光學(xué)課程設(shè)計(jì)的報(bào)告-望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)

...wd......wd......wd...光學(xué)課程設(shè)計(jì)光學(xué)課程設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：張翔專業(yè)：光信息科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：光信息08級(jí)1班姓名：學(xué)號(hào)：20080320目錄第一局部 設(shè)計(jì)背景…………………1第二局部 設(shè)計(jì)目的及意義…………1第三局部 望遠(yuǎn)鏡介紹………………1望遠(yuǎn)鏡定義………………1望遠(yuǎn)鏡分類及相應(yīng)工作原理……………2第四局部 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………3開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡……………3望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)常用參數(shù)……………………4外形尺寸計(jì)算……………6伽利略望遠(yuǎn)鏡……………8物鏡組的選取……………9望遠(yuǎn)鏡像差類型及主要構(gòu)造……………10雙膠物鏡與雙別離物鏡分析……………12內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)物鏡分析……………………14目鏡組的選取……………14目鏡主要像差及分析……………………17棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)……………17轉(zhuǎn)折形式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)……………………18光學(xué)系統(tǒng)初始構(gòu)造參數(shù)計(jì)算方法………18應(yīng)用光學(xué)系統(tǒng)中的光柵…………………20第五局部 設(shè)計(jì)總結(jié)…………………21第六局部 參考文獻(xiàn)…………………21設(shè)計(jì)背景在現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)中，以典型精細(xì)儀器透鏡、反射鏡、棱鏡等及其組合為關(guān)鍵局部的大口徑光電系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。如：天文、空間望遠(yuǎn)鏡；地基空間目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別；激光大氣傳輸、慣性約束聚變裝置等等。其中我國(guó)以高功率激光科研和激光核聚變研究為目的的光電系統(tǒng)——“神光二號(hào)〞，頗具代表。“神光二號(hào)〞對(duì)于未來(lái)的能源危機(jī)和我國(guó)的軍事領(lǐng)域有著重要意義。設(shè)計(jì)目的及意義運(yùn)用應(yīng)用光學(xué)知識(shí)，了解望遠(yuǎn)鏡工作原理的根基上，完成望遠(yuǎn)鏡外形尺寸、物鏡組、目鏡組及轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的簡(jiǎn)易或遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)。了解光學(xué)設(shè)計(jì)中的PW法基本原理。