光学系统外形尺寸计算

D/f物 称为物镜的相对孔径。
为什么不直接用光束口径,而采用相对孔径来代表望远物镜的 光学特性?? 是因为相对孔径近似等于光束的孔径角2U’max. 相对孔径越大，U’max越大，象差也就越大。为了校正像差， 必须使物镜的结构复杂化。 相对孔径代表物镜复杂化的程度
3. 视场 系统所要求的视场，也就是物镜的视场
材料容易制造，特别对大口径零件更是如此
大口径的望远镜都采用反射式 反射望远镜在天文望远镜中应用十分广泛 反射表面磨制的要求是很高的,再加上需经常重新镀反射面及部件组装、校
正的困难，反射系统在科普望远镜中应用受到限制
1.牛顿系统 一个抛物面和一块与光轴成45度的平面反射镜构成 2 格里高里系统 一个抛物面主镜和一个椭球面副镜构成
二 望远系统的放大率及工作放大率
1、望远系统的分辨率：用极限分辨角φ表示 按瑞利判断：φ＝140″/D 按道威判断：φ＝120″/D 即：入射光瞳直径D越大，极限分辨率越高。
2、视觉放大率和分辨率的关系 φ Г＝60″，Г＝60″/φ＝D/2.3 望远镜的视放大率越大，它的分辨精度就越高 3、有效放大率（正常放大率）：望远镜的正常放大率应使
第八章 典型光学系统
3、眼睛的光学参数：
标准眼： 根据大量的测量结果，定出了眼睛的各项光学常数，
包括角膜、水状液、玻状液和水晶体的折射率、各光学 表面的曲率半径、以及各有关距离。
简约眼：把标准眼简化为一个折射球面的模型
二、眼睛的调节及校正
1、眼睛的调节原理? 折射球面r的改变
远点距，肌肉完全放松时，眼睛所能看到的最远lr 近点距，肌肉最紧张时，眼睛所能看到的最近点lp
3. 一望远物镜焦距为1m，相对孔径为1：12，测出出瞳 直径为4mm，试求望远镜的放大率和目镜焦距。

6、有两个双胶合组构成的物镜： 有两个双胶合组构成的物镜：
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第二节 望远镜物镜
（二）反射式望远镜物镜：主要应用于天文望远镜，有以下三种形式： 反射式望远镜物镜：主要应用于天文望远镜，有以下三种形式： 牛顿系统： 1、牛顿系统：
2、格力高里系统
3、卡塞格林系统
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Байду номын сангаас
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第二节 望远镜物镜
1、视放大率 2、线视场 3、出瞳直径与出瞳距离 4、工作距离
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第六节 显微镜的物镜和目镜
一、显微镜物镜： 显微镜物镜：
（一）消色差物镜 1、低倍消色差物镜 2、中倍消色差物镜 3、高倍消色差物镜 浸液物镜，如下图所示： 4、浸液物镜，如下图所示：
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第六节 显微镜的物镜和目镜
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第四节 望远镜尺寸的计算
光学系统外形尺寸计算的主要内容包括： 光学系统外形尺寸计算的主要内容包括：
1、拟定光学系统的原理图 2、确定每个透镜组的光学特性 3、选择系统成像光束的位置 4、选定系统中每个透镜组的型式
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第四节 望远镜尺寸的计算
一、光学系统的技术要求 二、拟定系统的原理方案 三、光学系统的外形尺寸计算
二、视场角
视场角代表望远镜能够同时观察到的最大范围
三、出瞳直径：
和出瞳直径直接相关的是仪器的主观光亮度。 和出瞳直径直接相关的是仪器的主观光亮度。
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第一节 望远镜的光学性能和技术条件
四、出瞳距离lz’ 出瞳距离lz’ 分辨率α 五、分辨率α 视差角ε 六、视差角ε

