应用光学实验指导书刘冬梅、王文生等主编
长春理工大学光电工程学院
2005年
目录
[实验一]透镜焦距的测量
[实验二]望远系统特性参数的测量
[实验三]显微系统特性参数的测量
[实验四]几何象差的现象及规律
[实验五]立体判释仪
[实验六]自组显微镜
[实验七]自组望远镜
[实验八]验证透镜成像及光线传播规律的实验[实验九]色度学实验
[实验十]激光光学系统（演示型实验）
[实验十一]傅立叶光学系统（演示型实验）
[实验一] 透镜焦距的测量
一、实验目的
1、掌握放大倍率法测量焦距的原理、和步骤；
2、熟悉焦距仪的基本结构并掌握焦距的测量技术。
二、实验内容
测量正透镜的焦距，并给出正确的测量结果
三、实验仪器
550型焦距仪（或光具座）及相应附件，待测的正透镜
四、放大倍率法测焦距的原理
放大倍率法测量正透镜焦距的原理如图1－1所示。
将待测物镜置于平行光管物镜之前，并在平行光管物镜焦面处放置彼罗板。彼罗板上刻有若干已知间距的刻线对（根据不同的彼罗板其刻线对数也稍有不同，线对从中心往外数依次为Λ
mm8,
2）。任取一刻线对作为物，设其间距为y，4,
Λ
mm
mm
则经待测透镜成像后在待测透镜焦面上成象为y'，如测量显
''β（式中β为显微物镜的微镜测量则测得y'的象y''为：y
y'
=
放大率），则待测物镜的焦距可由下式求得：
c f y y f '''='β
（1－1） 式中c f '为平行光管物镜焦距。
五、测量方法
1、首先将已知刻线对的彼罗板放置于平行光管的物镜焦平面上，并用测量显微镜对该彼罗板的线对进行调焦，直至视场中出现清晰的像，选择彼罗板的其中一对刻线作为物y ，测量出物的像的大小y '，则得到测量显微镜的物镜放大率：y y /'=β。
2、将待测物镜放置于透镜夹持器中，并调整透镜、平行光管及测量显微镜三者光轴共轴。
图 1－1
3、微调显微镜，使刻线象清晰无视差的成在测微目镜的分划板上，再次测量象的大小y ''。
4、将y ''代入到公式（1－1）中，即可求出待测透镜的焦距。
此种测量透镜焦距的方法测量误差较小，精度较高，当待测透镜象质较好且测量显微镜的实际利用的数值孔径不太小时，可达%3.0/≤''f f σ 。
六、测量薄透镜焦距的一般方法介绍
1、远物法测焦距：
位于无限远处物体发出的光经待测透镜进行成像，其像由接收屏接收，则待测透镜到接收屏之间的距离即为透镜焦距。此种测量方法原理十分简单，测量也极为方便，但误差较大。且实验过程中也可以用物距f l '>20来模拟无限远的物体。此种测量方法的相对测量误差为：%5/≤''?f f 。
2、通过分别测量物距及像距来求取透镜焦距：
该方法可在简易光具座上实现。首先采用远物法粗测被测透镜的焦距大小，然后在光具座上依次放置物平面（物为一个带有透明箭头的黑屏）及接收屏，且使二者间距大致为4倍的焦距。将待测透镜嵌入透镜夹持器上，并将夹持器置于两屏之间，则当以光源照明物体时，物体将经透镜进行成像，沿导轨前后移动透镜，直至在接收屏上能够看到清晰的像，读取物平面到透镜的距离（导轨上有刻划线）即为物距l ，则像距为l L l -='，故焦距可按下式计算：
f
l l '=-'111 （1－2）
当采用此种方法进行测量时，其焦距相对测量误差约为 %5/%1≤''?≤f f 。
3、两次成像法测量焦距
用微分求极值法或根据光线的可逆性可以证明：当物、像间距L 略大于f '4时，前后移动透镜的位置必然能够得到两个位置，在此两个位置处都能够在接收屏上接收到实像（如图1－2所示），若透镜的两次成像的位置间距为d ，则待测透镜的焦距为： L d L f 42
2-=' （1－3） 该法的相对测量误差约为%2~%1。
图 1－2
值得注意的是以上几种方法仅适用于正透镜的测量，如果待测透镜为负透镜，则需要借助正透镜与负透镜组成一透镜组来加以测量。
七、思考：
1、如何确保平行光管、待测物镜与测量显微镜三者共轴？
3、当精密测焦距时，对平行光管及测量显微镜有哪些要
求？
[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P'，如图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5.
12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mm
10。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mm
1（在外筒上有一窗
0，格值为mm
80
~
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。
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可以读得一个读数，此读数即为沿轴方向的出瞳面的位置
a。
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。两次读数之差就是被测系统的出瞳距p'。
数
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？