望遠(yuǎn)鏡介紹3.1望遠(yuǎn)鏡定義望遠(yuǎn)鏡是一種用于觀察遠(yuǎn)距離物體的目視光學(xué)儀器，能把遠(yuǎn)物很小的張角按一定倍率放大，使之在像空間具有較大的張角，使本來(lái)無(wú)法用肉眼看清或分辨的物體變清晰可辨。所以，望遠(yuǎn)鏡是天文和地面觀測(cè)中不可缺少的工具。它是一種通過(guò)物鏡和目鏡使入射的平行光束仍保持平行射出的光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)望遠(yuǎn)鏡原理一般分為三種。一種通過(guò)收集電磁波來(lái)觀察遙遠(yuǎn)物體的儀器。在日常生活中，望遠(yuǎn)鏡主要指光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。但是在現(xiàn)代天文學(xué)中，天文望遠(yuǎn)鏡包括了射電望遠(yuǎn)鏡，紅外望遠(yuǎn)鏡，X射線和伽嗎射線望遠(yuǎn)鏡。近年來(lái)天文望遠(yuǎn)鏡的概念又進(jìn)一步地延伸到了引力波，宇宙射線和暗物質(zhì)的領(lǐng)域?；蛘咴俳?jīng)過(guò)一個(gè)放大目鏡進(jìn)展觀察。日常生活中的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡又稱“千里鏡〞。它主要包括業(yè)余天文望遠(yuǎn)鏡，觀劇望遠(yuǎn)鏡和軍用雙筒望遠(yuǎn)鏡?！就h(yuǎn)鏡基本工作示意圖】3.2望遠(yuǎn)鏡分類及相應(yīng)工作原理1．折射式望遠(yuǎn)鏡是用透鏡作物鏡的望遠(yuǎn)鏡。分為兩種類型：由凹透鏡作目鏡的稱伽利略望遠(yuǎn)鏡；由凸透鏡作目鏡的稱開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡。因單透鏡物鏡色差和球差都相當(dāng)嚴(yán)重，現(xiàn)代的折射望遠(yuǎn)鏡常用兩塊或兩塊以上的透鏡組作物鏡。其中以雙透鏡物鏡應(yīng)用最普遍。它由相距很近的一塊冕牌玻璃制成的凸透鏡和一塊火石玻璃制成的凹透鏡組成，對(duì)兩個(gè)特定的波長(zhǎng)完全消除位置色差，對(duì)其余波長(zhǎng)的位置色差也可相應(yīng)減弱在滿足一定設(shè)計(jì)條件時(shí)，還可消去球差和彗差。由于剩余色差和其他像差的影響，雙透鏡物鏡的相對(duì)口徑較小，一般為1/15-1/20，很少大于1/7，可用視場(chǎng)也不大?？趶叫∮?厘米的雙透鏡物鏡可將兩塊透鏡膠合在一起，稱雙膠合物鏡，留有一定間隙未膠合的稱雙別離物鏡。為了增大相對(duì)口徑和視場(chǎng)，可采用多透鏡物鏡組。對(duì)于伽利略望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，構(gòu)造非常簡(jiǎn)單，光能損失少。鏡筒短，很輕便。而且成正像，但倍數(shù)小視野窄，一般用于觀劇鏡和玩具望遠(yuǎn)鏡。對(duì)于開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，需要在物鏡后面添加棱鏡組或透鏡組來(lái)轉(zhuǎn)像，使眼睛觀察到的是正像。一般的折射望遠(yuǎn)鏡都是采用開(kāi)普勒構(gòu)造。由于折射望遠(yuǎn)鏡的成像質(zhì)量比反射望遠(yuǎn)鏡好，視場(chǎng)大，使用方便，易于維護(hù)，中小型天文望遠(yuǎn)鏡及許多專用儀器多采用折射系統(tǒng)，但大型折射望遠(yuǎn)鏡制造起來(lái)比反射望遠(yuǎn)鏡困難得多，因?yàn)橐睙挻罂趶降膬?yōu)質(zhì)透鏡非常困難，且存在玻璃對(duì)光線的吸收問(wèn)題，所以大口徑望遠(yuǎn)鏡都采用反射式。 2．反射式望遠(yuǎn)鏡是用凹面反射鏡作物鏡的望遠(yuǎn)鏡。可分為牛頓望遠(yuǎn)鏡.卡塞格林望遠(yuǎn)鏡等幾種類型。