f '目 30mm
4.3. 物镜选择 望远系统物镜的焦距和系统的视放大率有关：
f '物 f '目 =3.7 30=111mm
入瞳直径为 D 14.8mm ，则相对孔径：
D ' 14.8mm 2 0.13 f '物 111mm 15
根据焦距与相对孔径，同时，物方视场角为 2 =10 ，因此可以选取双胶物 镜。双胶物镜有一个正透镜和一个负透镜胶合而成，它结构简单，安装方便，光 能损失小，合适的选择玻璃可以校正球差、慧差和轴向色差三种像差，满足望远 镜的像差要求。 4.4. 孔径光阑 周视瞄准镜轴向光路图 9 所示，从图中可以看到轴向光路在保护玻璃 1、直 角棱镜 2、道威棱镜 3、物镜 4 上的口径都等于14.8mm ，在后面的光学器件上 口径将会变小。
视放大率 物方视场角 出瞳直径 出瞳距离 潜望高
=3.7
2 =10
D ' 4mm
lz ' 20mm
H 185mm
2、成正立的像 3、光学系统要实现：俯仰瞄准范围 18 光学系统要实现：水平瞄准范围 360 俯仰和周视中观察位置不变。 4、渐晕系数 K =0.5 二、设计计算内容 1、周视瞄准镜综述 查阅相关资料，深入了解周视瞄准镜，原理，用途，种类…… 2、根据要求拟定光学系统的工作原理 光学系统基本形式：望远系统。 光学系统基本结构：物镜、目镜、分划板、保护玻璃。 利用棱镜转动定理确定道威棱镜及转动方向。
图 5、理想棱镜系统
3.2.2. 反射次数分析 加入的棱镜反射次数应该为奇数，同时为了整个系统的简单与方便，可以考 虑在光学系统中加入道威棱镜。 由于道威棱镜只可以工作于平行光路，因此道威 棱镜必须放在开普勒式望远系统前方。 开普勒式望远系统成倒像， 因此棱镜系统也需要成倒像。棱镜系统已有大致 轮廓，由 2 个直角棱镜、1 个道威棱镜构成，道威棱镜在两直角棱镜之间。在此 情况下，总反射次数为 3 次，成镜像， y ' 与 y 反向，如图 6 所示。我们可以将 棱镜系统中任意一个反射面改为屋脊面，那么 x ' 、 y ' 方向不变，

根据使用要求确定光学系统整体结构尺寸的设计过程称为光学系统的外形尺寸计算。

光学系统的外形尺寸计算要确定的结构内容包括系统的组成、各光组元的焦距、各光组元的相对位置和横向尺寸。

外形尺寸计算基本要求：第一，系统的孔径、视场、分辨率、出瞳直径和位置；第二，几何尺寸，即光学系统的轴向和径向尺寸，整体结构的布局； 第三，成像质量、视场、孔径的权重。

一、只包括物镜和目镜的望远系统计算一个镜筒长L=f1′+f2′=250mm ，放大率Γ= -24，视场角2ω=1º40′的刻普勒望远镜的外形尺寸。

（一） 求物镜和目镜的焦距⎩⎨⎧='='⇒⎪⎩⎪⎨⎧-=''-=Γ='+'=m mf m m f f f f f L 1024024250212121（二） 求物镜的通光孔径物镜的口径取决于分辨率的要求，若使物镜的分辨率与放大率相适应，可根据望远镜的口径与放大率关系式Γ≥D1/2.3求出D1,只是为了减轻眼睛的负担,才取物镜的口径D1=1.5Γ=36mm （三） 求出瞳直径5.11=Γ='DD（四） 视场光阑的直径D398.601455.02402213=⨯⨯='=ωtg f D（五） 目镜的视场角2ω′03382,51193492.001455.0240'=''='⇒=⨯=Γ='ωωωωtg tg（六） 求出瞳距lz ′42.102401010101222=⨯+='-'+'='f f f f lz（七） 求目镜的口径D278.83492.042.1025.1212=⨯⨯+=''+'=ωtg l D D z（八） 目镜的视度调节5.010001051000522±=⨯±='±=f x（九） 选取物镜和目镜的结构由于物镜的相对孔径D/f ′=36/240=1/6.67，焦距f ′=240mm ，选用双胶合物镜即可。