光學(xué)基礎(chǔ)之光學(xué)系統(tǒng)遠心物鏡、遠距物鏡、反遠距物鏡及畸變物鏡知識介紹

1、1.1.5遠心物鏡在測量系統(tǒng)中，物距常發(fā)生變化，從而使像高發(fā)生變化，所以測得的物體尺寸也發(fā)生變化，即產(chǎn)生了測量誤差；另一方面，即使物距是固定的，也會因為CCD敏感表面不易精確調(diào)整在像平面上，同樣親會產(chǎn)生測量誤差。為了解決上述問題，可以采用遠心物鏡。其中像方遠心物鏡可以消除物距變化帶來的測量誤差,而物方遠心物鏡則可以消除CCD位置不準帶來的測量誤差。1）物方遠心物鏡物方遠心物鏡是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的像方焦平面上，圖1.123示出，當(dāng)孔徑光闌放在像方焦平面上時，即使物距發(fā)生改變，像距也發(fā)生改變，但像高并沒有發(fā)生改變,即測得的物體尺寸不會變化；圖1.124清楚地顯示出物方遠心光路的原理，其中孔

2、徑光闌位于像方焦面上，物方主光線平行于光軸。如果物體B1B2正確地位于與CCD表面M共軛的位置A上，那么它在CCD表面上的像為MM2。如果由于物距改變，物體B1B2不在位置A1而在位置A2，那么它的像BIB：偏離CCD表面，B和Bl點在CCD表面上投影為一個彌散斑，其中心仍為M1和M2點，按此投影像讀出的長度仍為M2M。這就是說，上述物距改變并不影響測量精度。0-)圖1232）像方遠心光路像方遠心光路是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的物方焦平面上，而像方的主光線平行于光軸。如圖1.125所示。如果物體B1B2的像BIB：不與CCD表面M重合，則在CCD表面M上得到的是BIB；的投影像，其散斑中心距離

3、M1M2=B1B2。因此，不管CCD表面M是否和BIB；相重合，它和標尺所對應(yīng)的長度總是B1B2，所以沒有測量誤差。Bf圖124圖1.125像方遠心光路1.1.6遠距物鏡遠距物鏡是一種焦距很長而鏡筒較短的物鏡，從物鏡前表面到像平面的距離小于焦距，這對于長焦距物鏡來說，有利于縮短物鏡的軸向尺寸。遠距型結(jié)構(gòu)采取正負光焦度分離的型式，正光焦度的透鏡組在前，負光焦度的透鏡組在后，如圖1.126所示。整個系統(tǒng)的主面移出物鏡之外，使得物鏡的筒長一物鏡前表面到焦面的距離小于焦距，從而縮小了物鏡的結(jié)構(gòu)尺寸。在這里，筒長與焦距之比L/F稱為遠距比。遠距比是遠距物鏡的重要指標，通常遠距比小于1,并且越小越好。按照

4、上述原理構(gòu)成的遠距物鏡，結(jié)構(gòu)型式是各種各樣的，尤其是前組，由于負擔(dān)較大的光焦度，結(jié)構(gòu)一般要比后組復(fù)雜。圖1.126遠距物鏡的高斯光學(xué)前組為三透鏡結(jié)構(gòu)，如圖1.127所示，它的相對孔徑為1：4。圖1.127遠攝物鏡1.1.7反遠距物鏡反遠鏡是一種焦距較短而后截距很長的物鏡，這樣，在物鏡和CCD之間可以加入分光鏡，以實現(xiàn)取景等作用。這種物鏡的結(jié)構(gòu)大多是具有負的前組鏡和正的后組鏡，見圖1.128。反遠距物鏡的孔徑光闌和出射光瞳幾乎重合并位于第二鏡組的主平面上（圖1.128a），也可以將孔徑光闌位于第二鏡組前焦點附近（圖1.128b）。在這種情況下，像空間中主光線為遠心光路這一設(shè)計原理是最理想的，但是

5、在相對孔徑大的物鏡中難以實現(xiàn)。圖1.128反遠距攝影物鏡的光路圖按照上述結(jié)構(gòu)設(shè)計的反遠距物鏡，前組和后組有各種各樣的結(jié)構(gòu)型式。負光焦度的前組從一個單片透鏡直到非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而正光焦度的后組往往采用Petzval型、三片型、雙高斯型以及它們的復(fù)雜化結(jié)構(gòu)。前組為單片透鏡而后組為三片型、雙高斯型的反遠距物鏡,如圖1.129所示，是反遠距物鏡最簡單的結(jié)構(gòu)。它們的工作距離與焦距相當(dāng)，視場角為60左右，而相對孔徑為1：3.51：2.5。圖1.129前組為單負透鏡、后組為三片型的反遠距物鏡1.1.8畸變物鏡畸變物鏡能夠在它的像中預(yù)先引入規(guī)定的畸變。當(dāng)物鏡存在很大的負畸變時，實際上能夠拍攝角視場超過180的物空間。這種物鏡用于宇航研究、氣像測量中。像的大小不是按式y(tǒng)=ftan確定，而是，例如按下式確定：y=fsin。在后一情況中，當(dāng)一w=90o時，將得到y(tǒng)=f，即像幅的對角線為焦距的兩倍。畸變物鏡的原理圖如圖1.130a所示。吉柳在1930年首先成功地實現(xiàn)了角視場180o和相對孔徑1：22的畸變物鏡（圖l.l30b）?；兾镧R可以按照反遠距物鏡的光路圖作出。第一組由一或二個透鏡組成，并造成很大的畸變（圖c、d）。第二透鏡組用于校正像差，以便獲得清晰