反射望遠(yuǎn)鏡的主要優(yōu)點(diǎn)是不存在色差，當(dāng)物鏡采用拋物面時(shí)，還可消去球差。但為了減小其它像差的影響，可用視場(chǎng)較小。對(duì)制造反射鏡的材料只要求膨脹系數(shù)較小、應(yīng)力小和便于磨制。磨好的反射鏡一般在外表鍍一層鋁膜，鋁膜在2000-9000埃波段范圍的反射率都大于80%，因而除光學(xué)波段外，反射望遠(yuǎn)鏡還適于對(duì)近紅外和近紫外波段進(jìn)展研究。反射望遠(yuǎn)鏡的相對(duì)口徑可以做得較大，主焦點(diǎn)式反射望遠(yuǎn)鏡的相對(duì)口徑約為1/5-1/2.5，甚至更大，而且除牛頓望遠(yuǎn)鏡外，鏡筒的長(zhǎng)度比系統(tǒng)的焦距要短得多，加上主鏡只有一個(gè)外表需要加工，這就大大降低了造價(jià)和制造的困難，因此目前口徑大于1.34米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡全部是反射望遠(yuǎn)鏡。一架較大口徑的反射望遠(yuǎn)鏡，通過(guò)變換不同的副鏡，可獲得主焦點(diǎn)系統(tǒng)(或牛頓系統(tǒng))、卡塞格林系統(tǒng)和折軸系統(tǒng)。這樣，一架望遠(yuǎn)鏡便可獲得幾種不同的相對(duì)口徑和視場(chǎng)。反射望遠(yuǎn)鏡主要用于天體物理方面的工作。3.折反射望遠(yuǎn)鏡是在球面反射鏡的根基上，再參加用于校正像差的折射元件，可以防止困難的大型非球面加工，又能獲得良好的像質(zhì)量。比較著名的有施密特望遠(yuǎn)鏡，它在球面反射鏡的球心位置處放置一施密特校正板。它是一個(gè)面是平面，另一個(gè)面是輕度變形的非球面，使光束的中心局部略有會(huì)聚，而外圍局部略有發(fā)散，正好矯正球差和彗差。還有一種馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡，在球面反射鏡前面加一個(gè)彎月型透鏡，選擇適宜的彎月透鏡的參數(shù)和位置，可以同時(shí)校正球差和彗差。及這兩種望遠(yuǎn)鏡的衍生型，如超施密特望遠(yuǎn)鏡，貝克―努恩照相機(jī)等。在折反射望遠(yuǎn)鏡中，由反射鏡成像，折射鏡用于校正像差。它的特點(diǎn)是相對(duì)口徑很大(甚至可大于1)，光力強(qiáng)，視場(chǎng)廣闊，像質(zhì)優(yōu)良。適于巡天攝影和觀測(cè)星云、彗星、流星等天體。小型目視望遠(yuǎn)鏡假設(shè)采用折反射卡塞格林系統(tǒng)，鏡筒可非常短小。望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1望遠(yuǎn)鏡外形尺寸設(shè)計(jì)【開(kāi)普勒〔Kelpertelescope〕望遠(yuǎn)鏡光路示意圖】開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡屬于折射式望遠(yuǎn)鏡。由兩個(gè)凸透鏡構(gòu)成。由于兩者之間有一個(gè)實(shí)像，可方便的安裝分劃板，并且各種性能優(yōu)良，所以目前軍用望遠(yuǎn)鏡，小型天文望遠(yuǎn)鏡等專業(yè)級(jí)的望遠(yuǎn)鏡都采用此種構(gòu)造。但這種構(gòu)造成像是倒立的，所以要在中間增加正像系統(tǒng)。正像系統(tǒng)分為兩類：棱鏡正像系統(tǒng)和透鏡正像系統(tǒng)。我們常見(jiàn)的前寬后窄的典型雙筒望遠(yuǎn)鏡既采用了雙直角棱鏡正像系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是在正像的同時(shí)將光軸兩次折疊，從而大大減小了望遠(yuǎn)鏡的體積和重量。透鏡正像系統(tǒng)采用一組復(fù)雜的透鏡來(lái)將像倒轉(zhuǎn)，成本較高，但俄羅斯20×50三節(jié)伸縮古典型單筒望遠(yuǎn)鏡既采用設(shè)計(jì)精良的透鏡正像系統(tǒng)。