應(yīng)用光學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書-2010

1、應(yīng)用光學(xué)課程設(shè)計(jì)指 導(dǎo) 書何平安 編武漢大學(xué)電子信息學(xué)院2010年3月應(yīng)用光學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、 課程設(shè)計(jì)題目?jī)?nèi)調(diào)焦準(zhǔn)距式望遠(yuǎn)系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)二、 設(shè)計(jì)要求內(nèi)調(diào)焦準(zhǔn)距式望遠(yuǎn)系統(tǒng)是工程用水準(zhǔn)儀的照準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，其作用是觀察和照準(zhǔn)目標(biāo)。要求儀器體積小、重量輕，便于攜帶，成像清晰，使用和保養(yǎng)方便。具體技術(shù)要求如下：放 大 率：G ³ 24´加 常 數(shù)：c = 0分 辨 率：j £ 4² 最短視距：Ds³2m視 場(chǎng) 角：2w£ 1.6° 筒長(zhǎng)：LT£195mm乘 常 數(shù)：k = 100三、 設(shè)計(jì)題綱1、技術(shù)參數(shù)選擇；2、外形尺寸計(jì)

2、算；3、結(jié)構(gòu)選型；4、初始結(jié)構(gòu)參數(shù)求解；5、像差校正；6、繪制光學(xué)系統(tǒng)圖與光學(xué)零件圖；四、 計(jì)劃進(jìn)度1、布置任務(wù)，專題講座 2.0h+2.0h2、參數(shù)選擇及外形尺寸計(jì)算 3.5 h+4.0h3、結(jié)構(gòu)選型與初始結(jié)構(gòu)參數(shù)求解 4.0h+8.0h4、像差校正與像差自動(dòng)平衡 4.0h+8.0h5、目鏡選擇及縮放 0.5h+1.0h6、繪制光學(xué)系統(tǒng)圖和光學(xué)零件圖 2.0h+12.0h7、編寫設(shè)計(jì)報(bào)告 2.0h+10.0h 共計(jì) 18h+45h五、 考核方式考勤與表現(xiàn)完成任務(wù)情況報(bào)告、圖紙?jiān)u分第一章內(nèi)調(diào)焦準(zhǔn)距式望遠(yuǎn)系統(tǒng)內(nèi)調(diào)焦準(zhǔn)距式望遠(yuǎn)系統(tǒng)是各種工程水準(zhǔn)儀的主要部件之一，其主要作用是觀察并照準(zhǔn)豎立在測(cè)站上的

3、水準(zhǔn)標(biāo)尺。照準(zhǔn)標(biāo)尺目標(biāo)后，通過標(biāo)尺像上的視距絲，讀取分劃板上視距絲對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺讀數(shù)，即可得到標(biāo)尺到儀器轉(zhuǎn)軸的距離及標(biāo)尺與儀器間的高度差。§1-1 望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦是通過移動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)中某光學(xué)元件的位置，使遠(yuǎn)近不同位置的物體都能清晰地成像在分劃板上。望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦有如下二種方式：一、 外調(diào)焦外調(diào)焦是通過移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡的目鏡和分劃板來實(shí)現(xiàn)的，即當(dāng)觀察有限距離的物體時(shí)，將目鏡和分劃板一起向后移動(dòng)適當(dāng)?shù)木嚯x，使有限距離的物體仍然成像在分劃板上，供目鏡觀察，如圖1-1所示。L2P-l1(Ds)f¢1f¢2LL1圖1-1 外調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)外調(diào)焦的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成像質(zhì)量好。缺點(diǎn)

4、是外形大，密封性差。二、 內(nèi)調(diào)焦L32PL12L2-l1(Ds)d0dDdLf¢12f¢3H¢F¢12圖1-2 內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)1 內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)物鏡由兩個(gè)光組組成，其中一個(gè)稱為主物鏡，一個(gè)稱為調(diào)焦鏡。在調(diào)焦過程中，目鏡和分劃板固定不動(dòng)，通過移動(dòng)調(diào)焦鏡來實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)近不同距離的物體進(jìn)行調(diào)焦。如圖1-2所示。內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)物鏡的筒長(zhǎng)比其組合焦距短，因此，在相同放大倍率的情況下，內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡比外調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡筒長(zhǎng)短。由于其筒長(zhǎng)縮短，可以使儀器外形尺寸縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，攜帶方便，密封性好。因此，在水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、測(cè)距儀及全站儀等大地測(cè)量?jī)x器中，多采用內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)

