光學(xué)設(shè)計4望遠

1、第四章第四章 典型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計典型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計 要求要求 ： 掌握各種典型光學(xué)系統(tǒng)的特點、類型掌握各種典型光學(xué)系統(tǒng)的特點、類型和設(shè)計方法。和設(shè)計方法。 重點：重點： 根據(jù)儀器要求確定光學(xué)系統(tǒng)的類型。根據(jù)儀器要求確定光學(xué)系統(tǒng)的類型。 第一節(jié)第一節(jié) 望遠光學(xué)系望遠光學(xué)系統(tǒng)統(tǒng) 一、望遠系統(tǒng)的一一、望遠系統(tǒng)的一般特性般特性 望遠系統(tǒng)一般由物望遠系統(tǒng)一般由物鏡、目鏡和棱鏡鏡、目鏡和棱鏡（或透鏡）轉(zhuǎn)像系（或透鏡）轉(zhuǎn)像系統(tǒng)構(gòu)成。統(tǒng)構(gòu)成。出射光瞳目鏡視場光闌物鏡（孔徑光闌） 對一個望遠系統(tǒng)的要求，首先是它的光學(xué)對一個望遠系統(tǒng)的要求，首先是它的光學(xué)性能，主要有：視放大率性能，主要有：視放大率、視場角、視場角2、

2、出瞳直徑出瞳直徑D、出瞳距離、出瞳距離LZ。 另外，對于軍用光學(xué)儀器來說，儀器的外另外，對于軍用光學(xué)儀器來說，儀器的外形、體積和重量也是十分重要的技術(shù)指標(biāo)。形、體積和重量也是十分重要的技術(shù)指標(biāo)。 除此以外，一般還提出一些保證產(chǎn)品質(zhì)量除此以外，一般還提出一些保證產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)條件，如：分辨率、視差角。對雙的技術(shù)條件，如：分辨率、視差角。對雙眼儀器，還有光軸平行性和相對像傾斜的眼儀器，還有光軸平行性和相對像傾斜的要求。要求。 （一）視放大率（一）視放大率 視放大率必須滿足對儀器的精度要求視放大率必須滿足對儀器的精度要求: 1.觀察儀器觀察儀器 2.瞄準(zhǔn)儀器瞄準(zhǔn)儀器 3.測距儀器測距儀器 視放大率除

3、了和儀器的精度有關(guān)外，還和視放大率除了和儀器的精度有關(guān)外，還和其他因素有關(guān)，必須同時兼顧其他因素有關(guān)，必須同時兼顧: 1.和儀器體積、重量的關(guān)系和儀器體積、重量的關(guān)系 2.和視場角的關(guān)系和視場角的關(guān)系 3.儀器的使用條件對視放大率的限制儀器的使用條件對視放大率的限制 4.望遠鏡的有效放大率望遠鏡的有效放大率 （二）視場角（二）視場角2 （三）出瞳直徑（三）出瞳直徑D （四）出瞳距離（四）出瞳距離LZ （五）分辨率（五）分辨率 （六）視差角（六）視差角 望遠系統(tǒng)的放大率主要有以下幾種：望遠系統(tǒng)的放大率主要有以下幾種： 垂軸放大率垂軸放大率21ff 角放大率角放大率 12ff 軸向放大率軸向放大率

4、 221ff 望遠系統(tǒng)的放大率取決于望遠系統(tǒng)的物鏡望遠系統(tǒng)的放大率取決于望遠系統(tǒng)的物鏡和目鏡焦距。和目鏡焦距。 對于目視光學(xué)儀器來說，更有意義的特性對于目視光學(xué)儀器來說，更有意義的特性是它的視放大率，即人眼通過望遠系統(tǒng)觀是它的視放大率，即人眼通過望遠系統(tǒng)觀察物體時，物體的像對眼睛的張角察物體時，物體的像對眼睛的張角 的正的正切值與眼睛直接觀察物體時物體對眼睛的切值與眼睛直接觀察物體時物體對眼睛的張角張角的正切值之比，用的正切值之比，用表示。表示。tantan=12ff 第二節(jié)第二節(jié) 望遠物鏡設(shè)計望遠物鏡設(shè)計 一望遠物鏡光學(xué)特性與結(jié)構(gòu)類型一望遠物鏡光學(xué)特性與結(jié)構(gòu)類型 光學(xué)特性光學(xué)特性 （1）相對

5、孔徑不大；）相對孔徑不大； 望遠物鏡的相對孔徑望遠物鏡的相對孔徑D/f一般小于一般小于1/5。 （2）視場較??；）視場較??； 通常望遠物鏡的視場不大于通常望遠物鏡的視場不大于10。 由于望遠物鏡視場較小，因此，通常只校正由于望遠物鏡視場較小，因此，通常只校正球差、彗差和軸向色差。球差、彗差和軸向色差。 由于望遠物鏡要和目鏡、棱鏡或透鏡式轉(zhuǎn)由于望遠物鏡要和目鏡、棱鏡或透鏡式轉(zhuǎn)像系統(tǒng)配合使用，所以在設(shè)計物鏡時應(yīng)當(dāng)像系統(tǒng)配合使用，所以在設(shè)計物鏡時應(yīng)當(dāng)考慮到它和其它部分的像差補償?？紤]到它和其它部分的像差補償。 望遠鏡屬于目視光學(xué)儀器，設(shè)計目視光學(xué)望遠鏡屬于目視光學(xué)儀器，設(shè)計目視光學(xué)儀器一般對儀器一般

