深圳大学 望远系统的搭建和参数测量

深 圳 大 学 实 验 报 告
课程名称：
工程光学（1）
实验项目名称： 望远系统的搭建和参数测量
学院：
光电工程学院
专业：
光电信息科学与工程
指导教师：
于斌
报告人：
学号：
组别：
实验时间：
2015 年 12 月 22 日
实验报告提交时间：
教务处制
一、 实验目的与要求：
1）学习了解望远镜的构造及其原理； 2）学习测定望远镜放大倍数的方法； 3）理解分辨本领的含义。
二、 实验器材： 1） 标尺；2）干板架；3）磁力表座；4）物镜（Φ 40.0，f 150.0；Φ 40.0，f 200.0） ； 5）一维调节滑块；6）一维调节滑块；7）目镜（Φ 20.0，f 30.0；Φ 20.0，f -40.0） ； 8）导轨，滑块，支杆，调节支座等 三、实验原理： 。
望远镜可用来观测远处的物体。 最简单的望远镜由两块凸透镜组成。 望远镜的 前面有一块直径大、焦距长的凸透镜，名叫物镜；后面的一块透镜直径小焦距短， 叫目镜。物镜把来自远处景物的光线，在它的后面汇聚成倒立的缩小了的实像，相 当于把远处景物一下子移近到成像的地方。 而这景物的倒像又恰好落在目镜的前焦 点处，这样对着目镜望去，就好像拿放大镜看东西一样，可以看到一个放大了许多 倍的虚像。这样，很远很远的景物，在望远镜里看来就仿佛近在眼前一样。 伽利略发明的望远镜在人类认识自然的历史中占有重要地位。 它是由正光焦度 的物镜和负光焦度的目镜组成的，其视觉放大率大于 1，形成正立的像，不需加转 像系统，但无法安装分划板，应用较少，可应用于观剧，倒置伽利略望远镜可用于 门镜。 开普勒望远镜是由两个正光焦度的物镜和目镜组成， 因此成倒像。 为使经系统 形成的倒像转变成正立的像， 需加入一个透镜或棱镜转像系统。 因开普勒望远镜的 物镜在其后焦平面上形成一个实像， 故可在中间像的位置放置一分划板， 用作瞄准 或测量。由于开普勒望远镜各种性能优良，所以目前军用望远镜，小型天文望远镜 等专业级的望远镜都采用此种结构。
即光学间隔（在实用望远镜中是一个不为零的小数量） 。由图 3-2 可得
tan
AB y OB l
2
2
tan
y1 y 2 l1 AB l 2 l1 (l1 l1 l2 ) OB l1 l1
l1
l2

l1
f

' o
f
Fe B
五、实验数据记录：
组号：__________________ 内容一：
姓名：___ ___________
f 0= 150.0mm 测量次数 1 2 3 4 5 L（mm） L＇ （mm）
f e= 30.0mm l（mm） l1（mm）
内容二：
f 0= 150.0mm 测量次数 1 2 3 4 5 L（mm） L＇ （mm）
1
2
3
4
5
6
7
图 3-3 望远镜系统装配示意图
2）将标尺安放在距离望远镜物镜大于 1 米处，用一只眼睛直接观察标尺，同 时用另外一只眼睛通过望远镜的目镜看标尺的像， 并对准标尺上两个红色标记间的 区间，长度为 L。经适应性练习，获得被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像； 3）测出红色标记内标尺的长度 L ，多次重复测量，则其视觉放大率为 L ； L 4）测量出望远镜的镜筒长度 l 和物距 l1 ，按照公式（3-3）计算其放大率，并 与实验观察出来的放大率进行比较； 5）替换物镜（f200）和目镜（f-40） ，搭建伽利略望远镜，重复（2） （3） （4） 步； 6）由波长和物镜孔径，理论计算望远镜的最小分辨角。
f e=
-40.0mm l1（mm）
l（mm）
Hale Waihona Puke 六、实验数据分析及思考题： 要求：对实验数据进行分析，回答实验讲义或实验现场遇到的思考题。
七、实验结论： 要求：简要总结实验所得到的结论以及实验收获。
指导教师批阅意见：
成绩评定：
指导教师签字： 年 月 日 备注：
注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。 2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后 10 日内。
1.22
D
式中， 为照明光波的波长，D 为望远镜物镜的孔径，角度的单位是弧度。 即两个物体如果对望远镜的张角小于（理论）值。则望远镜将无法分辨它们是两 个物体（两个物体重叠成一个像） 。
四、实验内容与步骤： 要求：简要列出实验要求的内容和主要步骤。
1）按照图 3-3 组装成开普勒望远镜（物镜选择 f150，目镜选择 f30） ，调整光学 元件同轴等高；
A
e
A B
y1
O
.
Fo
B y 3 A
..

O
y2
Lo
图 3-2
Le
观察近处物体时望远镜的光路图
故观察近处物体时望远镜的视觉放大率为
(l1 l1 l2 ) tan l1 tan l1l2
（3-2）
在满足近轴光线和薄透镜条件前提下，利用透镜成像公式，可得
l
1
fl f l
' o 1 ' o
1
l
2
fl f l
' ' e 2 ' e 2
为了把放大的虚像 y3 与物体 y1 直接比较，必须使 y3 和 y1 处于同一平面内，即
要求 l2
l l l
1 1
2
。同时引入望远镜镜筒长度 l
l l
1
2
，并利用 l1 和 l 2 两个
f o' f o fe f e'
（3-1）
由此可见，望远镜的视觉放大率 等于物镜和目镜焦距之比。若要提高望远镜 的视觉放大率，可增大物镜的焦距或减小目镜的焦距。 当用望远镜观测近处物体时， 其成像的光路图可用图 3-2 来表示。 图中 l1 、l1 和
分别为透镜 Lo 和 Le 成像时的物距和像距， 是物镜和目镜焦点之间的距离， l2 、l2
图 3-1 开普勒望远镜光路示意图
为能观察到远处的物体， 开普勒望远镜的物镜用较长焦距的凸透镜， 目镜用较短焦
距的凸透镜。远处射来光线（视为平行光），经过物镜后，会聚在它的后焦点外离 焦点很近的地方， 成一倒立、 缩小的实像。 目镜的前焦点和物镜的后焦点是重合的。 所以物镜的像作为目镜的物体， 从目镜可看到远处物体的倒立虚像， 由于增大了视 角，故提高了分辨能力，见图 3-1。 当观测无限远处的物体时，物镜的焦平面和目镜的焦平面重合，物体通过物镜 成像在它的后焦面上， 同时也处于目镜的前焦面上， 因而通过目镜观察时成像于无 限远，此时望远镜的视觉放大率为：
表达式，得
l1 l f e' f o' l1l2 ' ' l1l2 l1 f o f e
（3-3）
l 和 l1 后， 在测出 f o 、f e 、 由式 （4-3） 可算出望远镜的放大率。 显然当物距 l1 f o
时，因式(4-3)中括号内的量接近于 1，式（4-3）变回式（4-1） 。 望远镜的分辨本领用它的最小分辨角来表示。由光的衍射理论，按瑞利判断 可知：