5、鏡作為觀察照準(zhǔn)系統(tǒng)。當(dāng)然，相對(duì)于外調(diào)焦系統(tǒng)而言，內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，加工、裝調(diào)要求較為嚴(yán)格。2 內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)的調(diào)焦量當(dāng)觀察從無窮遠(yuǎn)到有限遠(yuǎn)最短視距處的物體時(shí)，調(diào)焦鏡在調(diào)焦過程中的最大移動(dòng)量稱為調(diào)焦量。系統(tǒng)的調(diào)焦量可以通過如下兩步分析確定。1) 當(dāng)對(duì)無窮遠(yuǎn)調(diào)焦時(shí)，因?yàn)閘1 = -¥，l1¢ = f¢1，則： (1-1)把物像關(guān)系的高斯公式用于調(diào)焦鏡，即： (1-2)得： (1-3)于是，物鏡的筒長(zhǎng)為： (1-4)2) 當(dāng)調(diào)焦至有限遠(yuǎn)距離-l時(shí)，先求出物體經(jīng)過主物鏡L1的像距l(xiāng)¢1。移動(dòng)調(diào)焦鏡L2，使所成像落在分劃板上，這時(shí)，分劃板到主物鏡的距離為d，則

6、系統(tǒng)的調(diào)焦量為： (1-5)由于d = L-l¢2，將其與(1)式一起代入調(diào)焦鏡物像公式(2)，則有：從中解出d，得： (1-6)若以l1= -Ds的像距l(xiāng)¢1代入，求得d，即可由(1-5)式求得調(diào)焦鏡的最大移動(dòng)范圍。§1-2 光學(xué)測(cè)距原理一、 光學(xué)測(cè)距原理與測(cè)距方程為簡(jiǎn)單起見，我們以外調(diào)焦系統(tǒng)來分析說明光學(xué)測(cè)距原理。如圖1-3所示，標(biāo)尺BC位于離儀器轉(zhuǎn)軸O距離為D的測(cè)站A點(diǎn)處，成像在分劃板上。分劃板上刻有十字絲和一對(duì)水平視距絲，上下兩視距絲的間距是一定的。十字絲用于照準(zhǔn)標(biāo)尺，視距絲用于讀取標(biāo)尺上的讀數(shù)。設(shè)視距絲的間距為b¢，上下視距絲在標(biāo)尺上讀數(shù)之差為

7、b，標(biāo)尺到物鏡主面的距離為l。由圖中幾何關(guān)系有：-lDd-fl¢ABCb視距絲十字絲標(biāo)尺像轉(zhuǎn)軸Fb¢C¢B¢A¢圖1-3光學(xué)測(cè)距原理 (1-7)由圖中相似三角形的關(guān)系，有：得：代入(1-7)式，得測(cè)距方程為：D = k | b | + c (1-8)式中：稱為乘常數(shù)，c = d + f¢稱為加常數(shù)。d 為儀器轉(zhuǎn)軸到物鏡后主面H¢的距離。由于k和c都是已知的常數(shù)，因此，只要在分劃板上讀出上下視距絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)差b，就可以求出標(biāo)尺到儀器的距離D了。二、 準(zhǔn)距系統(tǒng)及準(zhǔn)距條件對(duì)于內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)，測(cè)距方程仍然可以寫成(1-8)式的形式，

8、只是乘常數(shù) (1-9)加常數(shù) (1-10)式中，f¢0為物鏡組調(diào)焦至無窮遠(yuǎn)時(shí)的系統(tǒng)焦距，Df¢ = f¢ -f¢0為對(duì)有限距離的物體調(diào)焦后物鏡組焦距的變化量，f¢為調(diào)焦后物鏡組的焦距。這里，加常數(shù)c在調(diào)焦過程中是變化的。為了測(cè)距的方便，最好使加常數(shù)c = 0。乘常數(shù)k一般取100或50，因此，所測(cè)距離D可直接由分劃板上的標(biāo)尺讀數(shù)而得。由于在調(diào)焦過程中，加常數(shù)c是變化的，不能嚴(yán)格地滿足c = 0的條件，但要滿足c » 0還是容易實(shí)現(xiàn)的。我們把c » 0稱為準(zhǔn)距條件，滿足準(zhǔn)距條件的系統(tǒng)稱為準(zhǔn)距系統(tǒng)。由c = 0可以推導(dǎo)出準(zhǔn)距條件