6、對F光（光（ 486.3nm）和）和C光光（ 656.28nm）計算和校正色差，對）計算和校正色差，對D光光（ 589.3nm ）校正單色像差。）校正單色像差。 2、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)類型 望遠物鏡分折射式、反射式和折反射式三望遠物鏡分折射式、反射式和折反射式三類。類。 （1）折射式物鏡）折射式物鏡 折射式物鏡種類很多，主要有雙膠合、雙折射式物鏡種類很多，主要有雙膠合、雙膠合膠合-單、單單、單-雙膠合、三分離、對稱和攝遠雙膠合、三分離、對稱和攝遠6種。其主要光學(xué)特性、特點如下：種。其主要光學(xué)特性、特點如下： （）雙膠合（）雙膠合: 視場為視場為 10，不同，不同焦距適用的最大相對孔焦距適用的最大相

7、對孔徑徑 為：為：2fDf /。、101/100061/30041/15031/50 () 雙膠合雙膠合-單單: 相對孔徑相對孔徑 為為 1312，透鏡，透鏡口徑口徑 100,視視 場角場角 5。 fDD2 () 單單-雙膠合雙膠合: 相對孔徑相對孔徑 為為 1312.5， 透透鏡口徑鏡口徑 100, 視視場角場角 5。 fDD2 （）三分離（）三分離: 相對孔徑相對孔徑 為為 1211.5，視，視場角場角 4。 fD2 () 對稱式物鏡對稱式物鏡: 適合于短焦距、大視適合于短焦距、大視場、小相對孔徑使場、小相對孔徑使 用，用， 50， 15， 30。 f fD2 （）攝遠：（）攝遠： 由正、

8、負(fù)兩個分離薄由正、負(fù)兩個分離薄透鏡組構(gòu)成，系統(tǒng)長透鏡組構(gòu)成，系統(tǒng)長度小于焦距，系統(tǒng)的度小于焦距，系統(tǒng)的相對孔徑受前組相對相對孔徑受前組相對孔徑的限制?？讖降南拗啤?（）攝遠物鏡：（）攝遠物鏡： 由雙膠合由雙膠合-厚彎月構(gòu)厚彎月構(gòu)成。成。 （2）反射式和折反射式物鏡）反射式和折反射式物鏡 反射式和折反射式物鏡在大孔徑、長焦距的望遠系反射式和折反射式物鏡在大孔徑、長焦距的望遠系統(tǒng)中采用。統(tǒng)中采用。 雙反射面系統(tǒng)是應(yīng)用較多的反射式物鏡，主要有三雙反射面系統(tǒng)是應(yīng)用較多的反射式物鏡，主要有三種形式：種形式： 一是卡塞格林系統(tǒng)，其主鏡（大反射鏡）是拋物面，一是卡塞格林系統(tǒng)，其主鏡（大反射鏡）是拋物面，副鏡

9、（小反射鏡）是雙曲面，成倒像，鏡筒短；副鏡（小反射鏡）是雙曲面，成倒像，鏡筒短； 二是格里果里系統(tǒng)，其主鏡仍是拋物面，二是格里果里系統(tǒng)，其主鏡仍是拋物面，副鏡是橢球面，成正像，鏡筒長。副鏡是橢球面，成正像，鏡筒長。 三是牛頓系統(tǒng)：它由一個拋物面主鏡和一三是牛頓系統(tǒng)：它由一個拋物面主鏡和一塊與光軸成塊與光軸成45的平面反射鏡構(gòu)成。拋物的平面反射鏡構(gòu)成。拋物面能把無限遠的軸上點在它的焦點成一個面能把無限遠的軸上點在它的焦點成一個理想的像點。第二個平面反射鏡同樣能理理想的像點。第二個平面反射鏡同樣能理想成像。想成像。 折反射系統(tǒng)是卡塞格林系統(tǒng)的改進。它是由折反射系統(tǒng)是卡塞格林系統(tǒng)的改進。它是由球面主

10、鏡和校正透鏡（又稱校正板）組成。球面主鏡和校正透鏡（又稱校正板）組成。 二雙膠合物鏡，雙分離物鏡設(shè)計二雙膠合物鏡，雙分離物鏡設(shè)計 雙膠合物鏡的設(shè)計雙膠合物鏡的設(shè)計 雙膠合物鏡是一種常用的望遠物鏡，它的結(jié)雙膠合物鏡是一種常用的望遠物鏡，它的結(jié)構(gòu)簡單，光能損失小，合理選擇玻璃和彎曲構(gòu)簡單，光能損失小，合理選擇玻璃和彎曲能校正球差，彗差和色差，但不能消除像散，能校正球差，彗差和色差，但不能消除像散，場曲與畸變，故視場不大，一般不超過場曲與畸變，故視場不大，一般不超過10，二級光譜與色球差也不能校正。二級光譜與色球差也不能校正。 對于雙膠合物鏡，一般在焦距不長，相對孔對于雙膠合物鏡，一般在焦距不長，相

