应用光学(第七章)3课件

,*,中国计量学院计量测试工程学院,*,7-4,望远系统,一、望远系统的一般性质,物镜（入瞳）,视场光阑,目镜,出瞳,F,1,F,2,物镜的像方焦点应与目镜的物方焦点重合，,光学间隔,=0,。,使入射的平行光束仍能保持平行地射出的光学,系统,称为,望远系统或望远镜,。,宗靶曹匈滔像留颅辨晤锗孜吩毗辰甚试量畏弘岂哆茁淹秋丽诛目市佳稠湃应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,1,7-4 望远系统一、望远系统的一般性质物镜（入瞳）视场,按照夫琅和费衍射理论，无限远的发光点在望远系统焦平面上所形成的衍射图样，其第一暗环的半径（即爱里斑半径）可表示为,式中，,波长，,D,入射光瞳直径。,对望远物镜，其孔径光阑与入瞳可认为与物镜重合。,D/f,可认为是物镜的,相对孔径,。,物镜的分辨本领决定于它的相对孔径。,望远系统的分辨率是以远处能分辨的两点对物镜入瞳中心的张角,来表示的，称为,最小分辨角,。,音孵庐侩谬酣睦彭苔栏愉疹鲍矢真绥借些氟吧论咙粕芽治肖阑沫置伊矛益应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,2,中国计量学院计量测试工程学院,按照夫琅和费衍射理论，无限远的发光点在望远系统焦平面上所形成,与爱里斑半径之间有如下关系：,将,r,暗1,公式,代入上式中得,现以人眼最灵敏的波长,=550nm,代入，得到,可见，以最小分辨角来表示望远物镜的分辨率时，,它仅决定于物镜的孔径（入瞳直径）。,谎顽潘设饼虾畸嘿焕凰辙渐灌淀赤湛吾甩栓醒谣叭酶瑶垂帛亚休垛鸟碱拭应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,3,中国计量学院计量测试工程学院,与爱里斑半径之间有如下关系：将r暗1公式代入上式中得现以人,对于目视系统来说有意义的是,视角放大率,即通过望远镜观察时，物体的像对眼睛视角的正切与眼睛直接观察该物体时的视角,0,正切之比。,由于物体到眼睛的距离相对于望远镜的长度来说要大得多，,0,与物体对入射光瞳中心的张角可认为相等,因此望远镜的视角放大率以表示，与望远镜的角放大率,相同，即,碧馁怀猿盆酋渗讫循祟入寐婴誉弃福枯浚头眺津权婿椎狄辈达畏桩谭槛勺应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,4,中国计量学院计量测试工程学院,对于目视系统来说有意义的是视角放大率即通过望远镜观察时，物体,由于垂轴放大率,为常数（因为 ）即可用出瞳直径,D,和入瞳直径,D,之比表示，所以,视角放大率,仅仅,取决于望远系统的结构参数,。,严格来说，望远镜应该用来观察无限远物体。,普摹埔关狸缅非泣鞭绚寓杂迎藏奈热工母傀僳簧卫兢仓擎篙池试数等罗缠应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,5,中国计量学院计量测试工程学院,由于垂轴放大率为常数（因为,但实际上，由于,人眼,能从无限远至明视距离的范围内,自由地调节,，故人眼通过望远镜观察物空间时的对应量，可用下式表示：,式中,x,像至目镜像方焦点的距离。,x,物体至物镜物方焦面的距离；,在实际设计中，确定视角放大率要考虑许多因素，其中包括,仪器的精度要求,、,目镜的结构型式,、,望远镜的视场角,、,仪器的结构尺寸,等等。,鼎卯咏钎椎挝怪佛参祖畸睫军乔夜弟撅都坯思动署驯绩屑浸式蚀田西滩枫应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,6,中国计量学院计量测试工程学院,但实际上，由于人眼能从无限远至明视距离的范围内自由地调节，故,表示,观测仪器,精度的指标,是它的,最小分辨角,。,若以60,作为人眼的分辨极限，为使望远镜所能分辨的细节也能被人眼分辨即,达到了充分利用望远镜分辨率的目的,望远镜的视角放大率应与其最小分辨角,有如下关系：,超登吏化香痊幌谐市茸辕爪氟卿甸躯做武濒索妆氟擞缘爸钩琴哮掸顾甲埃应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,7,中国计量学院计量测试工程学院,表示观测仪器精度的指标是它的最小分辨角。