一般说,望远镜物镜的视场较小,例如大地测量仪器中的望远镜,视场仅 1~2度;天文望远镜的视场则是以分计的;而一般低倍率的观察用望远镜,视场也只在10 度以下。但物镜的焦距和相对孔径相对较大,这是为保证分辨率和主观亮度所必需的,可认为是长焦距、小视场中等孔径系统。因此,望远镜物镜只需对轴上点校正色差、球差和对近轴点校正彗差,轴外像差可不予考虑,其结构相对比较简单,一般有折射式望远镜物镜、反射式望远镜物镜、折反射式望远镜物镜,这篇文章主要介绍反射式与折反射式望远镜物镜。
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反射式与折反射式望远镜物镜
一般说,望远镜物镜的视场较小,例如大地测量仪器中的望远镜,视场仅 1~2度;天文望远镜的视场则是以分计的;而一般低倍率的观察用望远镜,视场也只在10 度以下。但物镜的焦距和相对孔径相对较大,这是为保证分辨率和主观亮度所必需的,可认为是长焦距、小视场中等孔径系统。因此,望远镜物镜只需对轴上点校正色差、球差和对近轴点校正彗差,轴外像差可不予考虑,其结构相对比较简单,一般有折射式望远镜物镜、反射式望远镜物镜、折反射式望远镜物镜,这篇文章主要介绍反射式与折反射式望远镜物镜。
一、 反射式望远镜物镜
反射式物镜主要用于天文望远镜中,因天文望远镜需要很大的口径,而大口径的折射物镜无论在材料的熔制、透镜的加工和安装上都很困难。因此,口径大于1米时都用反射式。
反射式物镜完全没有色差,可用于很宽的波段。但反射面的加工要求要较折射面高得多,表面的局部误差和变形对像质的影响也大。比较有名的反射式物镜是双反射面系统,它有如下二种型式:
1. 卡塞格林系统
如下图1所示,称主镜的di一个大反射面是抛物面;称副镜的第二个小反射面是双曲面。是主镜的焦点,又是副镜的虚焦点,因而满足等光程条件,轴上点成像是完善的。该系统对物体成倒像,焦距长而筒长短。
图1
2.格利果里系统
如下图2所示,由抛物面主镜和椭球面副镜组成。抛物面的焦点与椭球面的di一焦点重合,对于轴上点也满足等光程,成像也是完善的。该系统对物体成正像,筒长比同焦距的卡塞格林系统长些。
图2
以上二种反射物镜虽对轴上点完善成像,但近轴点却有彗差,使视场只能很小。若适当降低对轴上点的像质要求,采用双球面系统,可同时兼顾球差和彗差,既使加工方便,又能使视场内有均匀的像质。
二、 折反射式望远镜物镜
以球面反射镜为基础,再加入用于校正像差的折射元件,可避免困难的大型非球面加工,又能获得良好的像质。这就是折反射物镜。比较有名的有如下几种:
1. 施密特物镜
如下图3所示,它在球面反射镜的球心处置一施密特校正板。施密特校正板的一面是平面,另一面是轻度变形的非球面,使光束的中心部分略有会聚,而外围部分略有发散。由于校正板位于球心且作为物镜的入瞳,轴外点不会产生彗差和像散,仅有匹兹凡像面弯曲。校正板近于平板,对色差的影响也是很小的。
图3
2. 马克苏托夫物镜
如下图4所示,由球面反射镜与略具负光焦度的弯月形透镜构成,后者满足马克苏托夫提出的消色差条件,即。适当选择弯月形透镜的参数和它相对于反射镜的位置,可同时校正好球差与彗差。若将这种消色差弯月形透镜置于卡氏系统的平行光束中,可把二个反射镜改成球面而获得良好的像质。
图4
将无光焦度双透镜与球面卡氏系统相结合,可构成像质更好的折反射物镜,有下图5
和下图6两种结构。这种双透镜由焦距相等、玻璃相同、间隔甚小的正、负透镜组成,总光焦度为0且消色差。当分别改变二透镜的弯曲形状时,则可抵消球面系统的球差和彗差。
图5
图6
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相关文献:
《几何光学 像差 光学设计》(第三版)——李晓彤 岑兆丰
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