伽利略望远镜设计原理

——望远镜系统结构设计张翔--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------第一章引 3第二章概 2.1课程设计的目的及意 32.2课程设计的内 32.3望远镜的介 2.4望远镜的分 第三章伽利略望镜工作原理及发展简 53.1望远镜的工作原 53.2望远镜发展简 5第四章望远镜的主要特性分 64.1望远镜的主要特性分 64.2开普勒望远镜的参数计 8第五章物镜和目镜的选 95.1物镜的选择-------------------------------------------------------------------..................................................................... 5.2物镜实 5.3目镜的选择...................................................................5.4目镜实例...................................................................第六章测微准直望远镜................................................................... 156.1测微准直望远镜概 156.2测微准直望远镜计量特 15第七章棱镜转向系 7.1Porro棱镜结构及其 167.2Roof棱镜结构及其特 167.3折转形式望远镜系统 177.4类似棱镜结构晶体分 17第八章光学系统初始结构参数计算方 17第九章光栅...................................................................................................................19第十章心得体会.................................................................................................................19第十一章参考文献-------------------------------------------------------------------....................................................................第一章引言第二章概述2.1课程设计的目的及意义课程设计的内容远镜的介绍孔直径(最大8毫米)粗得多的光束，送入人眼,使观测者能看到原来看不到的--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔d＝o。当月在观测有限距离9—9表示了一种常见的望远系统的光路图。为了方便，图中的物镜和目镜均用望远镜的分类 镜]；由凸透镜作目镜的称[开普勒望远镜]。因单透镜物镜色差和球差都相当严--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------的望远镜。光线经过物镜折射所成的实像在目镜的望远镜。光线经过物镜折射所成的实像在目镜的后方(靠近人目的后方)焦望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距的比值。其优点是镜筒短而能成正像，但它的视野比较小。把两个放大倍数不高的伽利略望远镜并列一起、中间分为[牛顿望远镜].[卡塞格林望远镜]等托夫望远镜)的像质量。比较著名的有[施密特望远镜]它在第三章伽利略望远镜工作原理及发展简史物物镜是会聚透镜而目镜是发散透镜槽把两块镜片装在硬纸筒内，再做一个简单的台座，于是一架能够看到月亮上的群山、银河中的繁星和木星的卫星的望远镜便制成了。想想看，伽利略就是用这人发现的。但是切记，不要通过望远镜直接观太察阳，以免高温灼伤眼睛！伽利略的折射望远镜有一个令人讨厌的缺点，就是在明亮物体周围产生“假色”。“假色”产生的症结在于通常所谓的“白光”根本不是白颜色的是，种色光的折射程度不同，因此成像的焦点也不同，模糊就产生了。有人发明了一种能望见远景的“幻镜”这，使他怦然心动，他很快找了个借口匆匆结束行程，不到3个月的时间，这位45岁的教授已经仿造出了两架仪器，伽伽利略手绘的月面图些四周边缘高耸突出的圆状命名为“环形山”，而管较平坦的暗黑区域称之为也使他相信，哥白尼所说的“恒星离我们极其遥远”可能是句至理名言，不然为什么望远镜无法把它们放大呢。