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\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。
工程光学第章典型光学系统课件 (一)
工程光学部分中，光学系统是一个非常重要的概念。
作为光学系统学习的第一步，我们需要学习典型的光学系统。
在本节课件中，我们将会学到三种典型的光学系统：单透镜系统、双透镜系统和望远镜。
第一，单透镜系统是最简单的光学系统，由一个透镜组成。
在这种情况下，光线从物体经过透镜形成像。
单透镜系统中，我们需要考虑像的位置和大小，物像距离和像的性质，如实际或虚像。
这些性质可以通过把物体图和像的图画在一起来表达。
第二，双透镜系统包括两个透镜，用于对光线进行更复杂的控制。
目光机是双透镜系统的一种，其中一个透镜更接近眼睛，另一个透镜离眼睛更远。
双透镜系统可以具有不同的配置，但是我们通常需要在系统中考虑的属性包括眼睛和物体之间的距离、眼睛所处位置、物体的位置、望远镜的放大率等，这些属性可以帮助我们确定望远镜成像的性质和特征。
第三，望远镜可以用于查看遥远的物体。
望远镜可以看作是双透镜系统的一种特殊情况，其中一个透镜是目镜行星镜，另一个透镜是大反射镜或透镜。
望远镜与单透镜和双透镜系统的不同之处在于，望远镜中透镜的位置和物体和眼睛的距离都有所不同。
在这三种光学系统中，我们学会了处理物体成像和图像特性的能力。
到达像靠近元素也需要一定的反思和技巧。
我们还意识到，光学系统可以有许多乐趣和有趣的应用场景，例如望远镜和显微镜等等。
对于喜欢光学系统的人来说，这是一种非常有趣和有创造性的领域，它可以启发人们的想象力和知识积累，可以帮助人们更好地理解我们周围的世界。
物体位于明视距离处对人眼的张角放大镜的工作原理250mm,r=−两块密接透镜构成的放大镜显微镜物镜物平面到像平面的距离称为共轭距。
各国生产的通用显微物镜的共轭距离大约为190mm 左右。
我国适用于远视眼的视度调节适用于近视眼的视度调节F eF F eF满足齐焦要求：调换物镜后，不需再调焦就能看到像——物镜共轭距不变加反射棱镜、平行平板镜的焦面上，然后通过目镜成像在无限远供人眼观察。
无限筒长显微镜：被观察物体通过物镜以后，成在无限远，在物镜的后面，另有一固定不变的镜筒透镜(我国规定焦距250mm)，再把像成在目镜的焦面上。
7.3 望远镜§7.3.1 望远镜的工作原理望远镜系统的结构望远镜中的轴外光束走向'tan 'o y f ω=−视角放大率：'tan 'f ω望远镜系统中平行于光轴的光线(a)开普勒望远镜系统和(b)伽利略望远镜系统(a)(b)两类望远镜系统中的轴外光束走向开普勒式望远系统加入场镜的系统=1:2.8照相镜头可变光圈孔径光阑探测器视场光阑−UU′聚光镜显微物镜光源物面孔径光阑孔径光阑可变，调节进入显微物镜的能量，调节入射至显微物镜的光束孔径角，与显微物镜的数值孔径相匹配。
其缺点是光源亮度的不均匀性将直接反映在物面上。
双目望远镜系统望远镜系统简化出瞳距望远镜系统简化'30mmD D =Γ=''tan 8mmo y f ω=−='5mmD =光阑位置D 物D 分D 目l z '01.22d λ=艾里斑Airy disk2)实验系统相同，所用光波波长愈短则艾里斑愈小；U ′刚能分辩的两个像点min0.15≈角距离时人眼还2mm视觉细胞的直径，约5μm U′显微物镜的分辨率'σβσ=显微镜的几何景深2''x u δ≈Δ⋅弥散斑。
第七章 典型光学系统1．一个人近视程度是D 2-（屈光度），调节范围是D 8，求： （1）远点距离； （2）其近点距离；（3）配戴100度近视镜，求该镜的焦距； （4）戴上该近视镜后，求看清的远点距离； （5）戴上该近视镜后，求看清的近点距离。
解： ① 21-==rl R )/1(m ∴ m l r 5.0-=②P R A -= D A 8= D R 2-= ∴D A R P 1082-=--=-= m P l p 1.01011-=-==③f D '=1∴m f 1-=' ④D D R R 1-=-='m l R1-='⑤P R A '-'= D A 8= D R 1-='D A R P 9-=-'=' m l P11.091-=-='2．一放大镜焦距mm f 25='，通光孔径mm D 18=，眼睛距放大镜为mm 50，像距离眼睛在明视距离mm 250，渐晕系数为%50=k ，试求（1） 视觉放大率；（2）线视场；（3）物体的位置。
