡鏡最后一面透鏡頂鏡頂點(diǎn)的距離當(dāng)當(dāng)出瞳滿滿足定義義要求，出瞳距應(yīng)應(yīng)考慮慮到人眼觀觀察的特點(diǎn)和使用情況況，一般不小于6mm。視場視場角望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡物方視

21、場視場用系統(tǒng)統(tǒng)的視場視場角表示光學(xué)長學(xué)長度望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡物鏡鏡和目鏡鏡焦距之和為為光學(xué)長學(xué)長度2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所25轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)統(tǒng)和場鏡場鏡刻普勒望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡需要正像，在系統(tǒng)內(nèi)統(tǒng)內(nèi)安放轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)像系統(tǒng)統(tǒng)作用是正像和系統(tǒng)統(tǒng)加長長轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)像有單組轉(zhuǎn)單組轉(zhuǎn)像和雙組轉(zhuǎn)雙組轉(zhuǎn)像加上轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)像系統(tǒng)統(tǒng)后，物鏡鏡的像方焦平面和目鏡鏡的物方焦平面是分開開的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)像的物面是物鏡鏡的像方焦平面，其像面是目鏡鏡的物方焦平面增加了光學(xué)長學(xué)長度2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所26F1F22022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測

22、控技術(shù)與裝備研究所27場鏡場鏡具有轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)像系統(tǒng)統(tǒng)的光學(xué)學(xué)系統(tǒng)統(tǒng)，為為使通過過物鏡鏡后的軸軸外光束折向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)像系統(tǒng)統(tǒng)，減減少轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)像系統(tǒng)統(tǒng)的橫橫向尺寸在物鏡鏡的像平面上或附近增設(shè)設(shè)一塊塊透鏡鏡稱為稱為場鏡場鏡像與與主平面重合，放大率為為1根據(jù)像差理論論知：場鏡場鏡不產(chǎn)產(chǎn)生球差、彗差、像散和色散，只產(chǎn)產(chǎn)生小的場場曲和畸變變2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所28三、望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡的物鏡鏡望遠(yuǎn)遠(yuǎn)物鏡鏡的光學(xué)學(xué)特性都用相對對孔徑徑D/f 、焦距f 和視場視場角2表示。表示。v物鏡的這些性能參數(shù)決定了它的分辨能力、像的亮度和物鏡的這些性能參數(shù)決定了它的分辨能力、像的亮度和結(jié)

23、構(gòu)的尺寸。結(jié)構(gòu)的尺寸。v望遠(yuǎn)物鏡可分為三種結(jié)構(gòu)型式：即折射式、反射式和折望遠(yuǎn)物鏡可分為三種結(jié)構(gòu)型式：即折射式、反射式和折反射式望遠(yuǎn)物鏡。反射式望遠(yuǎn)物鏡。v（一）折射式望遠(yuǎn)物鏡（一）折射式望遠(yuǎn)物鏡v(1)雙膠合物鏡：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，光能損失少。雙膠合物鏡：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，光能損失少。可以同時校正球差、正弦差和色差?？梢酝瑫r校正球差、正弦差和色差。v因?yàn)槟z合面上產(chǎn)生比較大的正高級球差，相對孔徑要因?yàn)槟z合面上產(chǎn)生比較大的正高級球差，相對孔徑要受到限制。受到限制。v這種物鏡不能校正軸外像差，所以視場角這種物鏡不能校正軸外像差，所以視場角2不得超過不得超過810。2022-3-3哈工大光電測控技

24、術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所29（2）雙雙分離物鏡鏡與雙膠與雙膠合物鏡鏡相比，其可以在更大的范圍內(nèi)選擇圍內(nèi)選擇玻璃對對，使球差、色差和正弦差同時時得到校正，只是裝配校正比較較困難難。（3）三分離物鏡）三分離物鏡v將雙分離物鏡中的正透鏡一分為二。將雙分離物鏡中的正透鏡一分為二。v透鏡的彎曲比較自由，可以使之成為校正色球差的有力透鏡的彎曲比較自由，可以使之成為校正色球差的有力形狀。形狀。v用光學(xué)零件位置的變化，實(shí)現(xiàn)調(diào)焦作用的光學(xué)系統(tǒng)稱為用光學(xué)零件位置的變化，實(shí)現(xiàn)調(diào)焦作用的光學(xué)系統(tǒng)稱為調(diào)焦系統(tǒng)。調(diào)焦系統(tǒng)。（4）內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)物鏡）內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)物鏡v調(diào)焦系統(tǒng)分為外調(diào)焦和內(nèi)調(diào)焦。調(diào)焦系統(tǒng)分為外

