應(yīng)光11級ch8-9.ppt

1、8-5 幾何像差的曲線表示,沿軸色差,正弦差,沿軸球差,正弦差,桶形畸變,像散,垂軸色差,像散曲線,軸外子午球差,軸外弧矢球差,子午彗差,弧矢彗差,8-6 用波像差評價光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量,波像差：實際波面和理想波面之間的光程差，作為衡量該像點質(zhì)量優(yōu)劣的指標(biāo)，稱為波像差。一般最大波像差小于1/4波長，則改系統(tǒng)為理想成像，稱為瑞利準(zhǔn)則,入瞳,像面,-KT,慧差：光線對交點離開主光線的垂直距離， 表示其偏離主光線的程度,主光線,由子午光束所形成的像是一條垂直子午面的短線t稱為子午焦線 由弧矢光束所形成的像是一條垂直弧矢面的短線s稱為弧矢焦線 兩條短線間沿光軸方向的距離即表示像散的大小,Xts=Xt-

2、Xs,Bt 與Bs 是B點通過光學(xué)系統(tǒng)形成的子午像點與弧矢像點， 沿光軸之間的距離Bt Bs 是光學(xué)系統(tǒng)的像散 當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)的子午像點比弧矢像點更遠(yuǎn)離高斯像面，即 ltls，像散Xts為負(fù)值，反之，像散為正值 像散是物點遠(yuǎn)離光軸時的像差，隨視場的增大而迅速增大,如果軸外物點是“十”字形圖案,軸外點細(xì)光束成像，將會產(chǎn)生像散和場曲. 它們是互相關(guān)聯(lián)的像差 若光學(xué)系統(tǒng)存在像散，則實際像面還受像散的影響而形成子午像面和弧矢像面 場曲是像場彎曲的簡稱 場曲是物平面形成曲面像的一種像差 以子午場曲和弧矢場曲來表征,畸變是垂軸（橫向）放大率隨 視場的增大而變化，所引起一 種失去物像相似的像差畸變的 存在使軸外

3、直線成為曲線像,波像差查看,8.7 理想光學(xué)系統(tǒng)的分辨率,剛可分辨,不可分辨,非相干疊加,當(dāng)一個愛里斑的邊緣（即第一暗環(huán)）正好落在另一個愛里斑的中心時，是兩個物點分辨的極限。,光的衍射,剛能分辨,對比度,對比度為0.02時人眼剛能分辨出兩個像點,兩物點的衍射光斑，若其中一個的中央極大，恰與另一個的第一極小相重，則認(rèn)為這兩物點恰可分辨.,瑞利 判據(jù)：,這種情況下，兩衍射圖樣的中心的光強度約為中央極大的82%以上，這可由 兩個衍射圖樣的光強曲線簡單相加得到.大多數(shù)人的視覺可以分辨出.,應(yīng)用瑞利判據(jù)的條件：,（2）被成像的兩光源點須是不相干的.,（3）兩光源的頻率，強度相差不大.,（像差較大的愛里斑

4、,外圍次極大的光強遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了16%，它們大大影響分辨本領(lǐng)）,第九章 望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡,顯微鏡,9.1望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)參數(shù),Magnifying power: Field angle of view: Exit pupil diameter: Exit pupil distance: Resolution power: Parallax angle視差角:,9.2 望遠(yuǎn)鏡的物鏡,望遠(yuǎn)物鏡的光學(xué)特性都用相對孔徑 D/f 、焦距 f 和視場角2表示。,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)構(gòu)的尺寸。,望遠(yuǎn)物鏡可分為三種結(jié)構(gòu)型式：即(refractive)折射式、(reflective)反射式和

5、(refractive-reflective)折反射式望遠(yuǎn)物鏡。,（一）Refractive Telescope Objective(折射式望遠(yuǎn)物鏡),(1)Doublet(雙膠合物鏡)：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，光能損失少?？梢酝瑫r校正球差、正弦差和色差。,因為膠合面上產(chǎn)生比較大的正高級球差，相對孔徑要受到限制。,這種物鏡不能校正軸外像差，所以視場角2不得超過810。,（2）Two Separate Single Lens(雙分離物鏡),與雙膠合物鏡相比，其可以在更大的范圍內(nèi)選擇玻璃對，使球差、色差和正弦差同時得到校正，只是裝配校正比較困難。,（3）Triplet Lens(三分離物鏡),將雙分離

6、物鏡中的正透鏡一分為二。,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。,用光學(xué)零件位置的變化，實現(xiàn)調(diào)焦作用的光學(xué)系統(tǒng)稱為調(diào)焦系統(tǒng)。,（4）內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)物鏡,調(diào)焦系統(tǒng)分為外調(diào)焦和內(nèi)調(diào)焦。,若以目鏡相對于物鏡的位置變化實現(xiàn)調(diào)焦稱外調(diào)焦系統(tǒng)。,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。,當(dāng)物體在有限遠(yuǎn)時，移動物鏡中的一塊負(fù)透鏡，使物鏡所成的像仍然在固定的分劃板處。這種系統(tǒng)就稱為內(nèi)調(diào)焦系統(tǒng)。該系統(tǒng)尺寸小，攜帶方便，密封性能好，在大堤測量儀器中多采用此光路.,（二）Reflective Telescopic Objective Lens (反射式望遠(yuǎn)物鏡),天文望遠(yuǎn)鏡