9、的表達(dá)式： (1-11)即滿足準(zhǔn)距條件，加常數(shù)c » 0，這時(shí)測(cè)距方程簡(jiǎn)化為： (1-12)從而使測(cè)距過程簡(jiǎn)化，如k = 100，若讀得| b | = 43.5cm，則得D43.5m。第二章參數(shù)選擇與外形尺寸計(jì)算光學(xué)設(shè)計(jì)一般是從技術(shù)參數(shù)的選擇與確定開始的。技術(shù)參數(shù)確定后，擬定系統(tǒng)方案，即確定系統(tǒng)的組成，而后進(jìn)行外形尺寸計(jì)算，確定各組成光學(xué)元件的焦距、通光孔徑及各元件之間的間隔，為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)求解和像差校正打好基礎(chǔ)。技術(shù)參數(shù)選擇得與否合理、方案擬定得是否合理，直接關(guān)系到光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗，影響光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性和工藝性。光學(xué)設(shè)計(jì)是一個(gè)工程性問題，并不片面追求設(shè)計(jì)結(jié)果的先進(jìn)性，即只要滿足設(shè)

10、計(jì)的基本要求就行。在滿足基本設(shè)計(jì)要求的前提下，盡量做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，具有良好的工藝性，成本低。§2-1 內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)參數(shù)的確定一、望遠(yuǎn)鏡的縮短系數(shù)Q內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是能縮短筒長(zhǎng)，即物鏡的筒長(zhǎng)比其組合焦距要短。為滿足體積小、重量輕，便于攜帶的要求，應(yīng)使望遠(yuǎn)鏡的筒長(zhǎng)盡可能短。下面我們會(huì)看到，筒長(zhǎng)并不是越短越好。為便于研究筒長(zhǎng)與焦距的關(guān)系，我們定義一個(gè)縮短系數(shù)Q： (2-1)表征內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)的縮短程度。圖2-1DSZ2自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀實(shí)物二、內(nèi)調(diào)焦準(zhǔn)距式望遠(yuǎn)系統(tǒng)應(yīng)滿足的條件內(nèi)調(diào)焦準(zhǔn)距式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)應(yīng)滿足如下條件：1、系統(tǒng)組合起來的總光焦度j12與主物鏡、調(diào)焦鏡的焦距與間隔應(yīng)滿

11、足2、物鏡的筒長(zhǎng)滿足關(guān)系式（4），即：3、準(zhǔn)距條件（1-11）式，即：4、儀器支撐起來的平衡問題。水準(zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡支撐在一個(gè)回轉(zhuǎn)軸上，可以在水平面內(nèi)360°范圍內(nèi)作任意角度的旋轉(zhuǎn)，要求旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。因此，望遠(yuǎn)鏡的支撐必須平衡。顯然，從總體結(jié)構(gòu)上看，整個(gè)望遠(yuǎn)鏡的重心應(yīng)偏向于主物鏡一方，考慮目鏡組對(duì)主物鏡的平衡，我們把儀器轉(zhuǎn)軸設(shè)在L/2處，即主物鏡后主面到儀器轉(zhuǎn)軸的距離：(2-2)聯(lián)立上述四個(gè)方程式，并考慮縮短系數(shù)的定義式，則可解得： (2-3)取不同的筒長(zhǎng)L和縮短系數(shù)Q值，通過式(2-3)便可以計(jì)算一系列的f¢12、f¢1、f¢2、d0、f¢3、l

12、¢F和調(diào)焦鏡的軸向放大率a2。三、主要參數(shù)的確定這里取G = -24´，取不同的筒長(zhǎng)L和縮短系數(shù)Q，根據(jù)上述公式(15)計(jì)算的結(jié)果列表2-1。表2-1G = -24´L=150mmQf¢12f¢1d0f¢2f¢3l¢F(l¢2)l2a20.55272.73121.2098.16-41.4711.3651.8423.045.060.60250.00123.9798.36-50.8010.4251.6525.614.080.65230.77126.8398.56-62.769.6251.4428.273.31

13、0.70214.28129.8098.77-78.718.9351.2231.032.720.75200.00132.8798.97-101.008.3351.0333.092.250.80187.50136.0599.17-134.407.8150.8336.881.90L=160Qf¢12f¢1d0f¢2f¢3l¢F(l¢2)l2a20.55290.91129.28104.71-44.2212.1255.2924.575.060.60266.67132.23104.92-54.1711.1155.0827.314.080.6524

