天文望远镜的目镜种类与结构.docx

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1、天文望远镜的目镜种类与结构1, 惠更斯目镜荷兰科学家惠更斯于1703年设计，有两片平凸透镜组成，前面为场镜，后面为接目镜，他们的凸面都朝向物镜一端，场镜的焦距一般是接目镜的2-3倍，镜片间距是它们焦距之 和的一半。惠更斯目镜视场约为25-40度。过去，惠更斯目镜是小型折射镜的首选，但随 着望远镜光力的增大，其视场小，反差低，色差，球差场曲明显的缺点逐渐暴露出来，所 以目前这种结构一般为显微镜的目镜采用。焦距：皿 25皿出瞳距离广1。皿视场2广40度Huygenian接目镜的放大倍率 k=250mm/f mm2, 冉斯登目镜于1783年设计成功，也是两片两组结构，由凸面相对，焦距相同的两个平凸透

2、镜组成。间距 为两者焦距和的2/3-3/4，其色差略大，场曲显著减小，视场约为30-45度，目前已很少采 用焦距：4mm 30mm,出瞳距离0 5 mm，视场2540度RamsdenRamsden3, 凯尔纳目镜是在冉斯登目镜的基础上发展而来，出现于1849年，主要改进是将单片的接目镜改为双胶合 消色差透镜，大大改善了对色差和边缘像质的改善，视场达到40-50度，低倍时有着舒适的 出瞳距离，所以目前在一些中低倍望远镜中广泛应用，但是在高倍时表现欠佳。另外，凯尔 纳目镜的场镜靠近焦平面，这样场镜上的灰尘便容易成像，影响观测，所以要特别注意清洁。 美国一家公司在凯尔纳目镜的基础上进一步改进，研制出

3、了 RKE目镜，其边缘像质要好于经 典结构。焦距：6mm 25mm,出瞳距离514 mm，视场4052度KellnerKellnerRKE4, 普罗素目镜又称为对称目镜。由完全相同的两组双胶合消色差透镜组成，其参数表现与OL目镜相当，但 具有更大的出瞳距离和视场，造价更低，而且适用于所有的放大倍率，是目前应用最为广泛 的目镜，曾派生出多种改进型。焦距：3mm 55mm,出瞳距离546皿，视场4252度PIOssl5, 阿贝无畸变目镜（简称OR目镜）1880年由德国蔡司公司创始人之一的阿贝设计，为四片两组结构，其中场镜为三胶合透镜， 接目镜为平凸透镜，该目镜成功的控制了色差和球差，并把鬼像和场曲

4、降低到难以察觉的程 度，它还具有40-50度的平坦视场和足够的出瞳距离，在各倍率都有良好表现，一直被广泛用。焦距：4mm 34mm,出瞳距离527 mm，视场4045度百Orthoscopic6, 爱勒弗广角目镜1917年研制成功，是专门为需要大视场的军用望远镜设计，是其后所有广角目镜的鼻祖，结 构为5片三组，视场高达60-75度。非常适合观测深空天体，由于边缘存在像散，所以不太 适合高倍设计，其在低倍时的表现是非常出色的。焦距：16皿 40mm，出瞳距离515皿视场6070度视场7080度Erfle7，Nagler 目镜一种于1979年由美国人设计的高档目镜，有着82度的惊人视场，优质的边缘

5、像质和舒适的焦距：5mm 30mm,出瞳距离1018 mm，出瞳距离，以及复杂的结构和高昂的价格，和超过一公斤的重量。Nagler目镜在目视光学仪器中用于观察物体被物镜所成像的透镜组称为目镜。目镜的作用与放大镜 相当，但作为仪器的组成部分，它所能接受的光束已被物镜的像方光束所限定，因此眼睛瞳 孔的位置也随之限定，一定要置于仪器出射光瞳处，才能看到全部视场。仪器的出射光瞳一 般位于目镜像方焦点以外与之很靠近的地方，目镜最后一面至出射光瞳的距离称为出瞳距离， 或称镜目距，它大致等于目镜的像方顶焦距说，是选用目镜时的一个重要参量，这个数值应 大于68毫米。明视距离250mm，设目镜的焦距为无，则放大

6、率为 工，放大率一般在520倍之间，故焦距最多也不过几十毫米，属于中短焦距一类透镜组。此外，目镜的相对孔径 较小而视场较大，所以球差和轴向色差一般不是关键问题，而应着重于校正轴外像差，主要 是垂轴色差、彗差和像散（见像散和像面弯曲）。由于眼睛有调节功能，对像面弯曲可以放宽 要求。最简单和常用的两种目镜是惠更斯目镜和冉斯登目镜，它们都是由两片平凸透镜组成的。图S枣更所目镜3）和冉掘登目愤（b）Q惠更斯目镜，其两透镜的凸面均朝向物镜，如图5ad二-成+论两透镜间的距离等于焦距平均值，即 2这是为消除垂轴色差必须满足的条件；但由于目镜物方焦点F不能位于目镜外面，无法在物方焦面上设置分划板，因此惠更斯

