光學(xué)實(shí)驗(yàn)需要的人懂

1、工程光學(xué)(1)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱透鏡系統(tǒng)基點(diǎn)測(cè)量班 級(jí)： 光電信息132 姓 名： 于江游 學(xué) 號(hào)： 1302062042 實(shí)驗(yàn)日期： 2015.5.7 成 績(jī)： 目錄摘要31 實(shí)驗(yàn)名稱42實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3實(shí)驗(yàn)儀器44實(shí)驗(yàn)原理44.1主面和主點(diǎn)44.2節(jié)點(diǎn)和節(jié)面44.3焦點(diǎn)和焦面45 實(shí)驗(yàn)主要步驟56 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理67 誤差來(lái)源分析68 思考題69 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案610 實(shí)驗(yàn)感想與收獲7摘要單個(gè)透鏡往往無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)或者實(shí)際生活中的需要，實(shí)際使用時(shí)往往將幾個(gè)薄透鏡組合成透鏡組進(jìn)行使用。對(duì)于任何共軸光具組，不論其結(jié)構(gòu)復(fù)雜與否，物像之間的共軛關(guān)系完全由幾對(duì)特殊的點(diǎn)和面所決定，這就是共軸理想光具組的基點(diǎn)和基

2、面。在透鏡組之中各個(gè)透鏡的焦距以及透鏡之間的焦距未知的情況下，采用焦距儀或者測(cè)節(jié)器可以測(cè)定光具組的基點(diǎn)和基面，進(jìn)而得到光具組的一些特性。每個(gè)厚透鏡及共軸球面透鏡組都有六個(gè)基點(diǎn)。即兩個(gè)焦點(diǎn)F,F；兩個(gè)主點(diǎn)H,H；兩個(gè)節(jié)點(diǎn)N,N。1 實(shí)驗(yàn)名稱透鏡系統(tǒng)基點(diǎn)測(cè)量2實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解透鏡組的基點(diǎn)的一般特性（2）學(xué)習(xí)測(cè)定光具組基點(diǎn)和焦距的方法；3實(shí)驗(yàn)儀器LED光源 準(zhǔn)直鏡 目標(biāo)物 標(biāo)準(zhǔn)透鏡 節(jié)點(diǎn)透鏡 白屏4實(shí)驗(yàn)原理4.1主面和主點(diǎn)若將物體垂直于系統(tǒng)光軸，放置在第一主點(diǎn)H處，則必成一個(gè)與物體同樣大小的正立的像于第二主點(diǎn)H處，即主點(diǎn)是橫向放大率=+1的一對(duì)共軛點(diǎn)。過(guò)主點(diǎn)垂直于光軸的平面，分別稱為第一和第二主面

3、，如圖1中的MH和MH。 4.2節(jié)點(diǎn)和節(jié)面節(jié)點(diǎn)是角放大率=+1的一對(duì)共軛點(diǎn)。入射光線（或其延長(zhǎng)線）通過(guò)第一節(jié)點(diǎn)N時(shí)，出射光線（或其延長(zhǎng)線）必通過(guò)第二節(jié)點(diǎn)N，并于N的入射光線平行（如圖1-1）。過(guò)節(jié)點(diǎn)垂直于主光軸的平面分別稱為第一和第二節(jié)面。當(dāng)共軸球面系統(tǒng)處于同一媒質(zhì)時(shí)，兩主點(diǎn)分別與兩節(jié)點(diǎn)重合。圖1-1 透鏡組光路示意圖4.3焦點(diǎn)和焦面 平行于系統(tǒng)主軸的平行光束，經(jīng)系統(tǒng)折射后與主軸的交點(diǎn)F稱為像方焦點(diǎn)；過(guò)F垂直于主軸的平面稱為像方焦面。第二主點(diǎn)H到像方焦點(diǎn)F的距離稱為系統(tǒng)的像方焦距f。此外，還有物方焦點(diǎn)F及焦面和焦距f。圖1-2測(cè)量基點(diǎn)示意圖綜上所述，薄透鏡的兩主點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)與透鏡的光心重合，而共軸

4、球面系統(tǒng)兩主點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的位置，將隨各組合透鏡或折射面的焦距和系統(tǒng)的空間特性而異。實(shí)際使用透鏡組時(shí)，多數(shù)場(chǎng)合透鏡組兩邊都是空氣，物方和像方媒質(zhì)的折射率相等，此時(shí)節(jié)點(diǎn)和主點(diǎn)重合。本實(shí)驗(yàn)以兩個(gè)薄透鏡組合為例，主要討論如何測(cè)定透鏡組的節(jié)點(diǎn)（主點(diǎn)）。設(shè)L為已知透鏡焦距等于-f0的凸透鏡，L.S.為待測(cè)透鏡組，其主點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）為H、H（N、N），像焦點(diǎn)為F。當(dāng)AB（高度已知）放在L的前焦點(diǎn)處時(shí)，它經(jīng)過(guò)L以及L.S.將成像AB于L.S.的后焦面上。因?yàn)锳O/AN,AB/AB,OB/NB,所以 AOBANB,即AB:-f0=AB:f所以f=-f0 AB /AB因此我們可以通過(guò)測(cè)量AB的大小，從而得到f的數(shù)值。因?yàn)?/p>