7、常用反射式物鏡。,目前，多采用雙反射系統(tǒng)來做為天文望遠(yuǎn)鏡的物鏡。,比較著名的雙反射系統(tǒng)由兩種： Cassegrain System (卡塞格林系統(tǒng))和 Gregorian System (格列果里系統(tǒng)) 。,Cassegrain System(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。,主鏡,副鏡,F,Gregorian System(格里高里系統(tǒng))也是有兩個反射面組成，主鏡仍為拋物面，副鏡改為橢球面，所成的像正像,這種結(jié)構(gòu)的筒長比較長。,（三） refractive-reflective telescopic objective len

8、s (折反射系統(tǒng)),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，但加工比較困難。,折反射型望遠(yuǎn)物鏡比較典型的有Schmidt Objective (施密特物鏡)和maksutov objective lens(馬克蘇托夫物鏡),施密特物鏡由球面主鏡和施密特校正板組成。,非球面的面型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。,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。,F,施密特校正板,馬克蘇托夫物鏡由球面主鏡和副彎月型厚透鏡組成。,彎月形厚透鏡的結(jié)構(gòu)若滿足下面條件就可以不產(chǎn)生色差，所以可用它來補償主鏡產(chǎn)生的球差。,

9、9.4 望遠(yuǎn)鏡目鏡,目鏡是望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的重要組成部分。,目鏡的光學(xué)特性由它的視場角2、焦距 f、相對鏡目距 p /f和工作距 l2 來決定。,p是像空間近點到出瞳的距離。,目鏡的工作距 l2 是目鏡第一面頂點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)。,目鏡的這些光學(xué)特性決定了目鏡的像差特性：它的軸上點像差不大。,目前，常用的望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的目鏡有惠更斯目鏡（Huygens eyepiece）、冉斯登（Ramsden)目鏡、凱涅爾(Kellner)目鏡、對稱(Symmertrical)目鏡、無畸變(Orthoscopic)目鏡、廣角(Erfle)目鏡等等

10、。,1、惠更斯目鏡和冉斯登目鏡,惠更斯目鏡由兩塊平凸透鏡組成，其間隔為d。,場鏡,接目鏡,物鏡像面,視場光闌,接目鏡物方焦面,出射光瞳（眼瞳）,d,場鏡所產(chǎn)生的軸外差很大，很難予以補償。所以該目鏡結(jié)構(gòu)不宜在視場光闌平面上設(shè)置分劃板，因此惠更斯目鏡不宜用在測量儀器中。,冉斯登目鏡由兩塊凸面相對的平凸透鏡組成，其間隔d小于惠更斯目鏡兩透鏡的間距。,在成像質(zhì)量上，由于冉斯登目鏡的間隔小， 所以冉斯登目鏡的場曲小于惠更斯目鏡的場曲。,場鏡,接目鏡,視場光闌（物鏡像平面 目鏡前焦面）,出瞳（眼瞳）,d,2、凱涅爾(Kellner)目鏡,凱涅爾目鏡可認(rèn)為是冉斯登的接目鏡改成雙膠合鏡組而得到的。,改成雙膠合

11、透鏡就能在校正彗差和像散的同時，校正好倍率色差。,3、對稱式(Symmertrical)目鏡,對稱式目鏡是應(yīng)用非常廣泛的中等視場目鏡。,它由兩個雙膠合鏡組構(gòu)成。,4、無畸變(Orthoscopic)目鏡,無畸變目鏡是由一個平凸的接目鏡和一組三膠合的透鏡組構(gòu)成的。,出瞳,這種目鏡的鏡目距很大，所以在有相同的鏡目距時，無畸變目鏡的設(shè)計焦距可以選得小一些，使結(jié)構(gòu)更加緊湊一些。,這種特點非常適用于大地測量儀器和軍用儀器。,5、廣角(Erfle)目鏡,廣角目鏡是為適應(yīng)大視場系統(tǒng)而設(shè)計的。,由于視場角增大，場曲也隨之增大。,為了保證像差的要求，目鏡的結(jié)構(gòu)必須復(fù)雜化，或在系統(tǒng)中加入負(fù)光焦度的透鏡；或增加正透

12、鏡組的數(shù)目，是光焦度分散。,下圖是兩種視場在60以上的廣角目鏡，接目鏡用兩塊透鏡代替。,I 型,出瞳,II 型,出瞳,3. 由已知f1=50, f2=-150 的兩個薄透鏡組成的 光學(xué)系統(tǒng)，對一實物成一放大4倍的實像，并且第 一透鏡的放大率為-2，試求：1.兩透鏡的間隔； 2.物像之間的距離；保持物面位置不變，移動第 一透鏡至何處時，仍能在原像面位置得到物體的 清晰像？與此相應(yīng)的垂鈾放大率為多大? （共15分）,4.在一個視放大率2倍伽里略望遠(yuǎn)鏡物鏡前 加一個焦距為100mm的正透鏡，構(gòu)成個組 合放大鏡。問此組合放大鏡的視放大率等于 多少倍？對一個近視500度的觀察者，需要 調(diào)節(jié)視度，目鏡應(yīng)向哪個方向移動(靠近物鏡 還是遠(yuǎn)離物鏡)？若目鏡焦距為20，目鏡的移 動量是多少?（共15分）,1. 一雙200度的近視眼，其遠(yuǎn)點在什么位置？ 矯正時應(yīng)戴何種眼鏡？焦距多大？若鏡片 的折 射率為1.5，第一面的半徑是第二面半徑的4倍， 求眼鏡片兩個表面的半徑。,習(xí)題：,2. 一個人的近視程度是2D，調(diào)節(jié)范圍是8D， 求：遠(yuǎn)點距離，近點距離，配戴 100度的近 視鏡求該鏡的焦距及戴上后看清的遠(yuǎn)點距離 和近點距離。,3.一個20倍的望遠(yuǎn)鏡，視場角2W3.2度，物鏡的焦距 500mm，