[实验二]望远系统特性参数的测量
天大光学工程实验课程02
实验二 望远系统的参数测量一、实验目的1．掌握望远系统的入瞳和出瞳距的测量方法2．掌握望远系统放大率的测量方法二、实验内容掌握测量方法，做好测量前的准备工作，测量给定的望远镜的入瞳D，出瞳D′及出瞳距p′，计算望远系统的放大率r。
三、实验原理1．入瞳D的测量测量入瞳D。
对于简单望远镜来说，孔径光阑和入射光瞳就是物镜镜框，其直径D可用量规或卡尺直接量出，也可采用测量显微镜如图2－1那样来进行测量，测量时注意要对镜框直径的两端逐个调焦、显微镜的横向移动量，就是入瞳光瞳的直径D。
图2－12．出瞳D′的测量：测量原理如图所示，出瞳D′的大小用测量显微镜或倍率计进行测量，首先将待测望远镜调焦于无限远，再将待测望远镜安置在光具座上，接通平行光管电源，作为无穷远光源照亮望远物镜的外框，则在望远镜目镜后面可看到一亮斑，即为出瞳D′，用测量显微镜或倍率计测出D′的大小。
测量原理如图2－2所示。
图2－23．出瞳距p′的测量：在用测量显微镜测出瞳D′的大小时，记下测量显微镜在光具座导轨上的位置A，再移动显微镜至到能看清望远镜后表面（此时看到目镜后表面上有许多灰尘），记下显微镜在导轨上的位置B，则两位置差即为出瞳距p′。
则： p′＝A－B测量装置如图2－3所示图2－34．望远镜放大率的测量：望远系统放大率即为可见放大率或称为视角放大率，由几何光学可知r 表示视角放大率有如下关系：（2－2） 式中： w——望远镜物方视场角w′——望远镜象方视场角D——望远镜的入瞳直径D′——望远镜的出瞳直径f物——望远镜的物镜直径f′ 目——望远镜的目镜直径根据以上公式，只要任意测得对应的一组数据即能计算出望远系统的放大率P值。
四、实验设备光具座、待测望远镜五、实验步骤1．测量入瞳和出瞳：由公式（2－2）可知视角放大率等于入瞳和出瞳之比。
本法与前面望远镜的D和出瞳D′ 测量方法相同。
2．测量物方视场角w，和象方视场角w′ 利用公式E＝tgw′/tgw而求出望远镜的视场角放大率，测量装置原理如图2－5所示。
典型光学系统试验
\本科实验报告课程名称：应用光学实验姓名：韩希学部：信息学部系：信息工程专业：光电学号：3110104741 指导教师：蒋凌颖实验报告课程名称： 应用光学实验 指导老师成绩：__________________实验名称：典型光学系统实验 实验类型： 同组学生姓名： 蒋宇超、陈晓斌 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求深入理解显微镜系统、望远镜系统光学特性及基本公式； 掌握显微镜系统、望远镜系统光学特性的测量原理和方法。
二、实验内容和原理(1)望远镜特性的测定测定望远镜的入瞳直径D 、出瞳直径D ’和出瞳距错误!未找到引用源。
；测定望远镜的视觉放大率Γ；测定望远镜的物方视场角错误!未找到引用源。
，像方视场角错误!未找到引用源。
；测定望远镜的最小分辨角φ。
对于望远镜系统来说，任意位置物体的放大率是常数，此值由物镜焦距错误!未找到引用源。
和目镜焦距错误!未找到引用源。
确定，其视觉放大率可表示为(2) 显微镜视场及显微物镜放大率的测定 显微物镜的放大率是指横向放大率式中 y ——标准玻璃刻尺上一对刻线的距离（物）（格值0.01mm ）；y ′——由测微目镜所刻得的像高。
(3)显微物镜数值孔径的测定显微物镜的数值孔径为错误!未找到引用源。
,其中n 为物方介质的折射率，u 为物方半孔径角。
若在空气中n=1,则错误!未找到引用源。