11、對孔徑不大的系統(tǒng)中采用。徑不大的系統(tǒng)中采用。 若物鏡焦距加大，相對孔徑則隨之減少，若物鏡焦距加大，相對孔徑則隨之減少，在獲得優(yōu)良像質(zhì)的情況下，它們之間的對在獲得優(yōu)良像質(zhì)的情況下，它們之間的對應(yīng)關(guān)系如下表應(yīng)關(guān)系如下表 ： 物鏡焦距與相對孔徑的對應(yīng)關(guān)系物鏡焦距與相對孔徑的對應(yīng)關(guān)系焦距501001502003005001000相對孔徑 315 . 3141516181101 雙分離物鏡設(shè)計雙分離物鏡設(shè)計 雙分離物鏡的正負(fù)透鏡用一空氣隙隔開，彎雙分離物鏡的正負(fù)透鏡用一空氣隙隔開，彎曲較雙膠合物鏡自由，能減少中間帶球差，曲較雙膠合物鏡自由，能減少中間帶球差，加大相對孔徑（加大相對孔徑（12.5 13），

12、視場角達），視場角達12，色球差不能校正，二級光譜由于透鏡分，色球差不能校正，二級光譜由于透鏡分離而略有增大。離而略有增大。 雙分離和雙膠合物鏡比較有如下優(yōu)缺點：雙分離和雙膠合物鏡比較有如下優(yōu)缺點： 適用于直徑加大的情況適用于直徑加大的情況,雙膠合物鏡因受雙膠合物鏡因受膠層應(yīng)力及脫膠的影響，直徑不宜超過膠層應(yīng)力及脫膠的影響，直徑不宜超過100，而雙分離物鏡沒有這種限制；，而雙分離物鏡沒有這種限制； 光能損失比雙膠合物鏡大些；光能損失比雙膠合物鏡大些； 雙分離物鏡裝配對中困難，使用中也容易雙分離物鏡裝配對中困難，使用中也容易喪失共軸性。喪失共軸性。 三攝遠物鏡設(shè)計三攝遠物鏡設(shè)計 攝遠物鏡是由一正

13、透鏡組和一遠離的負(fù)透鏡攝遠物鏡是由一正透鏡組和一遠離的負(fù)透鏡組成，或在雙膠合物鏡后加一塊厚彎月形透組成，或在雙膠合物鏡后加一塊厚彎月形透鏡組成。這種物鏡除校正球差，彗差和像散鏡組成。這種物鏡除校正球差，彗差和像散外，由于后組是負(fù)光焦度，故能校正場曲。外，由于后組是負(fù)光焦度，故能校正場曲。這種物鏡主面外移，能縮短筒長。這種物鏡主面外移，能縮短筒長。 正正-負(fù)鏡組遠離攝遠物鏡設(shè)計負(fù)鏡組遠離攝遠物鏡設(shè)計 這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點有：這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點有： （系統(tǒng)長度）（系統(tǒng)長度） ,一一 般般 （23 34） 因為由兩薄透鏡組構(gòu)成，因此可能校正因為由兩薄透鏡組構(gòu)成，因此可能校正4種單色像差種單色像差球差，

14、彗差，場曲和像散，因此球差，彗差，場曲和像散，因此它的視場角比較大，同時可利用它的校正像差它的視場角比較大，同時可利用它的校正像差的能力來補償目鏡的像差，使目鏡的結(jié)構(gòu)簡化，的能力來補償目鏡的像差，使目鏡的結(jié)構(gòu)簡化，或提高整個系統(tǒng)的像質(zhì)?；蛱岣哒麄€系統(tǒng)的像質(zhì)。L fL f 這種物鏡的缺點是：系統(tǒng)的相對孔徑比較小，這種物鏡的缺點是：系統(tǒng)的相對孔徑比較小，因前組的相對孔徑一般比整個系統(tǒng)的相對孔因前組的相對孔徑一般比整個系統(tǒng)的相對孔徑大一倍以上，如雙膠合光組徑大一倍以上，如雙膠合光組 ,則整則整個光組的為個光組的為 。41fD81fD 第三節(jié)第三節(jié) 顯微物鏡設(shè)計顯微物鏡設(shè)計 一顯微物鏡概述一顯微物鏡概

15、述 顯微鏡由物鏡和目鏡組合而成，其作用是顯微鏡由物鏡和目鏡組合而成，其作用是把被觀察的物體，放大為一個實像位于目把被觀察的物體，放大為一個實像位于目鏡的焦面上，然后通過目鏡成像在無限遠鏡的焦面上，然后通過目鏡成像在無限遠供人眼觀察。供人眼觀察。 短焦距，大孔徑，小視場是顯微物鏡的特短焦距，大孔徑，小視場是顯微物鏡的特點。選用和設(shè)計時，考慮的光學(xué)特性中最點。選用和設(shè)計時，考慮的光學(xué)特性中最重要的是放大率（重要的是放大率（），數(shù)值孔徑（），數(shù)值孔徑（NA）和線視場（和線視場（ y ，y ）。）。 二結(jié)構(gòu)類型二結(jié)構(gòu)類型 顯微物鏡根據(jù)用途不同分為消色差物鏡，顯微物鏡根據(jù)用途不同分為消色差物鏡，復(fù)消色差