7、 目镜只用于观察系统，如生物显微镜。Q冉斯登目镜，其两块透镜凸面相对，如图5b次二以+定）两透镜间的距离比消色差条件 2,所要求的小得多，其优点是目镜物方焦点F 位于目镜外面，可以在焦面上设置分划板，使目镜适用于瞄准、测量等系统；缺点是垂轴色 差的校正不像惠更斯目镜那样好，但其他像差的校正并不比惠更斯目镜差。上述两种目镜， 视场可以到2母=3050。其他较常用的目镜有图6几种常用的目镜所示的几种形式: 开尔纳目镜，它是在冉斯登目镜的基础上，把接目镜改为双胶合组组成，以达到校正 垂轴色差的目的，视场可达45。； 普罗素目镜，对称型目镜，由两个消色差的胶合组组成，其间隔大或小都不影响垂轴色 差的校

8、正，因而可以无限靠近，故镜目距可大到焦距的75%,视场约为40“45； 阿贝无畸变目镜，因畸变比一般目镜小而得名；镜目距甚大，可达焦距的80%，适合于 作高倍率目镜，视场约为45、 爱尔弗目镜，是一种大视场目镜，视场角可达6070显微镜物镜显微镜物镜是显微镜中对微细物体成首次放大像的透镜组。显微镜用于观察、研究或摄 影记录极微小的物体及其结构，因此首要的问题是要对物体的微细结构有足够的分辨能力。0.6U= : ，显微镜的分辨本领由物镜决定，有如下关系心皿攻式中，物方媒质折射率与光束孔径角正弦sin之乘积称为物镜的数值孔径，记作船1，它是显微物镜的一个最重要的性能参量；X 为波长；是显微物镜刚能

9、分辨开的物面上两点间最小距离，越小,分辨本领越高。所以，显微 镜物镜为达到高的分辨本领，必须有尽可能大的数值孔径，显微镜的总放大率M是物镜垂轴放 大率（简称物镜倍率）和目镜放大率M的乘积，它与物镜的数值孔径之间应有恰当的比例关 系。装有小数值孔径物镜的显微镜，即使放大率很大也无济于事，因为物镜分辨本领低， 属无效放大；而装有大数值孔径物镜的显微镜，若总放大率M过低，则物体细节不能被眼睛 所分辨而发挥不了物镜的高分辨作用。显微镜总放大率M与物镜数值孔径仙!之间的恰当关系 应为500叫| M |1000斓。根据各种不同标本的观察需要，显微镜需配备一套具有不同数值孔径和倍率的物镜。物 镜的倍率自然也

10、是与数值孔径相匹配的，通常将二者标志于物镜的镜筒上，例如40X0.65表 示倍率为40倍，数值孔径为0.65的物镜。显微镜物镜的视场一般讲是比较小的，是一个大孔径小视场的透镜组，至少应该校正好 球差、轴向色差和满足正弦条件按此要求设计的物镜称为消色差物镜。图7消色差显微镜物 镜所示是这种物镜的基本类型。a是低倍物镜, = 5,M=0.1；b是中倍物镜, = 10,顺= 0.25； c 是高倍物镜,# = 40,l=0.65,d 是浸液物镜,# = 100，涮=1.25。消色差物镜的主要不足之处是二级光谱对整个视场像质的影响和像散及像面弯曲对视场 外围部分像质的影响。在消色差物镜的基础上校正二级

11、光谱、使三种色光消去轴向色差的物 镜称为复消色差物镜，这种物镜需依赖于特种光学材料才能设计制造出来。改善视场外围像 质，即采用弯月形厚透镜以进一步校正好像散和像面弯曲的物镜称为平场消色差物镜，这种 物镜是显微摄影和显微投影所需要的。如果既校正二级光谱又改善视场外围像质，则得到平 场复消色差物镜，这是一种质量十分完美的显微镜物镜。与消色差物镜相比，复消色差物镜 和平场消色差物镜的结构要复杂得多，而平场复消色差物镜的结构则更为复杂。望远镜物镜望远镜物镜是望远镜系统中把无限远物体成像于其焦平面上的一个透镜组。在无透镜转 像系统的简单望远镜中，物镜的这一像面与目镜的物方焦平面重合，眼睛通过目镜观察这一

12、 物体的中间像。望远镜物镜的主要性能参量是焦距、相对孔径和视场角。望远镜的放大率是物镜焦距 百与目镜焦距之比，而望远镜的镜筒长度是耳与之和，故物镜的焦距A是决定望远镜放 大率和筒长的一个重要参量。物镜相对孔径7 A是望远镜入射光瞳直径拧与物镜焦距A之比， 一般不大于1:3。望远镜物镜半视场角必与目镜半视场角挤之间的关系为t畔=t2/M，目镜 视场角2挤t 一般为40。50，设望远镜放大率M为46，则物镜视场角2。不大于10。所 以一般讲，望远镜物镜是属于中等孔径和小视场一类的透镜组，只要对其校正轴向色差、球差 和满足正弦条件即可。由于相对孔径不大，用单个镜组就能承担光线的偏角而不致于有大的 剩