数值孔径通常用数值孔径计来测定，数值孔径计的结构如图5示，其主要元件是一块不太厚的玻璃半圆柱体，沿直径方向的侧面是与上表面成45度角的斜面，从侧面入射的光线在斜面上全反射，上表面上有两组刻度沿圆周排列。
其外圈刻度为数值孔径（即角度的正弦值），专业： 光电信息工程 姓名： 韩希 学号： 3110104741 日期：2013年6月15日 地点：紫金港东四605内圈刻度为相应的角度值，以度为单位。
应用光学望远系统的一般性质
地形因素考虑和选择策略
海拔高度
海拔高度的增加可以降低大气压力和温度，从而提高大气 透明度和稳定性，有利于望远镜的观测。因此，许多大型 望远镜都建在海拔较高的地区。
地形遮挡
地形遮挡会限制望远镜的观测范围和视场大小。在选择观 测地点时，应避免周围有高山或建筑物等遮挡物，以确保 望远镜能够充分接收来自目标天体的光线。
地质稳定性
地质稳定性对于望远镜的长期运行和维护至关重要。在选 择观测地点时，应对地质条件进行详细调查，确保地基稳 定、无地震等自然灾害风险。
夜间天空背景亮度变化规律
月相变化
月相的变化会影响夜间天空的亮度。满月时，天空背景亮度较高，不利于进行深空天体观测；而在新月时，天空背景 亮度较低，有利于进行暗弱天体的观测。
通过采用特殊的光学元件或算法 ，对望远镜的像差进行校正，提 高成像的清晰度和对比度。
光学性能仿真
利用光学仿真软件对望远镜的光 学性能进行模拟和分析，以验证
设计的可行性和优化方向。
结构优化与性能提升
结构轻量化
通过采用先进的材料和制造工艺，减 轻望远镜的重量，降低制造成本和运 输难度。
结构刚度与稳定性增强
02
反射式望远系统
反射式望远系统采用反射镜代替折射式望远系统中的物镜，通过反射原
理实现远处物体的放大。反射式望远系统具有无色差、口径大等优点，
但存在中心遮挡和彗差等缺点。
03
折反式望远系统
折反式望远系统是折射式和反射式望远系统的结合体，既有折射式的优
点也有反射式的优点。折反式望远系统具有无色差、口径大、成像清晰
等优点，但制造成本较高。
常见类型及其特点
01
折射式望远系统
折射式望远系统主要由物镜和目镜组成，物镜采用凸透镜或凹透镜，通
第4章 望远系统视度、视差检验
第4章望远系统视度、视差检验§4-1望远系统视度检验1、视度的概念1、人眼的视度正常眼远视眼近视眼以上均以放松状态下的视度，称为远点视度。
2、人眼的调节视度与年龄有关，见表101520253035404550 -14-12-10-7.8-7.0-5.5-4.5-3.5-2.5 SD明=SD远+SD调 SD近=SD远+SD调正常眼，年龄40SD明=0+（-4.5）=-4.5近视眼，年龄40（200度）SD明=-2+（-4.5）=-6.53、视度的单位（虚光度）SD=1/L米（L以米为单位）SD=1000/L(mm)（L以毫米为单位）200度近视镜SD=1/0.5=24、人眼不用调节可看清朝米以外物体为0.2屈光度2、目视仪器的视度目镜出射光束的会聚和使散程度1、望远系统的视度1）有分划板2）无分划板2、望远镜移动量与视度bl=-f'目2b=-= -f'目2SD（f'目以m为单位）b=-SD （f'以mm为单位）3、公称尺过与公公差1）可调视度公称尺寸：±0.5（届光度）公差：零视度±0.5其它视度：D'≥3mm ±0.5D <3mm ±12)固定视度公称尺寸 -0.5—-1公差±0.53、视度检验1、 普通视度筒（±1.5—±2.5）1）原理xx'=-f'2-x-f+x'=-l+cx=l+f'-c+x'x'=-=普通视度角技术数据视放大倍率视场物镜焦距视度刻度值范围格值4x12°7’80.08±2.50.256x8°30’124.64±2.50.25 