5.5 摄远物镜设计实例

在 5.3 节中，我们介绍了常用的双胶合望远镜物镜设计方法。由于其结构简单，校正像差的能力有限，基本上只考虑初级像差，因此其初级像差求解过程和像差微量校正过程都比较简单。然而，对于光学结构较为复杂的望远镜物镜，其初级像差求解过程就不像双胶合物镜那样容易了。此外，由于结构复杂，满足初级像差的解往往不是唯一的，因此需要考虑如何选择最佳解的问题，这就需要考虑高级像差。为了阐明解决这些问题的方法，本节讨论一个相对孔径较大、结构相对简单的摄远物镜的设计实例。

假设该物镜光学特性的要求为：

  • 焦距 f' = 320 mm
  • 通光口径 D = 60 mm
  • 视场 2ω = 10°

这是一个用于大地测量仪器中的高倍率望远镜物镜。为了减小仪器的体积和重量，同时达到内调焦的要求，通常采用摄远形式，要求系统的相对长度最大为 0.5。

摄远型物镜由一个正光焦度的前组和一个负光焦度的后组组成，其特点是系统的长度比焦距短很多，适合于长焦距物镜的情形。系统的相对长度定义为系统的长度（系统第一面到像面的距离）与焦距的比值。

按照上述要求，要设计这样一个内调焦望远镜的物镜，首先确定前后组的焦距和两透镜组之间的间隔，也就是进行外形尺寸计算。关于测量仪器内调焦望远镜物镜外形尺寸计算的问题可参考相关测量仪器光学系统专著，这里不做详细讨论，直接引出系统的有关参数如下：

  • 前组焦距 f₁' = 128 mm
  • 后组焦距 f₂' = -35.6 mm
  • 两组之间的间隔 d = 106.7 mm

相应的组合焦距和系统长度为：

  • f' = 320 mm
  • L = 160 mm

下面首先确定透镜组的结构形式。

5.5.1 结构形式的选择

透镜组的结构形式是由其光学特性确定的。首先看前组，前组透镜的光束口径就等于系统要求的通光口径，因此其相对孔径为：

D/f₁' = 60/128 ≈ 0.47

相对孔径接近 0.5，因此不可能采用简单的双胶合物镜。根据前面介绍的望远镜物镜形式，这里选用双单型物镜作为系统的前组。

下面再看后组，首先求出后组的通光口径，由图 5-12 很容易看到……

(以下内容省略，请根据原文继续改写)