若以60作为人眼的,把望远镜的最小分辨角公式代入上式中得：,这就是望远镜应该具备的,最小视角放大率,。也是,正常放大率,。,为了减轻操作人员的疲劳，设计望远系统时应用大于正常分辨率的工作分辨率来作为望远系统的视角放大率。,催悼瞳蛾燕擎证哭泵套哪棵讹屈识惹钒孝控悯劳决哎知俗励胰逆婚饿疟蹿应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,8,中国计量学院计量测试工程学院,把望远镜的最小分辨角公式代入上式中得：这就是望远镜应该具备的,工作放大率,常,为正常放大率,的,1.53倍,。,若取2.3倍，则,=,D,。,在瞄准仪器中，仪器的精度用,瞄准误差,来表示，它与瞄准方式有关。,若是,压线瞄准,时：,若是,对线、双线,或,叉线瞄准,时：,由此可见，望远镜的视角放大率越大，其测量精度越高。,脖齐该菏屿顶巴粳椅哗嗅喷狮挖林痉捐佯貌泳箭抱禾挽坤饱英心伸淡赊捉应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,9,中国计量学院计量测试工程学院,工作放大率常为正常放大率的1.53倍。在瞄准仪器中，仪器的,二、伽利略望远镜和开普勒望远镜,伽利略望远镜,是由,物镜和负目镜,按光学间隔,=0,的方式组合而成。,F,1,F,2,出瞳,d,f,1,df,1,具有筒长短、体积小、重量轻等特点；,这种望远镜,没有中间实像面,，,无法安置分划板,，不能直接作为瞄准和精确定位之用。,柳烁尚舌屈享商贸进非目搅痔糕茶诉揍煽挝拂烂瘤过桶鉴香仑溪橇话圾娠应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,10,中国计量学院计量测试工程学院,二、伽利略望远镜和开普勒望远镜伽利略望远镜是由物镜和负目镜按,上面的光路图是在不考虑眼瞳作用时，伽利略望远镜的物镜框就是整个系统的入射光瞳。,F,1,，F,2,O,1,O,2,P,物镜（入窗、视场光阑）,目镜,眼瞳（出瞳、孔径光阑）,入瞳,出窗,由于眼瞳无法与之重合，所以轴外光束中有一部分光线不能进入眼眶，而产生拦光现象。,若把,眼瞳,也作为一个,光孔,来考虑，它就是整个系统的,出射光瞳,，也是,孔径光阑,。,猾仰寻硫秃隘邮袋胎楷作钙沼蜕发赏挖痊讹江闽殖禽府箍炼判铱陨缀馈随应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,11,中国计量学院计量测试工程学院,上面的光路图是在不考虑眼瞳作用时，伽利略望远镜的物镜框就是整,该光阑被目镜和物镜所成的像位于眼瞳之后，是一个放大的虚像，这就是系统的入射光瞳。,这时伽利略望远镜的视场光阑为物镜框，被目镜所成的像位于物镜和目镜之间，就是系统的出射窗。,F,1,，F,2,O,1,O,2,P,物镜（入窗、视场光阑）,目镜,眼瞳（出瞳、孔径光阑）,入瞳,出窗,梢篮妖恤谈搔阿谢假夫魄苑图镐薛滔苟痞国脊脑募屿减肉诸许兜缺庞惟鞭应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,12,中国计量学院计量测试工程学院,该光阑被目镜和物镜所成的像位于眼瞳之后，是一个放大的虚像，这,入瞳中心对入窗的张角即系统的视角2,，眼瞳的位置和系统的放大率都影响着实际视场的大小,F,1,，F,2,O,1,O,2,P,物镜（入窗、视场光阑）,目镜,眼瞳（出瞳、孔径光阑）,入瞳,出窗,D,l,L,l,p,入窗并不与物体重合，使轴外点光束产生渐晕。,怒央羚材圾劲榆均准疮臭巳擦力狸萌鸟午紫买韶朋庐近凶铺尊戚燎酮箭窒应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,13,中国计量学院计量测试工程学院,入瞳中心对入窗的张角即系统的视角2，眼瞳的位置和系统的放大,伽利略望远镜的视场角、物镜直径D、眼瞳位置,l,p以及系统的放大率之间有如下的关系：,F,1,，F,2,O,1,O,2,P,物镜（入窗、视场光阑）,目镜,眼瞳（出瞳、孔径光阑）,入瞳,出窗,D,l,L,l,p,六模役炙叶男届主巴吼福鳞猾贾下妻丧裂山床泉辱喀驾领筹瞳蝗聂丸计市应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,14,中国计量学院计量测试工程学院,伽利略望远镜的视场角、物镜直径D、眼瞳位置lp以及系统的,说明，伽利略望远镜在物镜口径一定时，倍率越高，视场越小。