2）方法（1）调节视度简日镜，使分划板最清楚（2）被测系统视度规零（3）将被测系统放在平行光管前，光轴基本重合，将视度筒物镜和被测系统出基本重合（4）移动视度筒物体，使被测系统及平行光管划板象重合（5）看视度筒视度刻度是否为零（6）其它视度同样3）误差分析（1）清晰度法(2)清视差法D1T1.5234564X0.420.250.130.080.060.04 6X0.110.090.050.03 2、大量程视度角±6.5——±7.5由于视度角的物镜是按望远镜设计的，在于行光入射的条件下使用，如偏离较大，象质明显变坏，故普通视度筒测量范围为±1.5—±2.5。
光学系统 实验3-1望远系统参数测量
三 望系参数量实验远统测一、实验目的1．掌握望远系统的入瞳和出瞳距的测量方法2．掌握望远系统放大率的测量方法二、实验内容测量望远镜的入瞳D、出瞳D´及出瞳距p´，计算望远系统的放大率r。
三、实验原理1．入瞳D的测量对于简单望远镜来说，孔径光阑和入射光瞳就是物镜镜框，其直径D可用量规或卡尺直接量出，也可采用测量显微镜测量。
如图3－1所示，测量时测量显微1镜横向移动，对望远镜物镜2镜框直径的两端逐个调焦，其移动距离就是入瞳直径D。
图3-1 测量显微镜测量入瞳D原理图2．出瞳D´的测量：出瞳D´的大小用测量显微镜或倍率计进行测量，将待测望远镜夹持在光具座上，接通平行光管电源，作为无穷远光源照亮望远镜物镜的外框，则在望远镜目镜后面可看到一亮斑，即为出瞳D´，用测量显微镜测出D´的大小。
测量原理如图3-2所示。
图3-2 望远镜出瞳D´测量原理图3．出瞳距p´的测量测量原理如图3-3所示，在用测量显微镜测出瞳D´的大小时，记下测量显微镜在光具座导轨上的位置A ，再移动显微镜至到能看清望远镜目镜后表面灰尘或缺陷，记下此时测量显微镜在导轨上的位置B ，两位置差即为出瞳距p´。
p´的表达式为p´＝A －B 。
图 3-3 望远镜出瞳D´测量原理图图中：1——被测望远镜目镜 2——出瞳D´ 3——测量显微镜4——望远镜放大率的测量望远系统放大率即为可见放大率或称为视角放大率，由几何光学可知r 表示视角放大率有如下关系： eo f f D D tgw tgw r ==='' (3-1)式中： w——望远镜物方视场角w´——望远镜象方视场角D——望远镜的入瞳直径D´——望远镜的出瞳直径f o——望远镜的物镜焦距f e——望远镜的目镜焦距根据以上公式，只要任意测得对应的一组数据即能计算出望远系统的放大率r值。
望远系统的搭建和参数测量实验
课程名称：应用光学实验项目名称：望远系统的搭建和参数测量实验统的物空间，由于前面没有成像物件，故物镜的边框的像L 1′就是自身，即D 1′=D 物镜。
将目镜的边框经过前面的光学系统物镜成像到系统的物空间，设像为L 2′，通过公式可计算出D 2′，通过比较D 1′和D 2′的大小即可确定孔径光阑。
若D 1′大于D 2′，即目镜为孔径光阑；若D 1′小于D 2′，即物镜为孔径光阑。
3.望远镜出瞳直径和出瞳距离在几何光学中把孔径光阑经过它的前方所有的光学系统部分所成的像称为入瞳，把孔径光阑经过他的后方所有的光学系统部分所成的像称为出瞳。
由于孔径光阑的前方已没有其他光学系统，因此这个光学系统的入瞳就是孔径光阑本身（即物镜框）。
孔径光阑经过它后方所有光学系统所成的像就是出瞳。
出瞳到目镜最后一个表面上的距离就是出瞳距。
4.望远系统视场角与视场光阑物镜的后焦平面上可以放置分划板，分划板框即是视场光阑。
视场光阑的位置和孔径将直接限制物面或像面的成像范围。
当系统对远距离物体成像时，视场的大小往往用视场角表示，如下图。