16、物鏡，平場消色差物鏡和折反射復(fù)消色差物鏡，平場消色差物鏡和折反射物鏡。物鏡。 用于顯微鏡觀察時，一般選用消色差物鏡用于顯微鏡觀察時，一般選用消色差物鏡或復(fù)消色差物鏡；用于顯微攝影時，一般或復(fù)消色差物鏡；用于顯微攝影時，一般選用平場消色差物鏡，使顯微攝像像面上選用平場消色差物鏡，使顯微攝像像面上獲得全視場清晰的像。獲得全視場清晰的像。 消色差物鏡消色差物鏡 消色差物鏡指對兩條譜線校正軸向色差的消色差物鏡指對兩條譜線校正軸向色差的物鏡?，F(xiàn)有普及型顯微物鏡大多屬于消色物鏡?，F(xiàn)有普及型顯微物鏡大多屬于消色差型，能滿足一般的顯微觀察需要。差型，能滿足一般的顯微觀察需要。 它校正近軸區(qū)域的球差，彗差和位置

17、色差，它校正近軸區(qū)域的球差，彗差和位置色差，但邊緣像質(zhì)較差。消色差型顯微物鏡按但邊緣像質(zhì)較差。消色差型顯微物鏡按NA大小有四種形式：大小有四種形式： 雙膠合物鏡（低倍消色差物鏡）：用于雙膠合物鏡（低倍消色差物鏡）：用于低倍顯微物鏡用，放大倍數(shù)為低倍顯微物鏡用，放大倍數(shù)為 ,NA0.10.15。1 5 兩組雙膠合物鏡：李斯特兩組雙膠合物鏡：李斯特型。中倍顯微物鏡用，放大型。中倍顯微物鏡用，放大倍數(shù)為倍數(shù)為 ，NA0.250.3。8 20 阿米西型物鏡。在李斯特型物鏡前加一阿米西型物鏡。在李斯特型物鏡前加一個不暈半球形透鏡構(gòu)成個不暈半球形透鏡構(gòu)成 。用于中倍及高倍。用于中倍及高倍顯微物鏡，放大倍數(shù)

18、為顯微物鏡，放大倍數(shù)為 ,NA0.40.65。25 40 阿貝型油浸物鏡：在阿貝型油浸物鏡：在阿米西型物鏡前片與中阿米西型物鏡前片與中組之間加一塊彎月正透組之間加一塊彎月正透鏡，便成阿貝型物鏡。鏡，便成阿貝型物鏡。 放大倍數(shù)可達放大倍數(shù)可達 ，NA1.251.4。油浸物。油浸物鏡的前片選用折射率與鏡的前片選用折射率與油浸相同或略高的玻璃。油浸相同或略高的玻璃。90 100 平場物鏡平場物鏡 消色差物鏡殘留嚴(yán)重場曲，為了適應(yīng)顯微消色差物鏡殘留嚴(yán)重場曲，為了適應(yīng)顯微攝影的需要，發(fā)展為平（像）場消色差物攝影的需要，發(fā)展為平（像）場消色差物鏡，簡稱平場物鏡。鏡，簡稱平場物鏡。 平場物鏡是使場曲和像散都

19、得到很好的校平場物鏡是使場曲和像散都得到很好的校正消色差物鏡。正消色差物鏡。 復(fù)消色差物鏡復(fù)消色差物鏡 復(fù)消色差物鏡是指校正二級光譜色差的物復(fù)消色差物鏡是指校正二級光譜色差的物鏡。通常我們說消色差是指消除或校正指鏡。通常我們說消色差是指消除或校正指定的兩種顏色光線像點位置之差。定的兩種顏色光線像點位置之差。 4. 反射和折反射顯微物鏡反射和折反射顯微物鏡 在顯微鏡中使用反射和折反射系統(tǒng)的情況在顯微鏡中使用反射和折反射系統(tǒng)的情況主要有兩種。主要有兩種。 第一種是用于紫外或近紅外的系統(tǒng)。由于第一種是用于紫外或近紅外的系統(tǒng)。由于能夠透過紫外或遠紅外的光學(xué)材料十分有能夠透過紫外或遠紅外的光學(xué)材料十分有