13、余带球差。常用的结构形式有双胶合组、双分离组和三分离组，如图8常用的望远镜物镜。 双分离组可使剩余带球差很小，甚至能对两个孔径带消球差，可以做到比双胶合组大的相对孔 径；三分离组能使球差的色变化有所改善。图&常用的望远镜物傥摄影和投影物镜摄影物镜是将空间物体成像于感光胶片或其他接收器上的透镜组；那些将一个物平面上 的图形、文字成像于各种感光材料上的透镜组，诸如制版镜头、复印镜头等也属摄影物镜之 列。投影物镜则是把小的工件或摄制在胶片上的文字、图像，以较大的倍率在各种屏幕或感 光纸上成像的透镜组，如投影仪镜头、电影放映镜头和放大机镜头等。从光学结构上看，与 摄影物镜属于同一类型。摄影物镜因需适用

14、于对不同亮度的物体有时甚至是照明十分微弱的物体的拍摄，要求有 很大的相对孔径，并且要求是连续可调的。摄影物镜的视场也很大，就标准镜头而言，约为 40。50、而广角镜头则更大。所以摄影物镜属大孔径大视场一类的透镜组，各种像差都需 要校正；但由于普通感光胶片本身的分辨率不高，对物镜像差校正的要求要比显微镜物镜和 望远镜物镜这一类小像差系统低得多，是属于大像差系统，这是摄影物镜能这到高性能指标 的原因之一。当然，对不同用途的摄影物镜，像质要求也有很大差别，其相对孔径或视场往 往随像质要求的提高而有所削减。摄影和投影物镜由于各种像差都要校正，一般具有比较复杂的结构，图9常用摄影物镜 所示是一些最常用的

15、结构型式。图9菊用瑁影物箕图9a常用摄影物镜是由两个胶合组组成的珀兹伐型物镜，它有利于校正轴上宽光束像 差，可达较大相对孔径（1:2）,但因结构形式是两个分离的正透镜组，像面弯曲得不到校正， 使视场受到限制，只能小于25,最适合作电影放映物镜。图9b常用摄影物镜是三片式物镜， 它是能同时校正七种像差的最简单形式，相对孔径和视场分别为1:4.51:3.5和40。50、 成像质量一般，适用于低档照相机或投影仪。图9c常用摄影物镜是忒萨型物镜，与三片式 物镜相比成像质量有所提高，相对孔径为1:3.51:2.8，应用比较广泛。图9d常用摄影物 镜是双高斯型物镜，在相对孔径为1:2和视场为45时，可以有

16、很好的成像质量，在中、高 档照相机中应用较广。在此基础上加以复杂化，可以得到性能和质量更高的物镜。图9e常 用摄影物镜是远摄型物镜，适于做长焦距物镜。它由分离得很开的正、负两个镜组组成，可 使其像方主面位于物镜之前，因此焦距虽长而筒长却可较短。图9f常用摄影物镜是反远摄 型物镜，适于做短焦距物镜，它也由分离的正、负两镜组组成，但因负组在前，可使像方主 面位于物镜之后，因此焦距虽短而有较长的工作距离，相对孔径一般为1:21:2.8,视场一般 为 60。75。近代，在电影摄影和电视摄像中普遍应用焦距可以连续变化的变焦距镜头，它可以获得 用固定焦距镜头拍摄时所不能达到的艺术效果。这种镜头是靠移动（有

17、线性的、也有非线性的） 某几个镜组来达到变焦的目的，当然其结构是极其复杂的。近些年来，在普通的照相机上也已 开始配用变焦距镜头。DE再新登同镜结构：场镜L】和视镜上的焦距七和互与两者光心之距离d的比值;结构特点：场镜的像方焦点&与视镜的光心以及L|整个日镜的物方.主：点H和像方焦点尸重合，.视镜的物方焦点&与场镜的光心以及整个L目镜的像方主点寸和物方焦点Efi合。待放大的物或经其它光具组所成的像位于目镜 的物方焦平面内侧附近，即场镜表面处， X* -同时分划板也位于场镜表面处。图冉斯登目镜IV.再斯登月镜的政蓬冉斯登II镜的结构缺陷：有可能将场镜表面的灰尘、缺陷或划痕与分划板和物一起放大，并词时出现在口镜的像平面匕使 得视场模糊不清。改进的结构: 改进结构的特点:gm般，图改进的冉斯登目镜目镜的两个主点拜和移至场镜 和视镜之间，血物方焦点F移到场镜 外侧，于是物和分划板均在场镜外侧口 这样既避免场镜表面灰生和缺陷的影 响，又可以避免分划板成像的像差. 同时it可以直接用来观察实物.