已知：放大镜 mmf 25='mmD 18=放 mm P 50='mm l P 250='-'%50=K求：① Γ ② 2y ③l 解：①fDP '-'-=Γ1 25501252501250-+=''-+'=f P f eye92110=-+=②由%50=K 可得： 18.050*2182=='='P D tg 放ω ωωtg tg '=Γ ∴02.0918.0==ωtgDytg =ω ∴mm Dtg y 502.0*250===ω ∴mm y 102= 方法二：18.0='ωtg mm tg y 45*250='='ωmml 200-='mm fe 250='mm l 2.22-=yy l l X'==='=92.22200β mm y 102=③ l P D '-'= mm D P l 20025050-=-=-'='f ll'=-'11125112001=--l mm l 22.22-=3．一显微镜物镜的垂轴放大率为x 3-=β，数值孔径1.0=NA ，共扼距mm L 180=，物镜框是孔径光阑，目镜焦距mm f e 25='。
（1）求显微镜的视觉放大率。
（2）求出射光瞳直径。
（3）求出射光瞳距离（镜目距）。
（4）斜入射照明时，m μλ55.0=，求显微镜的分辨率。
（5）求物镜的通光孔径。
（6）射物高mm y 62=，渐晕系数%50=k ，求目镜的通光孔径。
已知：显微物镜 X 3-=β 1.0=NA 共轭距mm L 180=物镜框为孔径光阑mm f e 25='① X ee f 1025250250=='=Γ X e 30*-=Γ=Γβ② mm NA D 67.1301.0*500500==Γ='③孔由物镜成象关系:⎪⎩⎪⎨⎧='+--='=180)(3l l l l β⎩⎨⎧='-=mm l mm l 13545mm f l l e Z 160)(-='+'-=e Z Zf l l '=-'111 16012511-='Zl mm l Z 62.29=' ④道威判断m m NAμμλσ75.21.055.0*5.05.0===⑤目镜的 185.016062.29-=-='=Z Zl l 目βmm D 02.9185.067.1==⑥mm y 62= 322='=yy βmm y 182=' %50=K 时ω''=tg l D Z *2目 36.0*62.29*2= mm33.21=4．欲分辨mm 000725.0的微小物体，使用波长mm 00055.0=λ，斜入射照明，问：（1） 显微镜的视觉放大率最小应多大？ （2） 数值孔径应取多少适合？视场光阑决定了物面大小，而物面又决定了照明 的大小5.有一生物显微镜，物镜数值孔径5.0=NA ，物体大小mm y 4.02=，照明灯丝面积1.2×1.22mm ,灯丝到物面的距离100mm ,采用临界照明,求聚光镜焦距和通光孔径。
已知 5.0=NA 4.02=y 灯丝面积 1.2×1.22mm 灯丝到物面的距离100mm 临界照明求: 聚f ' 和通光孔径. 解:⎪⎪⎨⎧='+-'=-=-=100)(312.14.0l l l l β⎩⎨⎧='-=mm l mm l 2575f l l '=-'111 ∴mm f 75.18='聚u n NA sin =∴5.0sin =u ︒=30umm tg tg l D 86.2830*25*230**2=='=︒︒AB l -l 'u u聚 物6．为看清4km 处相隔150mm 的两个点（设rad 0003.01='），若用开普勒望远镜观察，则：（1）求开普勒望远镜的工作放大倍率； （2）若筒长mm L 100=，求物镜和目镜的焦距； （3）物镜框是孔径光阑，求出射光瞳距离；（4）为满足工作放大率的要求，求物镜的通光孔径； （5）视度调节在D 5±（屈光度），求目镜的移动量； （6）若物方视场角︒=82ω求象方视场角； (7)渐晕系数%50=K ，求目镜的通光孔径。