20、限，無法設(shè)計出高性能的光學(xué)系統(tǒng)，只能限，無法設(shè)計出高性能的光學(xué)系統(tǒng)，只能使用反射或折反射系統(tǒng)。使用反射或折反射系統(tǒng)。 反射式的顯微物鏡。光學(xué)特性為反射式的顯微物鏡。光學(xué)特性為50倍，倍，NA=0.56，它可以在，它可以在0.1510m波長范圍波長范圍內(nèi)工作。中心遮光比為內(nèi)工作。中心遮光比為0.5。 折反射顯微鏡物鏡。光學(xué)特性為折反射顯微鏡物鏡。光學(xué)特性為53倍，倍，NA=0.72。系統(tǒng)中只使用了能透過紫外光的石英玻璃和熒石，系統(tǒng)中只使用了能透過紫外光的石英玻璃和熒石，因此可以在因此可以在0.25m到整個可見光波段范圍內(nèi)工到整個可見光波段范圍內(nèi)工作。它的中心遮光比為作。它的中心遮光比為0.3。

21、用水作浸液的紫外物鏡。整個物鏡都是用用水作浸液的紫外物鏡。整個物鏡都是用石英玻璃構(gòu)成的它的光學(xué)特性為石英玻璃構(gòu)成的它的光學(xué)特性為172倍，倍，NA=0.9。 另一種情況是為了增加顯微鏡的工作距離。由于反另一種情況是為了增加顯微鏡的工作距離。由于反射鏡能折疊光路，因此能構(gòu)成一種工作距離長、倍射鏡能折疊光路，因此能構(gòu)成一種工作距離長、倍率高而筒長和一般顯微鏡物鏡相同的系統(tǒng)。如圖是率高而筒長和一般顯微鏡物鏡相同的系統(tǒng)。如圖是一種使顯微鏡物鏡工作距離增長的附加系統(tǒng)，光學(xué)一種使顯微鏡物鏡工作距離增長的附加系統(tǒng)，光學(xué)特性為特性為NA=0.57。工件距離可達。工件距離可達12.8mm。 長工作距離的反射式顯

22、微鏡物鏡。光學(xué)特長工作距離的反射式顯微鏡物鏡。光學(xué)特性為性為40倍，倍，NA=0.52。 三三. 顯微物鏡設(shè)計時應(yīng)校正的像差顯微物鏡設(shè)計時應(yīng)校正的像差 設(shè)計顯微物鏡主要校正軸上點的像差和小設(shè)計顯微物鏡主要校正軸上點的像差和小視場的像差：球差視場的像差：球差 ，軸向色差，軸向色差 和正弦差和正弦差 ，但對較高倍率的顯微鏡，但對較高倍率的顯微鏡 ,由于數(shù)值孔徑加大由于數(shù)值孔徑加大,除了校正這三種像差的除了校正這三種像差的邊緣像差之外，還必須同時校正它們的孔邊緣像差之外，還必須同時校正它們的孔徑高級像差徑高級像差 ，如孔徑高級球差，如孔徑高級球差 , 色色球差球差 ，高級正弦差，高級正弦差 。 )

23、( L) (FCL) (SC) (SNL) (FCL) (SNSC 平場消色差物鏡要求整個視場成像都比較平場消色差物鏡要求整個視場成像都比較清晰，除了校正球差，軸向色差和正弦差清晰，除了校正球差，軸向色差和正弦差外，還要求校正場曲，像散和垂軸色差。外，還要求校正場曲，像散和垂軸色差。 由于顯微鏡屬于目視光學(xué)儀器，因此它同由于顯微鏡屬于目視光學(xué)儀器，因此它同樣對樣對F光和光和C光消色差，對光消色差，對D光校正單色像光校正單色像差。差。 第四節(jié)第四節(jié) 目鏡設(shè)計目鏡設(shè)計 目鏡是在光學(xué)系統(tǒng)中將物鏡所成的像放大目鏡是在光學(xué)系統(tǒng)中將物鏡所成的像放大后供眼睛觀察的透鏡。目鏡中最靠近眼睛后供眼睛觀察的透鏡。目

24、鏡中最靠近眼睛的透鏡稱接目鏡。的透鏡稱接目鏡。 目鏡從使用功能來說可分為觀察目鏡和攝目鏡從使用功能來說可分為觀察目鏡和攝影（攝錄）目鏡兩大類。影（攝錄）目鏡兩大類。 一目鏡光學(xué)特性與結(jié)構(gòu)類型一目鏡光學(xué)特性與結(jié)構(gòu)類型1、光學(xué)特性：、光學(xué)特性： 因為眼睛的瞳孔要與出瞳重合，故鏡目因為眼睛的瞳孔要與出瞳重合，故鏡目距不能太短，一般不應(yīng)小于距不能太短，一般不應(yīng)小于6或或8，以以10左右最適宜。在軍用儀器中，通左右最適宜。在軍用儀器中，通常要求鏡目距較長，要求常要求鏡目距較長，要求20以上。以上。 與其它光組比較，目鏡具有以下特點：與其它光組比較，目鏡具有以下特點： 焦距短（焦距短（1040）；）； 相