4.2對(duì)于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)有以下參數(shù)：1.垂軸放大率 垂軸放大率代表共軛面像高和物高之比。主要公式有：2.角放大率角放大率是共軛面上的軸上點(diǎn)A發(fā)出的光線通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后，與光軸的夾角的正切和對(duì)應(yīng)的入射光線所成德夾角U的正切之比。一般用表示。主要公式有： 3.軸向放大率當(dāng)物平面沿光軸移動(dòng)微小的距離時(shí)，像平面相應(yīng)地移動(dòng)距離，比例稱為光學(xué)系統(tǒng)的軸向放大率，用表示。它代表平行于光軸的微小線段所成德像與該線段二者長(zhǎng)度之比。主要公式有： 4.視放大率視放大率是望遠(yuǎn)鏡最重要的光學(xué)性能之一，它表示儀器放大作用的大小。視放大率必須滿足對(duì)儀器的精度要求，對(duì)不同的儀器精度要求也不一樣。觀察儀器。有以下關(guān)系：，可由要求得分辨角即可求出需要的視角放大率。瞄準(zhǔn)儀器。使用壓線瞄準(zhǔn)時(shí)為：，用對(duì)線、雙線或叉線瞄準(zhǔn)時(shí)為：。測(cè)距儀器。測(cè)距儀器的精度要求是測(cè)距誤差。，根據(jù)一定距離上要求得測(cè)距誤差和儀器的基線B，即可求得視放大率。視放大率除了和儀器工作精度有關(guān)外，還與其他一系列因素有關(guān)，必須同時(shí)兼顧，介紹如下。視放大率和儀器體積、重量的關(guān)系。。在目鏡焦距和出瞳直徑一定條件下，越大，物鏡焦距和口徑D越大。視放大率和視場(chǎng)的關(guān)系。。為望遠(yuǎn)鏡的物方視場(chǎng)角，它標(biāo)志著儀器的觀察范圍。一定類型的目鏡，它的視場(chǎng)角是一定的，增大視放大率必須同時(shí)減少視場(chǎng)角。儀器的使用條件對(duì)視放大率也有限制。望遠(yuǎn)鏡的有效放大率。人眼的視角分辨率為，有：，如果要求儀器的視角分辨率和衍射分辨率相等，那么應(yīng)滿足：，符合以上關(guān)系的視放大率稱為望遠(yuǎn)鏡的“有效放大率〞。5.極限分辨角通常，我們把望遠(yuǎn)鏡剛能分辨的兩物點(diǎn)在望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)上成的兩像點(diǎn)之間的夾角叫做望遠(yuǎn)鏡的極限分辨角。它的大小與望遠(yuǎn)鏡的視放大率以及垂軸，軸向放大率有關(guān)。ω=1.22λ/D其中，λ為入射波長(zhǎng)，D為入瞳直徑。望遠(yuǎn)鏡的最靈敏波長(zhǎng)為555納米，當(dāng)入瞳單位取mm，極限分辨角取秒時(shí)，ω’=140/D。4.3外形尺寸計(jì)算參數(shù)：物鏡和目鏡之間的距離望遠(yuǎn)鏡放大鏡的倍數(shù)物方視場(chǎng)角求解如下：1.目鏡的視場(chǎng)角：2.望遠(yuǎn)鏡的分辨率：由望遠(yuǎn)鏡分辨率與視放大率關(guān)系式：3.物鏡的通光口徑：物鏡的口徑取決與分辨率的要求，假設(shè)使物鏡的分辨率與放大率相適應(yīng)，望遠(yuǎn)鏡口徑與放大率的關(guān)系滿足，為減輕眼睛負(fù)擔(dān)，可取及，這里系數(shù)取1.5，那么:4.出瞳直徑：5.物鏡焦距與目鏡焦距：6.視場(chǎng)光闌的直徑：根據(jù)三角形定那么，計(jì)算視場(chǎng)角，：視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌物鏡7.目鏡口徑：出瞳出瞳目鏡目鏡的視場(chǎng)角，以及出瞳直徑限制了目鏡的口徑，據(jù)此計(jì)算：8.