图2 开普勒望远镜的光束限制图tanω=y ′f 1′ = D 视2f 1′ （1）其中，D 视是视场光阑直径，f 1′是物镜焦距。
开普勒望远镜的视场2 ω一般不超过8°−15°。
人眼通过开普勒望远镜观察时，必须使眼瞳位于系统的出瞳处，才能观察到望远镜的全视场。
5.望远镜的放大率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，如图所示：图3 望远系统的视觉放大率图设ω′′表示眼睛直观物体时的张角；ω′表示眼睛通过望远镜观察物体时的张角。
两种情况下，眼睛视网膜上所成像的大小分别是：图4 望远系统视觉放大倍率测量光路图5 望远系统视觉放大倍率推导过程tan φ=y f 平行光管′tan φ1′=y ′f望远物镜′(6)平行光管射出的是平行光，且通过透镜光心的光线不改变方向，因此ϕ=ϕ′=ϕ1=ϕ1′ (7) 图6 望远系统实验装配图图7 出瞳的测量望远系统的出瞳和出瞳距在望远目镜后放置相机，调节相机与目镜之间的距离，初步得到较为清晰的圆形光斑。
《应用光学》教学大纲
附件一：理论课程（含实验理论课程）教学大纲基本格式《应用光学》课程教学大纲课程名称：应用光学课程编码：0230021英文名称：Applied Optics学时：64 其中实验学时：16 学分： 3.5开课学期：第五学期适用专业：光电信息工程测控技术与仪器信息对抗技术探测制导与控制工程课程类别：必修课程性质：专业基础课先修课程：高等数学教材：工程光学天津大学机械工业出版社一、课程性质及任务本课程主要探讨的是几何光学的基本知识，研究的是光的传播和成像规律，典型光学系统的工作原理、光学特性，像差理论的部分内容。
它是仪器科学与技术、光电信息工程等专业的必修专业基础课程。
通过本课程的学习，能够为其它光学后续课程，诸如：光学测量、光学设计等打下良好的基础，也为学生更好的掌握光学总体设计方法、从事简单的光学系统的设计起到非常重要的作用，通过本课程的学习能够培养学生具有在生产及科研实践中理解、分析及解决问题的能力。
二、课程的教学要求（一）几何光学基本定律与成像概念9学时1．几何光学的基本定律掌握：(1)光波与光线的概念，(2)几何光学基本定律,(3)费马原理,(4)马吕斯定律；理解：光的根本属性及其传播规律现象等；了解：了解全反射的特点，并能够利用全反射的特点及规律解释一些常见的现象。
2．成像的基本概念与完善成像条件掌握：(1)光学系统与成像的概念，(2)完善成像的条件,(3)物像的虚实；了解：完善成像的定义与条件。
3．光学计算与近轴光学系统掌握：(1)基本概念与符号规则，(2)实际光线的光路计算,(3)近轴光线的光路计算。
理解：实际光线与近轴光线在光路计算中的区别及结果的差异。
了解：符号规则对所涉及的光学系统的作用；4．球面光学成像系统掌握：(1)单个折射面成像，(2)球面反射镜成像，(3)共轴球面系统。
理解：(1)垂轴放大率、轴向放大率及角放大率之间的区别与联系，(2)折射面成像与反射面成像之间的联系。
了解：如何能够利用相应的公式计算光学系统的物像位置关系及放大率。
三天文望远镜的使用与光学性能的测定
实验二天文望远镜的使用与光学性能的测定一、 40 cm卡塞格林反射望远镜的操作1.实验目的了解天文望远镜的性能，并学会独立操作望远镜2.实验仪器40 cm反射望远镜本实验使用的望远镜为卡塞格林R-C系统，赤道式装置。
两个度盘分别为赤纬（δ），时角（t），主镜为凹的双曲面镜，口径D= 400 mm，副镜为凸的双曲面镜，系统的有效焦距F= 6000 mm ；导星镜为D= 150 mm、F= 1980 mm的折射望远镜，见图sh5.1。