25、對孔徑中等（相對孔徑中等（13110），顯微），顯微鏡目鏡較?。ㄧR目鏡較小（110）；）； 視場大（視場大（30120）；）； 光闌位于系統(tǒng)光組外部，（惠更斯目鏡光闌位于系統(tǒng)光組外部，（惠更斯目鏡例外，其光闌位于光組中間）；例外，其光闌位于光組中間）； 入瞳和出瞳遠離透鏡組，入瞳遠離透鏡入瞳和出瞳遠離透鏡組，入瞳遠離透鏡組，出瞳位于后方的一定距離上。組，出瞳位于后方的一定距離上。 二、結(jié)構(gòu)類型二、結(jié)構(gòu)類型 名稱名稱 主要技術(shù)主要技術(shù) 參數(shù)參數(shù) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 主要特點主要特點 惠更斯惠更斯 2=4045由凸面對向由凸面對向物鏡的兩個物鏡的兩個平凸透鏡組平凸透鏡組成的內(nèi)焦點成的內(nèi)焦點目鏡。結(jié)構(gòu)目鏡。結(jié)

26、構(gòu)最簡單，觀最簡單，觀察時常用；察時常用；但不能安放但不能安放分劃板，不分劃板，不存在實像面。存在實像面。 出瞳視場光闌冉冉 斯斯登登 2=3040 由凸面相對由凸面相對的兩個平凸的兩個平凸透鏡組成的透鏡組成的目鏡。視場目鏡。視場光闌位于鏡光闌位于鏡前，出瞳直前，出瞳直徑和鏡目距徑和鏡目距不大，可安不大，可安放分劃板，放分劃板，用于測試儀用于測試儀器上。器上。 出瞳視場光闌開涅開涅爾爾 2=4050 結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)簡單，像質(zhì)較好，像質(zhì)較好，應(yīng)用廣泛，應(yīng)用廣泛，是平場目鏡是平場目鏡的主要形式；的主要形式；前組雙凸透前組雙凸透鏡，后組鏡，后組(接接目鏡目鏡)是正負(fù)是正負(fù)透鏡組成的透鏡組成的膠合透鏡

27、的膠合透鏡的目鏡。目鏡。對對稱稱 2=4050 結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)構(gòu)緊湊，工藝性好，工藝性好，適用于短適用于短焦距，較焦距，較長鏡目距長鏡目距的場合，的場合，瞄準(zhǔn)儀器瞄準(zhǔn)儀器常用。常用。 消消畸畸變變 2=4050 像質(zhì)較像質(zhì)較好，特好，特別是畸別是畸變小，變小，適用于適用于測量儀測量儀器。器。 柯柯尼尼希希 2=4050 是簡化是簡化了的消了的消畸變目畸變目鏡。鏡。 廣廣角角型型 2=6070 廣視場（廣角）廣視場（廣角）目鏡目鏡視場比視場比同焦距的普通同焦距的普通目鏡大的目鏡。目鏡大的目鏡。兩單透鏡構(gòu)成兩單透鏡構(gòu)成接目正透鏡組；接目正透鏡組；三膠合組成場三膠合組成場曲小，增加出曲小，增加出瞳距，

28、幫助接瞳距，幫助接目正透鏡組校目正透鏡組校正像差。正像差。 廣廣角角型型 2=6070 由雙膠合由雙膠合組加單透組加單透鏡構(gòu)成接鏡構(gòu)成接目正透鏡目正透鏡組；負(fù)光組；負(fù)光焦度膠合焦度膠合組位于后組位于后面，它起面，它起到協(xié)助校到協(xié)助校正接目正正接目正透鏡組像透鏡組像差的作用。差的作用。 二目鏡設(shè)計要點二目鏡設(shè)計要點 目鏡的像差校正目鏡的像差校正 目鏡的像差校正以軸外像差為主。在目鏡目鏡的像差校正以軸外像差為主。在目鏡設(shè)計中，主要校正像散，垂軸色差和彗差設(shè)計中，主要校正像散，垂軸色差和彗差這三種像差。因為彗差不會太大，因此，這三種像差。因為彗差不會太大，因此，目鏡的設(shè)計中最重要的是校正像散，垂軸目

29、鏡的設(shè)計中最重要的是校正像散，垂軸色差這兩種像差。色差這兩種像差。 在目鏡中一般不校正場曲，在廣角目鏡中在目鏡中一般不校正場曲，在廣角目鏡中只是設(shè)法使場曲減小些。只是設(shè)法使場曲減小些。 望遠目鏡與物鏡像差互相補償望遠目鏡與物鏡像差互相補償 在設(shè)計望遠目鏡時，需要考慮它與物鏡之在設(shè)計望遠目鏡時，需要考慮它與物鏡之間的像差補償關(guān)系。望遠鏡物鏡的結(jié)構(gòu)一間的像差補償關(guān)系。望遠鏡物鏡的結(jié)構(gòu)一般比較簡單，只能校正球差，彗差和軸向般比較簡單，只能校正球差，彗差和軸向色差，無法校正像散和垂軸色差。色差，無法校正像散和垂軸色差。 雖然由于物鏡的視場較小，這些像差一般不會很雖然由于物鏡的視場較小，這些像差一般不會