出瞳距：目鏡目鏡物鏡出瞳孔徑光闌選在物鏡框上，軸外光束的主光線通過(guò)物鏡中心O，假定在目鏡組的投射高為R，：9.目鏡的視度調(diào)節(jié)量：視度的調(diào)節(jié)范圍一般為SD=視度。那么目鏡的軸向移動(dòng)量x等于 4.4伽利略望遠(yuǎn)鏡【伽利略望遠(yuǎn)鏡示意圖】物鏡是會(huì)聚透鏡而目鏡是發(fā)散透鏡的望遠(yuǎn)鏡。光線經(jīng)過(guò)物鏡折射所成的實(shí)像在目鏡的前方〔靠近人目的前方〕焦點(diǎn)上，這像對(duì)目鏡是一個(gè)虛像，因此經(jīng)它折射后成一放大的正立虛像。伽利略望遠(yuǎn)鏡的放大率等于物鏡焦距與目鏡焦距的比值。其優(yōu)點(diǎn)是鏡筒短而能成正像，但它的視野比較小。把兩個(gè)放大倍數(shù)不高的伽利略望遠(yuǎn)鏡并列一起、中間用一個(gè)螺栓鈕可以同時(shí)調(diào)節(jié)其清晰程度的裝置，稱為“觀劇鏡〞；因攜帶方便，常用以觀看表演等。伽利略創(chuàng)造的望遠(yuǎn)鏡在人類認(rèn)識(shí)自然的歷史中占有重要地位。它由一個(gè)凹透鏡〔目鏡〕和一個(gè)凸透鏡〔物鏡〕構(gòu)成。其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，能直接成正像。伽利略望遠(yuǎn)鏡是由物鏡和負(fù)目鏡按光學(xué)間隔△=0的方式組合而成,伽利略望遠(yuǎn)鏡在物鏡口徑一定時(shí)，倍率越高，視場(chǎng)越小. 4.5物鏡組的選取 物鏡組主要參數(shù)：等效焦距②相對(duì)孔徑③視場(chǎng)角物鏡組的種類：雙膠物鏡②雙別離物鏡③雙單和單雙物鏡④三別離物鏡⑤攝遠(yuǎn)物鏡示意圖分別如下：4.6望遠(yuǎn)鏡需要消除的像差類型及主要構(gòu)造形式與近軸區(qū)成像比較必然在成像位置和像的大小方面存在一定的差異，被稱為像差 單色光像差有五種：球差、彗差(正弦差)、像散、場(chǎng)曲、畸變復(fù)色光像差有兩種：位置色差(軸向色差)、倍率色差(垂軸色差)局部像差分析如下：球差定義：球面像差的簡(jiǎn)稱(軸上點(diǎn))對(duì)應(yīng)孔徑角Umax入射光線的高度hmax被稱為全孔徑〔邊光球差〕假設(shè)h/hmax=0.7，那么稱為0.7孔徑或0.7帶光〔帶光球差〕AA-Umax-UhmaxhA’L’δL’△y’l’【球差示意圖】球差是軸上點(diǎn)唯一的單色像差，可在沿軸方向和垂軸方向來(lái)度量分別稱為軸向球差和垂軸球差。軸向球差又稱為縱向球差，它是沿光軸方向度量的球差，用符號(hào)δL’表示。垂軸球差是過(guò)近軸光線像點(diǎn)A’的垂軸平面內(nèi)度量的球差。用符號(hào)δT’表示，它表示由軸向球差引起的彌散圓的半徑，δT’=δL’tanU’。對(duì)于單透鏡來(lái)說(shuō)，U越大那么球差值越大。②慧差(軸外點(diǎn)寬光束)彗差是軸外物點(diǎn)發(fā)出寬光束通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后，并不會(huì)聚一點(diǎn)，相對(duì)于主光線而是呈彗星狀圖形的一種失對(duì)稱的像差。子午彗差指對(duì)子午光線度量的彗差，子午光線對(duì)交點(diǎn)離開(kāi)主光線的垂直距離KT’用來(lái)表示此光線對(duì)交點(diǎn)偏離主光線的程度。入瞳入瞳像面-KT’【慧差示意圖】③像散(軸外點(diǎn)細(xì)光束)軸外物點(diǎn)用光束成像時(shí)形成兩條相互垂直且相隔一定距離的短線像的一種非對(duì)稱性像差被稱為像散。AAts【像散示意圖】④場(chǎng)曲場(chǎng)曲是像場(chǎng)彎曲的簡(jiǎn)稱。場(chǎng)曲是物平面形成曲面像的一種像差。場(chǎng)曲需要以子午場(chǎng)曲和弧矢場(chǎng)曲來(lái)表征。 