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望远系统及其物镜的光学成像特性

发布时间:2023-02-02 13:20:13 浏览量:2157 作者:Leo

摘要

望远系统是用来观测远距离物体的光学系统,由物镜和目镜组成。

正文


望远系统及其物镜的光学成像特性


1.望远系统的工作原理


望远系统是用来观测远距离物体的光学系统,由物镜和目镜组成。



其特点是:物镜的焦距大于目镜的焦距,且光学间隔 Δ=0。从无限远物体 AB 发出的平行光线经望运物镜后,在物镜的像方焦平面上成一个实像 A'B',它正好位于目镜的物方焦平面上,经目镜成像在无限远处,供人眼观察。该系统中,物镜框是孔径光阑,设在一次实像面处的分划板是视场光阑,目镜往往是渐晕光阑,其大小影响轴外点成像的渐晕系数


若图像接收器不是人眼,而是光电器件(如 ccdcmos 器件等),则可将它置于实像平面 A'B' 处。


望远系统的视觉放大率 Γ 定义为:物体经过望远系统所成的像对人眼张角的正切 ,与人眼直接观察物体时物体对人眼张角的正切  之比。



2. 望远物镜的光学成像特性


望远物镜的光学参数由焦距 f′、相对孔径 D/f′ 和视场角2ω。来表示。这些参数决定了望远系统的分辨率、像面照度、成像质量和结构尺寸。因此,根据使用要求,正确确定参数并合理选择物镜是十分重要的。


(1) 物镜的分辨率 ψ


望远物镜的分辨率用极限分辨角 ψ 来表示。把刚好能被分辨开的两点对物镜人瞳中心的张角称为极限分辨角。其公式为:



式中,D 为望远系统入瞳的直径。


光电成像器件的线分辨率为 δ',则它与物镜极限分辨角 ψ 之间应满足下式



式中,f' 为望远物镜的焦距。


当物镜的分辨角一定时,加大物镜的焦距有利于满足成像器件分辨率的要求。但加大焦距,会引起系统结构尺寸的增大。


(2) 视场角 2ω


望远系统的视场用视场角表征,即物体的边缘对人瞳中心的张角2来表示的。视场角可用下式来计算



式中,f1' 是物镜的焦距;2y' 是图像传感器光敏区尺寸的大小。图像传感器光敏区尺寸的大小限制了望远系统物方视场角的大小。


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