赤道装置：这种装置有两个相互垂直的Array轴，即赤纬轴和赤经轴（极轴）。
极轴指向天极，与地球自转轴平行，其高度应当等于当地的地理纬度。
镜筒可以绕着赤纬轴转动，并可以固定在一定的赤纬方向上。
通常有赤纬盘及时角盘显示望远镜的指向。
跟踪天体时，望远镜自东向西绕极轴运动,方向与地球自转方向相反,速度为15"/s，用来补偿地球自转，使望远镜保持指向被测的天体。
利用赤道装置实现跟踪天体的周日视运动是很方便的。
3. 实验指导在某一北京时间T h观测一个已知天体（α、δ）。
观测前首要先将当晚的北京时按公式 S=S0+(T h-8h)(1+μ)+λ换算成北京地方恒星时，用一个恒星时钟计量恒星时，利用公式t= S-α，计算出观测时刻天体的时角t。
由望远镜的电控度盘，将望远镜指向预定的天区（t、δ）。
待测天体进入视场后，sh5.1 40cm的反射望远镜打开转仪钟进行跟踪。
天体的α、δ及观测时刻的恒星时S，也可从星空软件中直接读取。
4. 实验步骤（1）观测前的准备工作①校准恒星钟；②查出待测天体的位置（α，δ），并在星图中熟悉待测天体周围亮星的相对位置和特点，以便观测时在寻星镜中找到它。
③根据待测天体，选好合适的目镜。
④使用仪器前，要在教师指导下，熟悉仪器的电控装置及各种旋钮使用注意事项等。
（2）观测步骤①在观测的恒星时时刻S之前约五分钟，计算出待测星在此恒星时时刻的时角t。
②用望远镜的电控装置将望远镜指向（t、δ）天区。
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[实验二] 望远系统特性参数的测量一、实验目的
通过对望远系统特性参数的实际测量，进一步掌握望远系统的基本成像原理，同时加深对其各参数的理解。
二、实验内容
实际测量望远系统的出瞳及出瞳距的大小。
三、实验仪器
平行光管、待测望远系统（经纬仪或水平仪）、倍率计等。
四、测量原理
对于望远系统来而言，物镜框就是孔径光阑，也为入瞳；物镜框经后面的目镜所成的像即为望远系统的出瞳D′，出瞳
′
到望远系统目镜最后一面的顶点的距离就是出瞳距离，如
P
图2－1所示。
图 2－1
利用倍率计可以简单而比较精确的测量出出瞳直径及出瞳距。
倍率计的结构原理如图2－2所示，其光学系统是一个低倍的显微镜，物镜的放大率是1倍，目镜是倍，分划板上刻有用来测量出瞳像直径的标尺，其刻划范围为。
此外，显微镜可以在外筒内前后移动，在显微镜筒上有一根长度标尺，刻划范围为，格值为（在外筒上有一窗口可见到此标尺）。
当显微镜在外筒内移动时，标尺可指示出它的位置，以方便的测量出出瞳距。
5.12mm 10mm 80~0mm 1
图 2－2
五、测量步骤
（一）望远系统出瞳直径的测量
1、测量前将被测望远系统的目镜视度调整到零，使仪器处于正常工作状态。
2、将平行光管、被测望远系统、倍率计如图2－3依次放置，并调整三者共轴等高。
图2－3
3、通过倍率计观察望远系统物镜框所成之像，并对出瞳亮斑调焦，从而使被测系统的出瞳在倍率计分划板中心部位上成清晰的像，此时从倍率计分划板上的刻线值即可正确地读出被测系统的出瞳直径的大小。
D′
（二）望远系统出瞳距离的测量
1、当倍率计调焦在出瞳面上时，从倍率计外筒窗口上也
a
可以读得一个读数，此读数即为沿轴方向的出瞳面的位置。
1
2、然后，沿倍率计外筒拉动显微镜，将它调焦在被测系统目镜的最后一个表面顶点上，此时再次记下外筒窗口上的读
a p′。
数。
两次读数之差就是被测系统的出瞳距
2
六、思考
1、如何测量望远镜的入瞳及入瞳距？
2、为什么大多数望远系统的孔径光阑都是位于物镜上？。