30、很大，但為了使整個系統(tǒng)獲得盡可能好的成像質(zhì)量，大，但為了使整個系統(tǒng)獲得盡可能好的成像質(zhì)量，物鏡殘留的像散和垂軸色差，要求由目鏡補償。物鏡殘留的像散和垂軸色差，要求由目鏡補償。 在目鏡中像散和垂軸色差兩種像差是比較容易控在目鏡中像散和垂軸色差兩種像差是比較容易控制的。目鏡的球差和軸向色差一般也不能完全校制的。目鏡的球差和軸向色差一般也不能完全校正，需要由物鏡來補償，因為在物鏡中這兩種像正，需要由物鏡來補償，因為在物鏡中這兩種像差也是很容易控制的。差也是很容易控制的。 彗差則盡可能獨立校正，如果在目鏡的設(shè)彗差則盡可能獨立校正，如果在目鏡的設(shè)計中，在優(yōu)先考慮像散和垂軸色差的校正計中，在優(yōu)先考慮像散和

31、垂軸色差的校正以后，有少量彗差無法完全校正，也可以以后，有少量彗差無法完全校正，也可以用物鏡的彗差進行補償。用物鏡的彗差進行補償。 這樣雖然物鏡和目鏡都分別留有一定的像這樣雖然物鏡和目鏡都分別留有一定的像差，但整個系統(tǒng)像差得到很好的校正，可差，但整個系統(tǒng)像差得到很好的校正，可以使系統(tǒng)的成像質(zhì)量得到提高以使系統(tǒng)的成像質(zhì)量得到提高。 以上所述是在目鏡和物鏡盡可能獨立校正以上所述是在目鏡和物鏡盡可能獨立校正像差的前提下，進一步考慮它們之間的像像差的前提下，進一步考慮它們之間的像差補償問題，這是對要求在物鏡后焦面差補償問題，這是對要求在物鏡后焦面（即目鏡前焦面）上安裝分劃板的望遠系（即目鏡前焦面）上安

32、裝分劃板的望遠系統(tǒng)來說的。統(tǒng)來說的。 如果系統(tǒng)中不要求安裝分劃板，則物鏡和如果系統(tǒng)中不要求安裝分劃板，則物鏡和目鏡的像差校正可以按整個系統(tǒng)統(tǒng)算時對目鏡的像差校正可以按整個系統(tǒng)統(tǒng)算時對整個系統(tǒng)進行再優(yōu)化，使系統(tǒng)整體光學(xué)性整個系統(tǒng)進行再優(yōu)化，使系統(tǒng)整體光學(xué)性能更佳。能更佳。 對顯微鏡目鏡來說，由于不同倍率的物鏡對顯微鏡目鏡來說，由于不同倍率的物鏡和目鏡要求互換使用，因此難于考慮物鏡和目鏡要求互換使用，因此難于考慮物鏡和目鏡的像差補償問題，一般都采取獨立和目鏡的像差補償問題，一般都采取獨立校正像差的方式校正像差的方式 。 光譜選擇光譜選擇 由于目鏡是目視光學(xué)儀器的一個組成部分，由于目鏡是目視光學(xué)儀器

33、的一個組成部分，因此和物鏡一樣采用因此和物鏡一樣采用F光和光和C光消色差，對光消色差，對D光或光校正單色像差。光或光校正單色像差。 設(shè)計操作設(shè)計操作 在設(shè)計目鏡時，通常按反向光路進行設(shè)計在設(shè)計目鏡時，通常按反向光路進行設(shè)計 ，如下圖所示如下圖所示 假定物體位于無限遠處，入瞳在目鏡的前假定物體位于無限遠處，入瞳在目鏡的前方，在它的焦平面上計算像差，當(dāng)物鏡按方，在它的焦平面上計算像差，當(dāng)物鏡按正向光路計算像差，目鏡按反向光路計算正向光路計算像差，目鏡按反向光路計算像差時，它們之間像差的組合關(guān)系如下：像差時，它們之間像差的組合關(guān)系如下：軸向像差軸向像差 (如如 ， ， ， 等等)在光束在光束孔徑角相

34、等的條件下為孔徑角相等的條件下為LFCLts)()(反向光路正向光路目物組合LLL 其他軸向像差的關(guān)系類似。其他軸向像差的關(guān)系類似。 垂軸像差（如垂軸像差（如 , , 等）等） 其他軸向像差的關(guān)系類似。其他軸向像差的關(guān)系類似。 由由，得，可以用來計算物鏡按正向光得，可以用來計算物鏡按正向光路設(shè)計，目鏡按反向光路設(shè)計時系統(tǒng)的組路設(shè)計，目鏡按反向光路設(shè)計時系統(tǒng)的組合像差。合像差。 TKFCYZY)()(反向光路正向光路目物組合TTTKKK 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù) 對直視微光夜視儀用的大孔徑，大視場目對直視微光夜視儀用的大孔徑，大視場目鏡的傳遞函數(shù)也有較高的要求。鏡的傳遞函數(shù)也有較高的要求。 規(guī)定對規(guī)定對