子午場(chǎng)曲：子午細(xì)光束焦點(diǎn)相對(duì)于理想像面的偏離稱為細(xì)光束子午場(chǎng)曲，用符號(hào)xt’表示。主光線主光線Z理想像平面O1O2tlt’-xt’l’【子午場(chǎng)曲示意圖】 弧矢場(chǎng)曲：弧矢細(xì)光束焦點(diǎn)相對(duì)于理想像面的偏離稱為細(xì)光束弧矢場(chǎng)曲，用符號(hào)xs’表示。主光線主光線Z理想像平面O1O2tslt’-xt’ls’-xs’l’【弧矢場(chǎng)曲示意圖】⑤畸變(相似性破壞)畸變是垂軸〔橫向〕放大率隨視場(chǎng)的增大而變化，所引起一種失去物像相似的像差【正畸變示意圖】【負(fù)畸變示意圖】⑤色差 復(fù)色光成像時(shí)，由于不同色光而引起的像差稱為色差。 4.7雙膠物鏡與雙別離物鏡分析①雙膠物鏡雙膠物鏡是一種最常用最簡(jiǎn)單的望遠(yuǎn)鏡物鏡，由一個(gè)正透鏡和一個(gè)負(fù)透鏡膠合而成，如以下列圖。這種物鏡的優(yōu)點(diǎn)是；構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝方便，光能損失小，適宜的選擇玻璃可以校正球差、惠差和軸向色差三種像差，滿足望遠(yuǎn)鏡物鏡的像差要求。不同焦距時(shí)，雙膠物鏡可得到滿意的成像質(zhì)量的相對(duì)孔徑，如表所示由于這種物鏡不能校正像散和場(chǎng)曲，所以視場(chǎng)一般不能超過(guò)8。一10。。如果物鏡后面有很長(zhǎng)光路的棱鏡，由于棱鏡的像散和物鏡的像散符號(hào)相反，可以抵銷一局部物鏡的像散，視場(chǎng)可到達(dá)15。一20。一般雙膠物鏡的最大口徑不能超過(guò)100mm，這是因?yàn)楫?dāng)透鏡直徑過(guò)大時(shí)，由于透鏡的重量過(guò)大，膠合不結(jié)實(shí)。同時(shí)，當(dāng)溫度改變時(shí)，膠合面上可能產(chǎn)生應(yīng)力，使成像質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時(shí)可能脫膠。②雙別離物鏡分析雙不膠鏡同樣由一塊正透鏡和一塊負(fù)透鏡組成空氣間隔，如以下列圖。它和雙膠物鏡比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：A.物鏡的口徑不受限制。因此，一些大口徑的物鏡都用雙不膠物鏡，而不用雙膠物鏡。B.能夠利用空氣間隔校正剩余球差，增大相對(duì)孔徑。在一般焦距(100一150mm)時(shí)，相對(duì)孔徑可達(dá)1：2．5—1：3。它的缺點(diǎn)是：光能損失增加，加工安裝比較困難，特別是兩透鏡的共鈾性不易保證。 4.8內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)物鏡分析望遠(yuǎn)系統(tǒng)的工作范圍應(yīng)是無(wú)窮遠(yuǎn)起點(diǎn)以外，當(dāng)用望遠(yuǎn)系統(tǒng)觀察有限遠(yuǎn)的目標(biāo)時(shí)，產(chǎn)生了調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)。調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)是用光學(xué)零件位置上的變化實(shí)現(xiàn)調(diào)焦作用的。調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)分為外調(diào)焦和內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)?！