光具组基点测定.docVIP

实验4 光具组基点的测定 有两个或两个以上的共轴薄透镜组合而成的光学系统（共轴球面系统），称为光具组．最后成像的位置及像的大小可以利用作图法逐步求出，也可用薄透镜成像的高斯公式逐步计算出1.了解测节器的构造及工作原理； 2.加强对光具组基点性质的认识； 3.掌握光具组基点与焦距测定的方法． ·实验仪器 光具座，测节器，薄透镜（4片），物屏，光源，准直透镜，平面反射镜，白屏． 测节器由一个可绕铅直轴转动的水平滑槽与待测光具组（由透镜L1、L2共轴用套筒链接）组成如图4-1所示，光具组可沿滑槽水平移动，并可由槽上的刻度尺读出转轴、L1、L2的位置． ·实验原理 一、光具组的基点和基面 1.主点和主面 若将物体垂直于系统的光轴，放置在物方主点H处，则必成一个与物体同样大小的正立的像于像方主点H处，即主点是横向放大率β＝＋１的一对共轭点．过主点垂直于光轴的平面，分别称为物方和像方主面，如图4-2中的MH和MH． 2.节点 节点是角放大率γ=+1的一对共轭点．入射光线（或其延长线）通过物方节点N时，出射光光线（或其延长线）必通过像方节点N ，并与N的入射光线平行（如图4-1）． 当共轴球面系统处于同一介质中时，两主点分别与两节点重合． 3.焦点、焦面 平行于系统主轴的平行光束，经系统折射后与主轴的交点称为像方焦点；过垂直于主轴的平面称为像方焦面．像方主点H＇到像方焦点的距离，称为系统的像方焦距．此外，还有物方焦点F及焦面和焦距f． 综上所述，薄透镜的两主点与透镜的光心重合，而共轴球面系统两主点的位置，将随各组合透镜或折射面的焦距和系统的空间特性而异．下面以两个薄透镜组合为例进行讨论． 设两薄透镜的像方焦距分别为f1＇和f2＇，两透镜之间距离为d，则透镜组的像方焦距可由下式求出： 　　　 　　 　 （4-1） 光具组物方焦距与像方焦距大小相等，两主点位置为： 　　 　 　（4-2） 是第二透镜光心到像方主点的距离，p是从第一透镜光心到物方主点的距离．可以证明，对于凸透镜组成的光具组，当时，有 （4-3） 二、用测节器测定光具组的基点 设有一束平行光入射于由两片薄透镜组成的光具组，光具组与平行光束共 轴，光线通过光具组后，会聚于白屏上的点，此点为光具组的像方焦点．若以垂直于平行光的某一方向为轴，将光具组转动一小角度，可有如下两种情况： 1.转轴恰好通过光具组的像方节点 因为入射物方节点的光线必从像方节点射出，而且出射光平行于入射光．现在未动，入射角光束方向未变，所以通过光具组的光束，仍然会聚于焦平面上的点，如图4-3(a)所示．但是，这时光具组的像方焦点已离开点，严格地讲，旋转后像的清晰度稍差． 2.转轴未通过光具组的像方节点 由于像方节点未在转轴上，所以光具组转动后，出现移动，但经的出射光仍然平行于入射光，所以由出射的光线和前一情况相比将出现平移，光束的会聚点将从移到，如图4-3(b)所示． 综合上述两种情况来判断光具组节点的位置． ·实验内容与步骤 一、共轴粗调 按图4-4所示，将光源、物屏、准直透镜、光具组、像屏从左至右依次置于光具座上，将所有元件靠拢，目测，使所有元件的中心大致在同一条直线上，并与光具座平行．注意，眼睛要与各元件在同一水平线上． 二、用自准直法获取平行光 打开光源，将平面镜置于准直透镜与光具组之间，调节透镜的位置，使其出射光为平行光（原理及方法见薄透镜焦距的测定），调好后取下平面镜，物屏与准直透镜的位置均不得移动． 三、光具组基点位置的测定 1.取焦距为60mm和75mm的两块透镜、长为210mm的镜筒，组成光具组置于测节器的滑槽上，利用公式（4-1）和（4-2），计算出像方焦距（像方主点到像方焦点的距离）和（第二透镜光心到像方主点的距离）的理论值，根据理论值摆放仪器的位置，便于调节． 2.移动光具组，使其像方透镜的光心与仪器转轴的距离为的理论值，移动像屏得到清晰的像，轻轻少许转动测节器，从像的移动判断的位置，逐渐移动光具组，直到微转测节器，像不动为止（像方节点在转轴上）．记录轴、焦点及透镜光心的位置，重复4次． 3.绘图表示光具组像方主点及像方焦点的位置，计算焦距及标准偏差． 4.取焦距为-100mm和75mm的两块透镜、长为50mm的镜筒，组成光具组，重复上述步骤． 5.取焦距为100mm和-100mm的两块透镜、长为50mm的镜筒，组成光具组，重复上述步骤． ·实验数据测量 1.f1= 60 mm f2= 75 mm d= 210 mm p=210 mm f =-60 mm 项目