35、 10 lp, 20 lp, 30 lp,40 lp,其其MTF分別為分別為0.85，0.72，0.58，0.45。對于普通目鏡可斟酌情況放寬要求。對于普通目鏡可斟酌情況放寬要求。 另外，雙目系統(tǒng)對光軸平行差，放大率和另外，雙目系統(tǒng)對光軸平行差，放大率和相對像傾斜都要有一定的要求，視具體配相對像傾斜都要有一定的要求，視具體配用什么樣的儀器而定。用什么樣的儀器而定。 第五節(jié)第五節(jié) 照相物鏡的設(shè)計照相物鏡的設(shè)計一、照相物鏡的光學(xué)特性和結(jié)構(gòu)形式一、照相物鏡的光學(xué)特性和結(jié)構(gòu)形式1、光學(xué)特性、光學(xué)特性 照相物鏡的性能由焦距照相物鏡的性能由焦距 f、相對孔徑相對孔徑 D/f 和視場角和視場角2 這三個光學(xué)

36、特性這三個光學(xué)特性參數(shù)決定。參數(shù)決定。 焦距焦距 f ：照相物鏡的焦距，短的只：照相物鏡的焦距，短的只有幾毫米，長的可能達到有幾毫米，長的可能達到23，甚至更長。甚至更長。 相對孔徑相對孔徑 D/f ：小的只有：小的只有1：10，甚至更小，大的可能達到甚至更小，大的可能達到1：0.7。 視場角視場角 2 ：小的只有：小的只有23，甚，甚至更小至更小 ，大的可達到，大的可達到 140。 照相物鏡的三個光學(xué)特性之間是互照相物鏡的三個光學(xué)特性之間是互相關(guān)聯(lián)相關(guān)聯(lián) ，相互制約的，它們決定了，相互制約的，它們決定了照相物鏡的光學(xué)特性。照相物鏡的光學(xué)特性。 可用經(jīng)驗公式可用經(jīng)驗公式 通常用上式來表示三個光

37、學(xué)性能參數(shù)通常用上式來表示三個光學(xué)性能參數(shù)間的關(guān)系。對照相物鏡，間的關(guān)系。對照相物鏡， 0.24. 同時，也可用拉赫不變量表征一個物同時，也可用拉赫不變量表征一個物鏡總的性能鏡總的性能mcftgfD100/mcJhtgtgfDf22 照相物鏡的基本類型照相物鏡的基本類型 選用照相物鏡的原則是：既能滿足光學(xué)性選用照相物鏡的原則是：既能滿足光學(xué)性能和成像質(zhì)量的要求，而結(jié)構(gòu)又最簡單。能和成像質(zhì)量的要求，而結(jié)構(gòu)又最簡單。 為此本節(jié)介紹一些基本類型照相物鏡和它為此本節(jié)介紹一些基本類型照相物鏡和它們的復(fù)雜化結(jié)構(gòu)型式，以及它們所能達到們的復(fù)雜化結(jié)構(gòu)型式，以及它們所能達到的光學(xué)性能。的光學(xué)性能。 三片型照相物

38、三片型照相物鏡鏡 視場角視場角 2 =4050 . 相對孔徑相對孔徑 D/f =1415，是，是具有中等光學(xué)特性具有中等光學(xué)特性的照相物鏡中最簡的照相物鏡中最簡單、像質(zhì)較好的一單、像質(zhì)較好的一種。種。 這種照相物鏡進一步復(fù)雜化的目的，大多這種照相物鏡進一步復(fù)雜化的目的，大多是為了增大相對孔徑，或提高視場邊緣成是為了增大相對孔徑，或提高視場邊緣成像質(zhì)量。如下面三個圖所示：像質(zhì)量。如下面三個圖所示： 如右圖（）所示如右圖（）所示的照相物鏡稱為天的照相物鏡稱為天塞照相物鏡，它用塞照相物鏡，它用一個膠合面改善成一個膠合面改善成像質(zhì)量，也是一種像質(zhì)量，也是一種被廣泛采用的照相被廣泛采用的照相物鏡。物鏡。

39、 右圖（）為右圖（）為加入兩個膠合加入兩個膠合面的結(jié)構(gòu)面的結(jié)構(gòu) ，它，它可以使像質(zhì)進可以使像質(zhì)進一步提高。一步提高。 雙高斯照相物雙高斯照相物鏡鏡 如右圖如右圖()所示。所示。雙高斯照相物鏡是雙高斯照相物鏡是具有較大視場具有較大視場(大大約約 =40左右左右)的的物鏡，相對孔徑最物鏡，相對孔徑最先達到先達到1：2。2 雙高斯照相物鏡的演變型式很多，它的復(fù)雙高斯照相物鏡的演變型式很多，它的復(fù)雜化目的是為了改善成像質(zhì)量，如下圖雜化目的是為了改善成像質(zhì)量，如下圖（）（）所示，是為了增大相對孔徑。（）（）所示，是為了增大相對孔徑。 二照相物鏡設(shè)計的一般方法二照相物鏡設(shè)計的一般方法 初始結(jié)構(gòu)形式的確定初始結(jié)構(gòu)形式的確定 照相物鏡中高級像差比較大，結(jié)構(gòu)也比較照相物鏡中高級像差比較大，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。復(fù)雜。 照相物鏡設(shè)計的初始結(jié)構(gòu)一般都不用求