緝?nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡示意圖】其中內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)如圖，當(dāng)目標(biāo)在有限遠(yuǎn)時(shí)，移動(dòng)調(diào)焦鏡，使目標(biāo)經(jīng)物鏡所成的像仍然在固定的分劃板處。內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)的調(diào)焦鏡可以是負(fù)透鏡，也可以是正透鏡。內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)是物鏡到分劃板的距離固定不變，通過(guò)改變物鏡和調(diào)焦鏡的總焦距來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)焦的目的。即物體由無(wú)窮遠(yuǎn)向物鏡方向移動(dòng)時(shí)，物鏡和調(diào)焦鏡的組合焦距隨之改變。設(shè)內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)的物鏡光焦度為，調(diào)焦鏡的光焦度為，物鏡和調(diào)焦鏡的總光焦度為,那么有式中，為調(diào)焦無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)物鏡與調(diào)焦鏡之間的距離。由圖可得物鏡的筒長(zhǎng)L為：式中，f為內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)物鏡和調(diào)焦鏡的總焦距；為物鏡的焦距。 4．9目鏡組的選取 目鏡組主要參數(shù)：像方視場(chǎng)角②相對(duì)出瞳距離③工作距離S目鏡組的種類：惠更斯目鏡②冉斯登目鏡③凱涅爾目鏡④對(duì)稱目鏡⑤無(wú)畸變目鏡⑥艾爾弗目鏡。相應(yīng)示意圖及特點(diǎn)如下：惠更斯目鏡它由兩個(gè)單透鏡構(gòu)成，間隔為d。如以以下列圖。光學(xué)特性為，天方望遠(yuǎn)鏡中常采用惠斯更斯目鏡。它的缺點(diǎn)是由于不存在實(shí)像面，因此不能安裝分劃鏡。【惠更斯目鏡構(gòu)造示意圖】【惠更斯目鏡光路示意圖】冉斯登目鏡它由兩個(gè)平凸透鏡構(gòu)成，其間隔d小于惠更斯目鏡兩透鏡的間距。當(dāng)目鏡兩塊透鏡的焦距和間隔相等時(shí)，可滿足校正垂軸色差的條件。但是整個(gè)目鏡的兩個(gè)焦點(diǎn)分別位于兩塊透鏡上，目鏡的工作距離為零。這種情況下不適合安裝分劃板，而且出瞳直徑小，也不利于觀察。一半將兩塊透鏡適當(dāng)縮短，如以以下列圖。其光學(xué)特性為，.冉斯登目鏡主要用于大地測(cè)量?jī)x器的望遠(yuǎn)鏡目鏡，一般用作測(cè)量和讀數(shù)?！救剿沟悄跨R構(gòu)造示意圖】【冉斯登目鏡光路示意圖】凱涅爾目鏡=45°~50°，≈1/2④對(duì)稱目鏡=40°~42°，≈3/4⑤無(wú)畸變目鏡=40°，≈3/4⑥艾爾弗目鏡=65°~72°≈4.10目鏡主要像差及分析：由于目鏡的視場(chǎng)大，出瞳又遠(yuǎn)離透鏡組，軸向光束在透鏡組上的投射高比較大，在透鏡外表上的入射角自然也就增大，因此軸外的斜光束像差，如慧差，象散，場(chǎng)曲，畸變和垂軸色差都大，所以目鏡的構(gòu)造一般都比較復(fù)雜。由于目鏡的焦距比較短，相對(duì)孔徑不大，因此目鏡的球差和軸向色差一般比較小。姑目鏡的像差校正以軸外像差為主，其中影響成像清晰的幾種像差，如慧差，象散，垂軸色差最重要。目鏡中的場(chǎng)曲一般不進(jìn)展校正。實(shí)際應(yīng)用中主要校正的是正像散，垂軸色差和慧差。目鏡是整個(gè)目視光學(xué)儀器的一個(gè)組成局部，因此在校正像差時(shí)，還必須考慮到它和物鏡之間的像差補(bǔ)償關(guān)系。 