已知：m l 4000-= mm 150=σ 解： ① 510*75.31000*1000*4150-==mmmmϕ（rad ）有效放大率 810*75.30003.0065==''=Γ-ϕ 工作放大率 X 24~16=Γ② ⎪⎩⎪⎨⎧=''=Γ==-+'8100)(e o e o f f mm L f f⎪⎩⎪⎨⎧='='mm f mmf e o 11.1189.88③100-=Z l 11.11='e f 求 'Z le Z Zf l l'=-'111100111.1111-='Z l mm l Z5.12=' ④3.2D=Γ mm D 4.188*3.2== ⑤对于 D R 5+= mm l R 200= )11.11(1∆+-=l115.2122005.12∆-=∆-+='l 代入公式 e f ll'=-'111 整理得： 04.12339.201121=+∆-∆ ∴62.01=∆mm对于 D R 5-= mm l R 200-=75.18)5.12200(/-=--=l'=-'e f ll 111mm l 488.10-=mm 62.0488.1011.112=-=∆⑥ ωωγtg tg '==Γ5594.04*8=='︒tg tg ω︒='44.582ω ⑦5.0=Kmm tg l D Z 985.135594.0*5.12*2**2==''=ω目 7.一开普勒望远镜,五经焦距mmf 2000=',目镜的焦距为mm f e 25=',物方视场角︒=82ω,渐晕系数%50=K ,为了使目镜通光孔径mm D 7.23=,在物镜后焦平面上放一场镜,试: (1)求场镜焦距;(2)若该场镜是平面在前的平凸薄透镜,折射率5.1=n ,求其球面的曲率半径。
① )11(*-=tg l h Ztg tg f o 4*2004*='=︒︒ 目D f l h l e Z *5.0'-'='mm l 1.164='f ll '=-'111 20011.16411+='场f∴mm f 14.9='场②011.014.90121==+=ϕϕϕ ∞=1r 01=ϕ孔阑011.02=ϕrnn l n l n -'=-'' 其中∞=l 14.90='l 5.1=n 1='n代入求得：r 5.115.114.901-=∞- mm r 45-=9．一个照明器由灯泡和聚光镜组成，已知聚光镜焦距mm f 400='，通光孔径mm D 200=，要求照明距离为5m 远直径为3m 的圆，试问灯泡应安装在什么位置。
已知：3m 直径光照明 求 l 解：1500100l l '-='- mm l 14.357-=' f l l '=-'111 4001114.3571=--l mm l 679.188-=11.用电视摄象机监视天空中的目标，设目标的光亮度为2/2500m cd ，光学系统的透过滤为0.6，摄象管靶面要求照度为lx20，求摄影物镜应用多大的光圈。
解：14．开普勒望远镜的筒长255mm，X8-=Γ，︒=62ω，mmD5='，无渐晕，（1）求物镜和目镜的焦距；（2）目镜的通光孔径和出瞳距；（3）在物镜焦面处放一场镜，其焦距为mmf75='，求新的出瞳距和目镜的通光孔径；（4）目镜的视度调节在D4±（屈光度），求目镜的移动量。
ω-孔阑出瞳)(FF'ihω'x y①⎪⎩⎪⎨⎧='+'-=''-=Γ2258目物目物f f f f 解得 ⎩⎨⎧='='mm f mm f 25200目物②mm D D 4058=⨯='Γ=物 mm D tg D 6.28)22252='+⨯=ω（目 mm tg tg f h i48.103200*=⨯='=︒ω物由三角形相似得：⎪⎩⎪⎨⎧=+=20020y x y h x i⎩⎨⎧==mm y mmx 77.6823.131 有大三角形相似得：目目f y D x '+=2202577.68223.13120+=目Dmm D 58.28=目225-=P mm f 25='目目f P P '=-'111 mm P 125.28='③77.68-=-=y l A场f l l A A'=-'11175177.6811=+'Al mm l A 889.827-='∴ 0126587.0889.82748.10=='=Ai l h tg ϕmm tg f l D A 59.210126587.0)25889.827(22=⨯+⨯='+'-⨯=ϕ）（目目 物镜经场镜成像 751200111=+'l mm l 1201=' 经目镜成像 mm l 9525145.542=-=2519511=-'Zl mm l P 79.192='='④mm f x e 5.2100025410004±=⨯±='±= 15．一透镜焦距mm f 30'=，如在其前边放置一个x 6-=Γ的开普勒望远镜，求组合后系统的像方基点位置和焦距，并画出光路图。