14、6.15135.29105.14-66.9410.2654.8630.153.310.70228.57138.45105.35-83.959.5254.6433.102.720.75213.33141.73105.57-107.748.8954.4336.162.250.80200.00145.12105.78-143.378.3354.2239.341.90L=170Qf¢12f¢1d0f¢2f¢3l¢F(l¢2)l2a20.55309.09137.36111.25-46.9912.8858.7526.115.060.60283.3

15、3140.50111.48-57.5711.8058.5629.024.080.65261.54143.74111.71-71.1110.9058.2832.033.310.70242.86147.11111.94-89.2010.1258.0635.172.720.75226.67150.59112.17-114.479.4457.8338.422.250.80212.50154.20112.40-152.368.8557.6041.801.90L=180Qf¢12f¢1d0f¢2f¢3l¢F(l¢2)l2a20.55327.271

16、45.44117.80-49.7513.6462.2027.645.060.60300.00148.76118.04-60.9412.5061.9530.724.080.65276.92152.20118.26-75.3111.5461.7233.923.310.70257.14155.76118.52-94.4610.7161.4827.242.720.75240.00159.45118.76-121.2410.0061.2440.692.250.80225.00163.26119.01-161.269.37560.9844.251.90上述計(jì)算表明：1、為了使儀器結(jié)構(gòu)緊湊，必須縮短儀器筒長(zhǎng)

17、?？s短筒長(zhǎng)L，f¢1、f¢2、f¢3減小，導(dǎo)致各透鏡組的相對(duì)孔徑D/f¢將增大。透鏡組相對(duì)孔徑的增大，將使像差校正困難，或使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加。因此，儀器筒長(zhǎng)L不宜術(shù)小。2、當(dāng)筒長(zhǎng)L一定時(shí)，希望一定筒長(zhǎng)所能獲得的組合焦距f¢12越大越好，即縮短系數(shù)Q越小越好。Q越小，f¢1、f¢2就越小，從而D1/f¢1和D2/f¢2增大，且a2增大，主物鏡的剩余像差經(jīng)調(diào)焦鏡后將被放大a2倍，于像差校正是不利的。另一方面，Q越大，f¢12和f¢3就越小，但目鏡的焦距不能太小，否則，目鏡的鏡目距小，影響

18、觀察。綜上所述，應(yīng)該取適當(dāng)?shù)腖和Q。作為例子，我們?nèi)。篏 = -24´， L =170， Q = 0.65f¢12 = 261.54， d0 = 111.71f¢1 = 143.74， f¢2 = -71.11，f¢3 = 10.90由于計(jì)算誤差和取舍誤差，亦或計(jì)算錯(cuò)誤，有可能使得加常數(shù)c ¹ 0。因此，必須檢驗(yàn)加常數(shù)是否為0。檢驗(yàn)公式為： (2-4)將所確定的參數(shù)代入，得：c = 0.00254由此可見，系統(tǒng)滿足準(zhǔn)距條件，其所引起的測(cè)量誤差可以忽略不計(jì)。參數(shù)確定后，就可以進(jìn)行外形尺寸計(jì)算了。§2-2 內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)外形尺寸

19、計(jì)算一、物鏡通光孔徑及出瞳大小這里，我們把孔徑光闌設(shè)置在物鏡框上，視場(chǎng)光闌設(shè)置在分劃板上。這樣，入瞳與物鏡框重合，出瞳在目鏡后焦點(diǎn)以外靠近焦點(diǎn)的地方，入窗和出窗均在無窮遠(yuǎn)。為了滿足分辨率的要求，即 j £ 4²，由得：另一方面，由可知，G一定時(shí)，出瞳D¢隨D的增大而增大。D的增大，即物鏡通光孔徑增大，使儀器外形增大。當(dāng)f¢1一定時(shí)，物鏡的相對(duì)孔徑D1/ f¢1也隨之增大，物鏡的高級(jí)像差增大，像差校正困難。通常，用于大地測(cè)量?jī)x器的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，為了提高測(cè)量精度，出瞳直徑D¢ = 1.31.5mm，一般取D¢ = 1.5mm，則：

