工程光学实验四望远镜的搭建和参数测量模板

深 圳 大 学 实 验 报 告
课程名称： 工程光学（一）
实验名称： 望远镜系统的搭建和参数的测量
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实验时间： 年 月 日
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图4-2 开普勒望远镜的光束限制图
开普勒望远镜的视场角可以从上图中求出：
==视（4-1）是视场光阑直径，是物镜焦距。

其中，D
视
开普勒望远镜的视场2一般不超过。

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。

3.4 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4-3 望远系统的视觉放大率图
设表示眼睛直观物体时的张角；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：
（4-2）式中，为眼睛的像方节点到视网膜的距离，若不考虑眼睛的调节功能，它为一常数；是通过望远镜观察到的像高；是直观到的像高，两者之比即为望远镜的视觉放大率：
=（4-3）
由于望远镜的镜筒长度与物镜之比是可以忽略的，故可用物体对望远镜的张角 取代物体直接对眼睛的张角 ，则有：
=
= -
（4-4）
此时望远镜的放大率为：
= -
( 4-5 )
由此可见，望远镜的放大率Γ等于物镜和目镜焦距之比，望远镜的视觉放大率与物体的位置无关，仅取决于望远系统的结构。

若要提高望远镜的放大率，可增大物镜的焦距或减小目镜的焦距。

因为望远系统所成的是虚像，无法直接测量其放大倍率，需要加成像透镜转化为实像后再进行测量。

本实验系统的望远系统的视觉放大倍率测试光路图如图5-4。

图4-4 望远系统视觉放大倍率测量光路
视觉放大率的计算推导如下：
图4-5 望远系统视觉放大倍率推导过程
则有：
tan =
平行光管
tan
=
望远物镜
(4-6)
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
11ϕϕϕϕ'=='= (4-7)
图4-6 望远系统实验装配图
2)望远系统入瞳和孔径光阑的确定
将望远系统中所有光学元件的通光孔径分别通过其前面的镜组成像到整个系统的物空间，直径最小的像就是系统的入瞳，与入瞳相共轭的元件即为孔径光阑。

（通过计算可以确定本系统的物镜即为孔径光阑，即孔径光阑大小为40mm。

若在物镜前加入可变光阑，因为可变光阑的最大直径为28mm，则可变光阑为系统新的孔径光阑）
图4-7 出瞳的测量
3)望远系统的出瞳和出瞳距
按照图4-7，先将可变光阑直径调小至5~8mm左右（目的是得到较小的出瞳直径，不超出相机的探测面测量范围，若用白屏来测量出瞳直径，则不需将光阑调小）
然后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。

使用软件的清晰度判断功能（调节相机的高度和左右位置，
使得用于清晰度判断的红线能穿过待测图案的边界，参考下图），微调相机的前后位置，得到清晰度最高的成像即为出瞳。

此时微调可变光阑的大小，可观察到出瞳的直径变化。

图4-8 出瞳位置测量
使用软件的像素距离读取功能，读取圆形光斑的直径。

（读取直径时，需要在起点处点击鼠标，不松手拖动至终点，然后松手。

参考下图）
图4-9 出瞳大小测量
测量出瞳距可使用白屏找清晰成像位置，再用钢尺进行测量；或者可以使用普通的40mm滑块固定相机，通过手动粗调找到清晰成像位置，可通过读取导轨上的读数来确定出瞳距，滑块的边沿与相机探测面的距离为17.3mm。

4)望远系统视场光阑
图4-10 视场光阑实验
将可变光阑放置在望远系统物镜的后焦平面上，作为视场光阑。

改变可变光阑的大小，可观察到目标物的成像范围变化，理解视场光阑的作用。

可以将可变光阑替换为固定的光阑，可通过公式计算测试的视场角。

5)望远系统的视角放大率。

图4-11 望远系统视角放大率测量实验装配图
在测量望远系统的视觉放大率之前，需要搭建观测系统。

根据系统的光瞳衔接原则，观测系统的入瞳应与望远系统的出瞳重合。

因此，观测系统的物镜应放置在望远系统出瞳位置。

然后加入相机，调整相机的前后位置直至成像清晰为止（使用清晰度判断功能）。

任意读取两条缝的距离y''代入下式，即可得到望远系统的放大倍率。

=-f y f y
γ'''
⋅'
平行光管
成像透镜。