25、調(diào)焦和內(nèi)調(diào)焦。v若以目鏡相對于物鏡的位置變化實(shí)現(xiàn)調(diào)焦稱外調(diào)焦系統(tǒng)。若以目鏡相對于物鏡的位置變化實(shí)現(xiàn)調(diào)焦稱外調(diào)焦系統(tǒng)。v外調(diào)焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，像質(zhì)也比較好。但外形尺外調(diào)焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，像質(zhì)也比較好。但外形尺寸較大，密封性能很差。寸較大，密封性能很差。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所30當(dāng)當(dāng)物體在有限遠(yuǎn)時遠(yuǎn)時，移動動物鏡鏡中的一塊負(fù)塊負(fù)透鏡鏡，使物鏡鏡所成的像仍然在固定的分劃劃板處處。這種這種系統(tǒng)統(tǒng)就稱為內(nèi)調(diào)稱為內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)統(tǒng)。該該系統(tǒng)統(tǒng)尺寸小，攜帶帶方便，密封性能好，在大堤測測量儀儀器中多采用此光路物鏡分劃板目鏡2022-3-3哈工大光電測控技

26、術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所31（二）反射式望遠(yuǎn)遠(yuǎn)物鏡鏡天文望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡常用反射式物鏡鏡。v目前，多采用雙反射系統(tǒng)來做為天文望遠(yuǎn)鏡的物鏡。目前，多采用雙反射系統(tǒng)來做為天文望遠(yuǎn)鏡的物鏡。v比較著名的雙反射系統(tǒng)由兩種：卡塞格林系統(tǒng)和格列果比較著名的雙反射系統(tǒng)由兩種：卡塞格林系統(tǒng)和格列果里系統(tǒng)。里系統(tǒng)。v卡塞格林系統(tǒng)是由兩個反射鏡組成，主鏡是拋物面，副卡塞格林系統(tǒng)是由兩個反射鏡組成，主鏡是拋物面，副鏡是雙曲面，所成的是倒像，這種結(jié)構(gòu)的筒長比較短。鏡是雙曲面，所成的是倒像，這種結(jié)構(gòu)的筒長比較短。主鏡副鏡F2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所32格列

27、果里系統(tǒng)統(tǒng)也是有兩個兩個反射面組組成，主鏡鏡仍為為拋物面，副鏡鏡改為橢為橢球面，所成的像正像,這種結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的筒長長比較長較長。（三）折反射系統(tǒng)統(tǒng)F主鏡副鏡反射系統(tǒng)對軸外像差的校正是很困難的。反射系統(tǒng)對軸外像差的校正是很困難的。理想的折反射系統(tǒng)中反射鏡應(yīng)該是非球面型的，但加工理想的折反射系統(tǒng)中反射鏡應(yīng)該是非球面型的，但加工比較困難。比較困難。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所33折反射型望遠(yuǎn)遠(yuǎn)物鏡鏡比較較典型的有施密特物鏡鏡和馬馬克蘇蘇托夫物鏡鏡施密特物鏡鏡由球面主鏡鏡和施密特校正板組組成。v非球面的面型能夠使中央的光束略有會聚，而使邊緣非球面的面型

28、能夠使中央的光束略有會聚，而使邊緣的光束略有發(fā)散，這樣球差得到很好校正。的光束略有發(fā)散，這樣球差得到很好校正。v校正板是個透射元件，其中一個面是平面，另一個面是校正板是個透射元件，其中一個面是平面，另一個面是非球面。非球面。F施密特校正板2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所34馬馬克蘇蘇托夫物鏡鏡由球面主鏡鏡和副彎彎月型厚透鏡組鏡組成。彎彎月形厚透鏡鏡的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)若滿滿足下面條條件就可以不產(chǎn)產(chǎn)生色差，所以可用它來補(bǔ)償它來補(bǔ)償主鏡產(chǎn)鏡產(chǎn)生的球差dnnrr22121dr2r1F2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所35四、

29、目鏡鏡目鏡鏡是望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)鏡和顯顯微鏡鏡的重要組組成部分。 目鏡的光學(xué)特性由它的視場角目鏡的光學(xué)特性由它的視場角2、焦距、焦距 f、相對鏡目距、相對鏡目距p/f和工作距和工作距l(xiāng)2來決定。來決定。p是像空間近點(diǎn)到出瞳的距離。是像空間近點(diǎn)到出瞳的距離。目鏡的工作距目鏡的工作距l(xiāng)2是目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的軸向距離。是目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的軸向距離。目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)。目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)。目鏡的這些光學(xué)特性決定了目鏡的像差特性：它的軸上點(diǎn)目鏡的這些光學(xué)特性決定了目鏡的像差特性：它的軸上點(diǎn)像差不大。像差不大。目前，常用的望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的目鏡有惠更斯目鏡、冉斯目前，常用的望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的目鏡有惠更斯目鏡、冉斯登（登（Ramsden)目鏡、凱涅爾目鏡、凱涅爾(Kellner)目鏡、對稱目鏡、目鏡、對稱目鏡、無畸變目鏡、廣角目鏡等等。無畸變目鏡、廣角目鏡等等。2022-3-3哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所哈工大光電測控技術(shù)與裝備研究所361、惠更斯目鏡鏡和冉斯登目鏡鏡惠更斯目鏡鏡由兩塊兩塊平凸透鏡組鏡組成，其間間隔為為d。v場鏡所產(chǎn)生的軸外差很大，很難予以補(bǔ)償。所以該目鏡場鏡所產(chǎn)生的軸外差很大，很難予以補(bǔ)償。所以該目鏡結(jié)構(gòu)不宜在視場光闌平面上