初学者-望远镜系统光学设计

news/2025/2/7 17:08:14/

望远物镜设计的特点

望远系统是一种观察远距离目标的光学系统,相应的目视仪器称为望远镜。由于望远镜的作用是将远处的物体视觉拉近,本质上是一种将小角度视觉物体放大到更大的视角上呈现给人类的眼睛系统,也就是视觉放大率:
在这里插入图片描述
下图是一种开普勒望远系统,望远镜系统设置了专门的孔径光阑,物镜框就是孔径光阑也是入射光瞳。出瞳位于像方焦点之外,观察者就在此处观察物体的成像情况。
系统的视场光阑设在物镜的像平面处,即物镜和目镜的公共焦点处。
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望远镜是望远系统的一部分。但望远系统的放大倍率越高并不意味着性能越好,因为人眼的分辨率有限,即时光学系统出瞳的分辨率达到了1秒的角分辨率,人眼也是无法勘测到这么小的分辨率,因为人眼的极限角分辨率为60秒,根据衍射理论,望远系统的极限角分辨率为:
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波长为550nm
为了匹配人眼的极限分辨率得到

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满足以上放大倍率为有效放大倍率,也称为正常放大倍率。为了减轻观察者的视觉疲劳,设计望远镜应大于正常值,即出瞳的角放大倍率应大于60″,正常情况下大于1.5-2倍即可。

由于人眼的光瞳一般是2-8mm,出于光瞳衔接原则,望远镜的出瞳中类似为2-8mm。
目镜的类型也是比较固定的,常用的目镜视长为2w′大多是70°以下,限制了物镜的视场不可能太小。
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考虑到实际的视觉放大倍率如果太大,物方视场微小抖动可能引起景物的较大抖动,影响成像效果,例如地面观测瞄准仪器的视觉放大倍率一般小于30X或40X。一般超过8X的望远镜都需要支架固定。根据公式一个8X的望远镜,2w≈10°。通常望远镜的视场不大于10°,由于望远镜视场较小同时视场的成像质量一般允许适当降低,一般望远镜物镜都不矫正对应的像搞的二次方以上的各种单色像差(像散,场曲,畸变)和垂轴色差,只校正球差、慧差和轴向色差。
一般的军用望远镜的出瞳直径D′一般为4mm左右,出瞳距l′z一般要求为20mm左右,为了保证出瞳距,目镜的焦距为f′目一般大于或等于25mm。
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所以望远物镜的相对孔径D/f′物 一般小于1/5
综上所述:
望远镜的光学特性有以下两个特点:

  1. 望远物镜的视场较小
  2. 望远镜的相对孔径不大
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