望遠係統及其物鏡的光學成像特性
1.望遠係統的工作原理
望遠係統是用來觀測遠距離物體(ti) 的光學係統,由物鏡和目鏡組成。
其特點是:物鏡的焦距大於(yu) 目鏡的焦距,且光學間隔 Δ=0。從(cong) 無限遠物體(ti) AB 發出的平行光線經望運物鏡後,在物鏡的像方焦平麵上成一個(ge) 實像 A'B',它正好位於(yu) 目鏡的物方焦平麵上,經目鏡成像在無限遠處,供人眼觀察。該係統中,物鏡框是孔徑光闌,設在一次實像麵處的分劃板是視場光闌,目鏡往往是漸暈光闌,其大小影響軸外點成像的漸暈係數。
若圖像接收器不是人眼,而是光電器件(如 ccd 及 cmos 器件等),則可將它置於(yu) 實像平麵 A'B' 處。
望遠係統的視覺放大率 Γ 定義(yi) 為(wei) :物體(ti) 經過望遠係統所成的像對人眼張角的正切 ,與(yu) 人眼直接觀察物體(ti) 時物體(ti) 對人眼張角的正切
之比。
2. 望遠物鏡的光學成像特性
望遠物鏡的光學參數由焦距 f′、相對孔徑 D/f′ 和視場角2ω。來表示。這些參數決(jue) 定了望遠係統的分辨率、像麵照度、成像質量和結構尺寸。因此,根據使用要求,正確確定參數並合理選擇物鏡是十分重要的。
(1) 物鏡的分辨率 ψ
望遠物鏡的分辨率用極限分辨角 ψ 來表示。把剛好能被分辨開的兩(liang) 點對物鏡人瞳中心的張角稱為(wei) 極限分辨角。其公式為(wei) :
式中,D 為(wei) 望遠係統入瞳的直徑。
若光電成像器件的線分辨率為(wei) δ',則它與(yu) 物鏡極限分辨角 ψ 之間應滿足下式
式中,f' 為(wei) 望遠物鏡的焦距。
當物鏡的分辨角一定時,加大物鏡的焦距有利於(yu) 滿足成像器件分辨率的要求。但加大焦距,會(hui) 引起係統結構尺寸的增大。
(2) 視場角 2ω
望遠係統的視場用視場角表征,即物體(ti) 的邊緣對人瞳中心的張角2來表示的。視場角可用下式來計算
式中,f1' 是物鏡的焦距;2y' 是圖像傳(chuan) 感器光敏區尺寸的大小。圖像傳(chuan) 感器光敏區尺寸的大小限製了望遠係統物方視場角的大小。
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