20、D = -G D¢ ³ 24 ´ 1.5 =36mm因此，取入瞳直徑，即物鏡的通光孔徑D1=36mm，對(duì)應(yīng)的出瞳直徑D¢=1.5mm。d0f¢10y¢1F¢1D1D2-w圖2-5調(diào)焦鏡的通光孔徑二、調(diào)焦鏡的通光孔徑如圖2-5所示，調(diào)焦鏡的通光孔徑D2由軸外物點(diǎn)的上光線的入射高度確定。由圖中三角關(guān)系，有：而：y¢1 = f¢1tgw則得調(diào)焦鏡的通光孔徑：D2 = D1- d0(D1/f¢1- 2tgw)=36-111.71´(36/143.74-2´tg0.8°) =

21、 11.14mm三、分劃板直徑及視距絲間隔由于場(chǎng)闌與分劃板重合，所以分劃板的通光孔徑即為場(chǎng)闌直徑，即：DP = D場(chǎng) =2f¢12tgw = 2´261.54´tg0.8°=7.30mm根據(jù)乘常數(shù)的定義：得視距絲間隔-f3l¢zy¢2F3D3D¢w¢圖2-6目鏡的成像光路四、像方視場(chǎng)角、出瞳距和目鏡孔徑1、像方視場(chǎng)角由，得：tgw¢ = -G tgw = 24´tg0.8° = 0.33512499所以像方視場(chǎng)角2w¢=37.05°。2、出瞳距出瞳距的確定可由入瞳逐

22、面用成像公式計(jì)算而得：因lz1 = 0，所以l¢z1 = 0，lz2 = l¢z1 -d0 = -111.71于是得出瞳距為：3、目鏡的通光孔徑由圖2-6可得，目鏡的通光孔徑為：4、目鏡的視度調(diào)節(jié)為了適應(yīng)不同視力的人眼觀察的需要，目鏡應(yīng)具備視度調(diào)節(jié)功能。目鏡的視度調(diào)節(jié)范圍一般取±5個(gè)折光度，它是通過目鏡相對(duì)于分劃板前后移動(dòng)一定和距離來實(shí)現(xiàn)的。因此，視度調(diào)節(jié)時(shí)，目鏡的最大移動(dòng)范圍為：五、調(diào)焦鏡的調(diào)焦移動(dòng)量在調(diào)焦過程中，調(diào)焦鏡沿光軸前后移動(dòng)，其移動(dòng)量必須保證對(duì)無窮遠(yuǎn)至有限遠(yuǎn)最短視距范圍內(nèi)的物體能調(diào)焦清晰。一般情況下，調(diào)焦鏡的初始位置對(duì)應(yīng)無窮遠(yuǎn)物體，因此，只須計(jì)算出物體

23、在有限遠(yuǎn)最短視距處調(diào)焦鏡的位置，就可以確定出調(diào)焦鏡的移動(dòng)量。取l1 = -2000mm，由物像關(guān)系的高斯公式，計(jì)算得l¢z = 154.87。由公式(1-6)計(jì)算得：= 128.77mm于是得調(diào)焦鏡的調(diào)焦量：Dd = d d0 = 128.77 111.71 = 17.06mm§2-3 光學(xué)元件的裝夾與全直徑圖2-8 壓圈法裝夾方式D通D全光學(xué)元件在系統(tǒng)中還必須通過機(jī)械結(jié)構(gòu)的裝夾來實(shí)現(xiàn)定位與固定。通光孔徑是指光學(xué)元件通過機(jī)械結(jié)構(gòu)裝夾，必須保證通光的孔徑，如圖2-7所示是某S3水準(zhǔn)儀的裝配圖。顯然，光學(xué)元件的全直徑比通光孔徑要大。上面計(jì)算的是各光學(xué)元件（透鏡組）的通光孔徑D通

24、，還必須根據(jù)裝夾方式不同，確定一定的裝夾余量D，從而確定各光學(xué)元件的全直徑D全，即：D全D通D透鏡的裝夾方式有兩種，即壓圈法和滾邊法。一、 壓圈法如圖2-8所示，透鏡靠鏡筒內(nèi)的臺(tái)階定位，從外面用壓圈壓緊固定。壓圈法裝夾往往用于較大或大透鏡的安裝，如照相鏡頭和望遠(yuǎn)鏡的裝夾。壓圈法固定便于拆卸、調(diào)整，是常用的裝夾方式。圖2-7 S3水準(zhǔn)儀的裝配圖D通D全圖2-9 滾邊法裝夾方式二、 滾邊法如圖2-9所示，滾邊法的固定是將透鏡放入鏡筒后，用擠壓的方式將薄的鏡筒壁變形，將透鏡“包”在鏡筒內(nèi)，實(shí)現(xiàn)定位與夾緊，其特點(diǎn)是固定穩(wěn)定可靠，但不能拆卸和調(diào)整。常用于較小透鏡或不便用壓圈法固定的元件，如顯微物鏡、針孔