4.11棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)典型開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡看到的圖象，是上下左右顛倒的，為了適應(yīng)地面觀測(cè)的需要，必須在物鏡〔將遠(yuǎn)處的目標(biāo)成一倒立的實(shí)像〕后面加一組棱鏡，將倒立的實(shí)像轉(zhuǎn)為正立的實(shí)像。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)像的常用兩種構(gòu)造棱鏡：Porro棱鏡和Roof棱鏡。Porro棱鏡的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，透光率高，成像質(zhì)量好，但望遠(yuǎn)鏡體積偏大。為了抑制這個(gè)缺點(diǎn)，可以采用反向Porro棱鏡轉(zhuǎn)像，不過(guò)又帶來(lái)了新的問(wèn)題，物鏡的口徑偏小，不適合低照度環(huán)境下使用。Roof棱鏡的優(yōu)點(diǎn)是采用它之后望遠(yuǎn)鏡的體積可以做得最小，望遠(yuǎn)鏡的重量也隨之下降，但是這種棱鏡構(gòu)造復(fù)雜，且透光率比Porro棱鏡低5%，需鍍?cè)鐾改ぁＫ砸鰝€(gè)優(yōu)質(zhì)roof棱鏡望遠(yuǎn)鏡，需要付出很大代價(jià)。傳統(tǒng)普羅棱鏡(Porroprism),或曲筒型使用2個(gè)45°~90°~45°度直角棱鏡內(nèi)全反射原理,把光路折曲.優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單,透光率可達(dá)94%,而且物鏡相距基線變長(zhǎng),雙眼視差較大,影像較富立體感.缺點(diǎn)是體積較大,看近處景物容易 4.12轉(zhuǎn)折形式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)【折轉(zhuǎn)形式望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)光路圖】【等效示意圖】此處所選擇的是轉(zhuǎn)像棱鏡是porroI型棱鏡。該棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的特點(diǎn)：由兩個(gè)互相成直角〔主截面互相垂直〕放置的直角棱鏡構(gòu)成，也就是說(shuō)，如果一個(gè)棱鏡起直角的作用，那么另一個(gè)棱鏡的主截面與前者垂直，相當(dāng)于一個(gè)棱鏡的屋脊面，成倒像。實(shí)際上該棱鏡的作用等價(jià)于一個(gè)直角屋脊棱鏡，porroI型棱鏡系統(tǒng)不使光軸偏折，僅僅使光軸平移。 4.13光學(xué)系統(tǒng)初始構(gòu)造參數(shù)計(jì)算方法 望遠(yuǎn)鏡像差設(shè)計(jì)PW法在解初始構(gòu)造參數(shù)時(shí)，沒(méi)有考慮高級(jí)像差，又略去了透鏡的厚度，因此它只是一個(gè)近似解，其近似程度取決于所要求的視場(chǎng)和孔徑的大小。根據(jù)像差理論，光學(xué)系統(tǒng)的初級(jí)像差可以表示如下：初級(jí)球差：初級(jí)彗差：初級(jí)像散：匹茲伐爾場(chǎng)曲：初級(jí)畸變：初級(jí)位置色差：初級(jí)倍率色差：式中，分別表示光學(xué)系統(tǒng)的球差、彗差、像散、場(chǎng)曲和畸變的初級(jí)像差系數(shù)，分別為光學(xué)系統(tǒng)的位置色差和倍率色差的初級(jí)系數(shù)，k表示光學(xué)系統(tǒng)的面數(shù)。P、W的定義即：.為確定初級(jí)像差系數(shù)與光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)造參數(shù)