公之于众，但当时并未被迅速接受，因为当时望远镜的原理尚未明确，伽利略也无法详细说明自己的科研成果。一部分学者和教会人士认为望远镜里的景象第四章望远镜的主要特性分析4.1望远镜外形尺寸设计首先介绍一下目视光学系统中一些机构及放大率的表达式：1.视场光阑:限制物空间多大范围能被成像;一般设在实象平面或中间实象平面上。2.渐晕光阑:限制轴外成像光束的宽度。3.入射光瞳:孔径光阑经它前面的光学系统在物空间所成的像。4.出射光瞳:孔径光阑经它后面的光学系统在像空间所成的像。5.入射窗:视场光阑经它前面的光学系统在所成的像。6.出射窗:视场光阑被其后面的光学系统在所成的像。y'nl'y'nl'yn'ln(2)nytgf'D'10.望远镜系统视放大率：=tg'=f'物=y=tgf'D'目然后设计一个开普勒式望远镜，其主要要求如下：1.物镜与目镜之间的距离L=315mm，径，物镜与目镜的焦距，视场光阑直径，目镜口径，出瞳距离和目镜视度调节量。开普勒(KeplerTelescope)望远镜光路示意图1.如果要求仪器的视角分辨率和衍射分辨率相等，则：60''140''D==D2.3Dtg'f'=D'=tg=f'物(6)1目7)则可以计算出开普勒望远镜的一些主要参数，如下：4.2开普勒望远镜主要参数计算===3.入瞳直径D:根据视放大率得D=2.3=46mm4.出瞳直径D'：DD'==2.3mmf'+f'=315由f'1=20f由f'2f'=300mm得1f'=15mm26.视场光阑直径D：视视17.出瞳距离l'：zff'Ll'=22+f'==15.75mmzf'218.目镜口径D：目D=D'+2l'tg'=20.63mm--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Nf'2Nf'2由以上的参数我们就可以设计一个简单的望远镜，由光路种结构成像是倒立的，所以要在中间增加转像系统。第第五章物镜和目镜的选择5.1.物镜的选择物镜的光学待性主要有三个：相对孔径D／f’和视场2w。焦距f物,物物(1)：相对孔径:根据公式(3—lo)在望远镜的光学性能中，对仪器的出瞳直径和视放大率提出了一定要求。根据上式即可求得入瞳直径o。物物D确定之后，物镜的相对孔径也就确定了。(2)：视场球差、普差和铀向色差。销一部分物镜的像散，视场可达15-20度。一般双胶物镜的最大口径不能超过mm固。般焦距(100—150mm)时，相对孔径可达1：2.5—1：3.镜玻璃选择恰当，孔径高级球差和色球差都比较小，相对孔径可达1：2，这是目镜的光学特性主要有三个：像方视场角2w’、相对出瞳距离l’和工作距z(1)：像方视场角2w’根据里远镜的视放大率公式(3—8)可以看到，如果望远镜的视放大宰相视场角一定，兢要求一定的目镜视场。无论是提高望远镜的视放大率Γ或者视场角w，当目镜的视场一定时，增大望远镜的视放大率Γ必然要减小整个系统的w3-6如果要设计大视场和高视放大率的望远镜，必须采用广角和特广角目镜。较复杂，但像质仍不理想，使用受到限制。(2)：相对出瞳距离lz’/f’Bzflzf目目出瞳乃是望远镜的孔径光阑在望远镜像空间所成的像，它与入瞳对整个系统互为物像关系(3)：工作距离S没有分划板，则上述要求就不必要了)--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------d＝这种目镜由二块凸面相对的平凸透镜组成．其间隔小于场镜相接目镜的焦板；镜目距也可有所增大．使之能用于量测显微镜中。这种目镜可认为是在冉斯登目镜的基础上，将接目镜改变为双胶合镜组而像像质优于凯涅尔目镜。由于结构对称，加工方便，相对出瞳距离大，它在军用观察和瞄准仪器中应用广大第六章测微准直望远镜概述光学仪器。外形见图1望远镜的光学原理见图2性分辨力《=4.7"起另一坐标方向位移应小于0.02mmonimmn。于机械轴的垂直度-2';望远镜位移分划板中心与机械轴重合性0.02mm.望远镜光轴与机械轴的偏离，在300mm处不大于0.005mm.见表1第七章棱镜转向系统ro为了克服这个缺点，可以采用反向Porro棱镜转像。不过又带来了新的问题，物低照度环境下使用。f量也随之下降，但是这种棱镜结构复杂，而且透光率比Porro棱镜低5%，需要镀-------------------------------------------------