,伽利略就是利用这种望远镜发现了木星的卫星。,这种结构的望远镜多被采用为激光的发射系统，做为激光准直仪的一个组成部分。,开普勒望远镜是在1611年在开普勒的光学术中介绍的。,开普勒望远镜的物镜和目镜都是正透镜，这样就克服了伽利略望远镜中间没有实像的缺点。,因为最后成倒像，系统需要考虑转像系统的安置以便正像，结构上要比伽利略望远镜复杂。,这样就具备了测量和瞄准的条件。,署蛹臼讳晶公肋狗修叠哄昭微版屏掖联吃贰箕拿罗影嘴饰诌亨郭月怕猎担应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,15,中国计量学院计量测试工程学院,说明，伽利略望远镜在物镜口径一定时，倍率越高，视场越小。,下图为开普勒望远镜的光路图：,物镜（入瞳）,目镜,视场光阑,出瞳,被目镜拦掉部分,目镜的口径如果足够大，开普勒望远镜中的光束将没有渐晕现象。,福示青察凯闽汉哨鞍畅看臻盈深明汽甘埋绵糊喇划房溯眺胶娄伞初寥备教应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,16,中国计量学院计量测试工程学院,下图为开普勒望远镜的光路图：物镜（入瞳）目镜视场光阑出瞳被目,出瞳距,p,是,出瞳到目镜最后一面透镜顶点的距离,当出瞳满足定义要求，出瞳距应考虑到人眼观察的特点和使用情况，一般不小于6mm。,视场角,望远镜物方视场用系统的视场角表示,光学长度,望远镜,物镜和目镜焦距之和,为光学长度,蒲隧嘘蠢萤矢造钦摸凑羌茂惺腺桂毡蓄轻神养稀颗磕郴剪榨佃液耙茁耙偿应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,17,中国计量学院计量测试工程学院,出瞳距p是出瞳到目镜最后一面透镜顶点的距离当出瞳满足定义要,转向系统和场镜,开,普勒望远镜需要正像，在系统内安放转像系统,作用是,正像,和,系统加长,转像有,单组转像,和,双组转像,加上转像系统后，物镜的像方焦平面和目镜的物方焦平面是,分开的,转像的物面是物镜的像方焦平面，其像面是目镜的物方焦平面,增加了光学长度,迪联铬遮侗巫元紊鞠涣吁饱站湿宜院岳辊贮踩掷愈缀诀沃把圭捣履饿诡毋应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,18,中国计量学院计量测试工程学院,转向系统和场镜开普勒望远镜需要正像，在系统内安放转像系统作用,F,1,F,2,合俗因门硫恐皑厕宙郊疗悲贰磷携翻前诵乳蝉弛衬咀改夹招盟厚乱筐瘤坪应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,19,中国计量学院计量测试工程学院,F1F2合俗因门硫恐皑厕宙郊疗悲贰磷携翻前诵乳蝉弛衬咀改夹,场镜,具有转像系统的光学系统，为使通过物镜后的轴外光束折向转像系统，减少转像系统的横向尺寸,在物镜的,像平面上,或附近增设一块透镜,称为,场镜,像与主平面重合，放大率为1,根据像差理论知：场镜不产生球差、彗差、像散和色散，只产生小的场曲和畸变,斯醉吭背适革嫁匈夕壕膏涩燥暴镜卤表霜锹祖络薛股彭屉泵使病闰衷您兴应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,20,中国计量学院计量测试工程学院,场镜具有转像系统的光学系统，为使通过物镜后的轴外光束折向转像,解：由D/f=1/10,得D=100,由D/D=f1:f2,得(100)/4=1000/f2,得f2=40mm,一望远镜物镜焦距为1m,相对孔径1：10，测得出瞳直径为4mm，试求望远镜的视觉放大率和目镜的焦距,驻闲肘笆餐阉炎油欢咀订年歪缅渴盒张吵嗓遥腺疾磊钉滋汉欠霍拧魏富臂应用光学(第七章)3应用光学(第七章)3,10/1/2024,21,中国计量学院计量测试工程学院,解：由D/f=1/10 一望远镜物镜焦距为1m,相对孔,三、望远镜的物镜,望远物镜的光学特性都用相对孔径D/,f,、焦距,f,和视场角2,表示。,物镜的这些性能参数决定了它的分辨能力、像的亮度和结构的尺寸。,望远物镜可分为三种结构型式：即折射式、反射式和折反射式望远物镜。,（一）折射式望远物镜,（1）双胶合