25、透鏡、手機(jī)數(shù)碼鏡頭等的固定。三、 裝夾余量根據(jù)透鏡的裝夾方式和透鏡通光孔徑的大小，光學(xué)零件的外徑余量見表2-2所示。表2-2光學(xué)零件的外徑余量（mm）通光孔徑DT外徑DQ通光孔徑DT外徑DQ滾邊法固定壓圈法固定滾邊法固定壓圈法固定到6D+0.6>3050D+2.0D+2.5>610D+0.8D+1.0>5080D+2.5D+3.0>1018D+1.0D+1.5>80120D+3.5>1830D+1.5D+2.0>120D+4.5本設(shè)計(jì)中透鏡采用壓圈法固定，根據(jù)表2-2，我們確定各透鏡的外徑列入表2-3。表2-3內(nèi)調(diào)焦準(zhǔn)距式望遠(yuǎn)鏡各光學(xué)元件的外徑主物鏡調(diào)

26、焦鏡分劃板目鏡通光孔徑3611.147.309.59外徑38.512.78.310.6§2-4 光學(xué)系統(tǒng)的像差校正方案與結(jié)構(gòu)選型外形尺寸計(jì)算完后，在進(jìn)行初始結(jié)構(gòu)參數(shù)求解前，還必須確定光學(xué)系統(tǒng)的像差校正方案，確定各光組的結(jié)構(gòu)選型，這兩個(gè)問題至關(guān)重要，涉及光學(xué)設(shè)計(jì)的成敗與光學(xué)系統(tǒng)的性能。這里作一簡(jiǎn)單介紹。一、 像差校正方案的確定如果一個(gè)系統(tǒng)由幾個(gè)光組組成，如本設(shè)計(jì)中的內(nèi)調(diào)焦準(zhǔn)距式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)由主物鏡、調(diào)焦鏡和目鏡三個(gè)光組組成，那么，既可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行像差校正，這時(shí)各光組之間的像差相互抵消，相互平衡；也可以對(duì)其中的各個(gè)光組各自單獨(dú)校正像差，進(jìn)而達(dá)到整個(gè)光組校正像差的目的；還可以其中某幾個(gè)光

27、組消像差，其他光組單獨(dú)消像差。這樣，同一個(gè)系統(tǒng)，就會(huì)有不同的像差校正方案。不同的像差校正方案所獲得的結(jié)果是不同的。對(duì)于目視系統(tǒng)，如望遠(yuǎn)系統(tǒng)和顯微系統(tǒng)，往往是對(duì)物鏡和目鏡單獨(dú)校正像差，即物鏡與目鏡之間沒有像差補(bǔ)償關(guān)系，像質(zhì)互不影響。對(duì)于內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)的物鏡，主物鏡和調(diào)焦鏡通常也是單獨(dú)校正像差的。因?yàn)樵谡{(diào)焦過程中，調(diào)焦鏡的位置在變化，如果調(diào)焦鏡與主物鏡之間有像差補(bǔ)償，那么調(diào)焦鏡位置的變化，將會(huì)引起像差很大的變化，會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的成像質(zhì)量。二、 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選型像差校正方案確定后，必須根據(jù)單獨(dú)校正像差的系統(tǒng)或光組的光學(xué)特性選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式。所謂系統(tǒng)的光學(xué)特性，對(duì)于望遠(yuǎn)物鏡而言，即其相對(duì)孔徑D/f¢、焦距f¢和視場(chǎng)角2w表示，這些參數(shù)決定了望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率、像的主觀亮度和系統(tǒng)的外形尺寸。對(duì)于目鏡而言，其光學(xué)特性由焦距f¢、視場(chǎng)角2w¢、出瞳直徑D¢、相對(duì)鏡目距p¢/f¢和工作距離lz決定。一定結(jié)構(gòu)型式的光學(xué)系統(tǒng)，只能滿足一定光學(xué)特性的像質(zhì)要求。因此，光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)特性要求的提高，必然伴隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。下面