5、是平行光入射到透鏡組上，所以像AB的位置就是F的位置。F的位置既然確定，而NF=f，因而N的位置也就跟著確定了。把L.S.的入射方向和出射方向互相顛倒，即可測(cè)定F和N的位置。本實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)和主點(diǎn)重合，所以H和H的位置也得到確定。 5 實(shí)驗(yàn)主要步驟（1）按圖安置各器件，沿滑軌安裝所需器件，自左向右依次為L(zhǎng)ED光源（含勻光器、支桿、套筒、滑塊），準(zhǔn)直鏡（直徑40mm，焦距150mm，含鏡座、支桿、套筒、滑塊），目標(biāo)物（含夾持、支桿、套筒、滑塊），標(biāo)準(zhǔn)透鏡（直徑50mm，焦距75mm，含鏡座、支桿、套筒、滑塊），節(jié)點(diǎn)鏡頭(鏡片間距70-120mm、固定鏡片直徑40mm，f200，可動(dòng)鏡片直徑40mm，f

6、350，含支桿、套筒、滑塊)、白屏（含夾持、支桿、套筒、滑塊）；調(diào)整LED光源發(fā)光頭與準(zhǔn)直鏡之間的距離約為75mm，調(diào)整各光學(xué)元件同軸等高。 （2）調(diào)節(jié)目標(biāo)板（目標(biāo)板圖案為正方形，邊長(zhǎng)為10mm）與標(biāo)準(zhǔn)透鏡（透鏡焦距為-f0）之間的距離為75mm，使目標(biāo)板（物方圖案寬度為h1）位于透鏡L0的前焦面。 （3）在白屏和標(biāo)準(zhǔn)透鏡之間安裝節(jié)點(diǎn)鏡頭，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)透鏡或白屏最終可在白屏上觀察到清晰像。量取像的大小h2 （4）計(jì)算 像方焦距 f=-f0 h2 /h1 像方主點(diǎn)H位置即為從白屏向前測(cè)量f。 （5）將節(jié)點(diǎn)架旋轉(zhuǎn)180 º，重復(fù)第三步，即可獲得物方節(jié)點(diǎn)位置。6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理凸透鏡焦距測(cè)量H1

7、H2X1X2f像方10mm21mm470mm620mm-157.5mm物方10mm22mm529.5mm685mm-165.0mm7 誤差來(lái)源分析測(cè)量時(shí)各器件的位置距離并不是特別精確，量取像的大小時(shí)也會(huì)出現(xiàn)誤差。8 思考題1.光路計(jì)算中的符號(hào)法則？ 答：沿軸線段：規(guī)定光線的傳播方向從左向右為正方向； 垂軸線段：以光軸為基準(zhǔn)，光軸以上為正，下為負(fù)； 光線與光軸的夾角：用由光軸轉(zhuǎn)向光線所形成的銳角度量，順時(shí)針為 正， 逆 時(shí) 針為負(fù)； 光線與法線的夾角：由光線以銳角方向轉(zhuǎn)向法線，順為正，逆為負(fù)；光軸與法線的夾角：由光軸以銳角方向轉(zhuǎn)向法線，順正逆負(fù)； 相鄰兩折射面間隔：由前一面的頂點(diǎn)到后一面的頂點(diǎn)，

8、順光線方向?yàn)?正，逆光線為負(fù)。2.說(shuō)明光學(xué)系統(tǒng)有幾對(duì)基點(diǎn)和基面？并寫出定義？答：任何一個(gè)共軸光學(xué)系統(tǒng)都有1對(duì)共軛基面，2對(duì)共軛基點(diǎn)。定義：一對(duì)主點(diǎn)和主平面，一對(duì)焦點(diǎn)和焦平面，通常稱為共軸理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面。3.物距，像距，焦距的定義？答：物距：物體到光心的距離；像距：像到光心的距離；焦距：光心到焦點(diǎn)的距 離。4.垂軸放大率，角放大率，軸向放大率的定義是什么？答：垂軸放大率定義為像的大小與物體的大小之比；軸向放大率定義為物點(diǎn)沿光軸作微小的移動(dòng)dl時(shí)，所引起的像點(diǎn)移動(dòng)量dl與物點(diǎn)移動(dòng)dl之比；角放大率定義為一對(duì)共軛光線與光軸的夾角u與u之比值。9 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案判定成像是否清晰可能判定不準(zhǔn)，因?yàn)槌上袂逦仍谀骋恍《尉嚯x內(nèi)人眼看上去無(wú)太大區(qū)別。利用白屏上的成像，仔細(xì)觀察像的邊緣處有鋸齒，利用觀察鋸齒的清晰程度來(lái)確定像的清晰程度