03望远镜光学特性分析及参数测量.doc

实验三 望远镜光学特性参数测量 [实验目的] 1．深入了解望远镜的各种光学特性。 2．掌握望远镜的出瞳直径、出瞳距离、放大率、视场、视度的基本测量方法。 [仪器和装置] 导轨，被测望远镜，支架，测量显微镜，标准光阑，前置镜，视场仪，视度筒 [实验原理] 望远镜的光学特性参数有：出瞳直径和出瞳距离、放大率和视场、视度和视差以及透射比和分辨率等。现将测量望远镜部分参数的实验原理简述如下： 1．望远镜的出瞳直径和出瞳距离 图1是最简单的开普勒望远镜的光路示意图。如图所示，限制进入光学系统的光束孔径的是物镜框，因此物镜框是孔径光阑。限制望远镜所能观察到的视场大小的是分划板框，所以分划板框是视场光阑。由于孔径光阑的前方已没有其它光学系统，因此这个光学系统的入瞳就是孔径光阑本身（即物镜框）。孔径光阑经过它的后方所有光学系统（图中是分划板和目镜）所成的象就是出瞳；出瞳到目镜最后一个表面的距离就是出瞳距离，用lz’来表示。 图1 望远镜的光路示意图 1－物镜 2－物镜框（孔径光阑入瞳）3－分划板 4－分划板框 （视场光阑）5－目镜 6－目镜框 7－出瞳 2. 望远镜的视觉放大率 通常望远镜的放大率是指视角放大率，用Γ来表示。所谓视角放大率是指当人眼通过望远系统观察和直接观察同一物体时，在人眼视网膜上成象的大小之比，即 Γ= y’/y = tgω(/tgω (3-1) 式中 y － 直接观察物体时在视网膜上形成的象高； y，－ 通过望远镜观察物体时，其象在视网膜上形成的象高； ω(－ 通过望远镜观察时，对人眼的视角； ω－ 直接观察时，物体对人眼的视角。 由几何光学可知望远系统放大率与入瞳直径D、出瞳直径有如下关系 Γ= tgω(/tgω = D/D( (3-2) 3．望远镜的视场 望远镜的视场是指人眼通过该仪器所能见到的物空间的最大范围。在无渐晕或渐晕不大的情况下，人眼位于仪器的出瞳位置上观察物体，用所能见到的物空间最大范围的边缘对入瞳中心所张的角度值2ω来表示望远镜的物方视场，如图1所示。通常所讲的望远镜的视场都是指物方视场。 4．望远镜的视度调节 观察者的眼睛有正常眼、近视眼和远视眼三种情况。对于正常人眼，望远镜的出射光束为平行光束。将出射光束调节为发散光束时, 可供近视眼观察物体；将出射光束调节为会聚光束时，可供远视眼观察物体。光学仪器的这种调节能力称为视度(SD)调节。视度的单位用屈光度(m－1)表示，其计算公式为 SD=1000Δ/f(2 (3-3) 式中f′ 为目镜的象方焦距，单位为mm；△为光学间隔，单位为mm。 △也表示目镜和物镜的移动量，当△=0时表示目镜物方焦点与物镜象方焦点重合；当△＜0时表示目镜前移； 当△＞0 时表示目镜后移。目镜的前移和后移是相对于望远镜的视度为零时目镜所处的位置来说的。 [实验内容和步骤] 1．测量望远镜的出瞳直径D(和出瞳距离L(Z 。 （1）把被测望远镜和测量显微镜固定在导轨上。调节测量显微镜，使它调焦在望远镜目镜后的光斑（即出瞳）上，如图2所示。此时在显微镜中可以见到这个出瞳的象。利用测微目镜测量出瞳象的大小，此即为被测望远镜的出瞳直径。 （2）在用测量显微镜测出瞳直径D(时，记下测量显微镜在光具座导轨上的位置l1 ，再沿导轨移动显微镜至能看清望远镜后表面为止，记下测量显微镜在导轨上的位置l2，则两位置之差即为出瞳距，即L’Z= l2 – l1 图 2 用标准光阑和测量显微镜测量望远镜放大率示意图 1－标准光阑 2－被测量望远镜 3－标准光阑的象 4－测量显微镜 5－导轨 2．测量望远镜的放大率 测量望远镜放大率常用的方法有两种：一种方法是用标准光阑和测量显微镜测量；另一种方法是用平行光管和前置镜测量。这里我们主要介绍第一种方法。用标准光阑和测量显微镜测量望远镜的放大率Γ。 图2 是测量原理图。标准光阑的内孔形状为矩形，内孔长度a已知。将标准光阑套在被测望远镜物镜筒的外面，标准光阑的内孔经过被测仪器在目镜后所成的象大小为，于是，被测望远镜的视觉放大率为 (3-4) 为了减小测量相对误差，标准光阑的内孔尺寸，在确保比被测系统的入瞳小的前提下，应尽量大一些。 3.测量望远镜的视场2ω 通常用视场仪测量望远镜的视场，其原理结构如图3a所示。视场仪本身具有较大的视场，它的分划板上刻有十字分划，在其上面标注有两种角度单位，在水平分划线上标注的是普通采用的(°) 角度单位，在垂直分划线上标志的是“密位”角度单位，如图3b 所