光具組基點測定

1、1212 /6 /6實驗4光具組基點的測定有兩個或兩個以上的共軸薄透鏡組合而成的光學(xué)系統(tǒng)（共軸球面系統(tǒng)），稱為光具組最后成像的位置及像的大小可以利用作圖法逐步求出，也可用薄透鏡成像的高斯公式逐步計算出但是，最簡捷的方法通常是將光具組作為一個光學(xué)元件，不論光具組透鏡焦距及透鏡間的距離為何值，在表征系統(tǒng)成像的性質(zhì)時，只需給出六個特別點，利用一次成像的高斯公式就可以得到所成像的位置及放大率這六個點，統(tǒng)稱為光具組的基點實驗?zāi)康?了解測節(jié)器的構(gòu)造及工作原理；加強對光具組基點性質(zhì)的認識；掌握光具組基點與焦距測定的方法實驗儀器-光具座，測節(jié)器，薄透鏡（4片），物屏，光源，準直透鏡，平面反射鏡，白屏圖4-1光

2、具組基點測定實物圖測節(jié)器由一個可繞鉛直軸00轉(zhuǎn)動的水平滑槽R與待測光具組（由透鏡L、L2共軸用套筒鏈接）組成如圖4-1所示，光具組可沿滑槽水平移動，并可由槽上的刻度尺讀出轉(zhuǎn)軸、L、L2的位置.實驗原理、光具組的基點和基面主點和主面若將物體垂直于系統(tǒng)的光軸，放置在物方主點H處，則必成一個與物體同樣大小的正立的像于像方主點H處，即主點是橫向放大率B=+l的一對共軛點.過主點垂直于光軸的平面，分別稱為物方和像方主面，如圖4-2中的MH和MH圖4-2理想光具組成像圖節(jié)點節(jié)點是角放大率丫=+1的一對共軛點.入射光線（或其延長線）通過物方節(jié)點N時，出射光光線（或其延長線）必通過像方節(jié)點N，并與N的入射光線

3、平行（如圖4-1）當(dāng)共軸球面系統(tǒng)處于同一介質(zhì)中時，兩主點分別與兩節(jié)點重合焦點、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F稱為像方焦點；過F垂直于主軸的平面稱為像方焦面.像方主點H到像方焦點F的距離，稱為系統(tǒng)的像方焦距f此外，還有物方焦點F及焦面和焦距f綜上所述，薄透鏡的兩主點與透鏡的光心重合，而共軸球面系統(tǒng)兩主點的位置，將隨各組合透鏡或折射面的焦距和系統(tǒng)的空間特性而異下面以兩個薄透鏡組合為例進行討論設(shè)兩薄透鏡的像方焦距分別為和兩透鏡之間距離為d，則透鏡組的像方焦距廣可由下式求出：124-1)光具組物方焦距與像方焦距大小相等，兩主點位置為：p4-2)p是第二透鏡光心到像方主點的距離

4、，p是從第一透鏡光心到物方主點的距離.可以證明，對于凸透鏡組成的光具組，當(dāng)dd(4-3)二、用測節(jié)器測定光具組的基點設(shè)有一束平行光入射于由兩片薄透鏡組成的光具組，光具組與平行光束共軸，光線通過光具組后，會聚于白屏上的Q點，此Q點為光具組的像方焦點F.若以垂直于平行光的某一方向為軸，將光具組轉(zhuǎn)動一小角度，可有如下兩種情況：轉(zhuǎn)軸恰好通過光具組的像方節(jié)點N因為入射物方節(jié)點N的光線必從像方節(jié)點N射出，而且出射光平行于入射光.現(xiàn)在N未動，入射角光束方向未變，所以通過光具組的光束，仍然會聚于焦平面上的q點，如圖4-3(a)所示.但是，這時光具組的像方焦點F已離開Q點,嚴格地講，旋轉(zhuǎn)后像的清晰度稍差.轉(zhuǎn)軸未

5、通過光具組的像方節(jié)點N由于像方節(jié)點N未在轉(zhuǎn)軸上，所以光具組轉(zhuǎn)動后，N出現(xiàn)移動，但經(jīng)N的出射光仍然平行于入射光，所以由N出射的光線和前一情況相比將出現(xiàn)平移，光束的會聚點將從Q移到Q，如圖4-3(b)所示.綜合上述兩種情況來判斷光具組節(jié)點的位置.實驗內(nèi)容與步驟一、共軸粗調(diào)按圖4-4所示，將光源、物屏、準直透鏡、光具組、像屏從左至右依次置于2.f2=75mmf4=-100mmd2=50mmp=-66.7mmf=100mm /6 /6光具座上，將所有元件靠攏，目測，使所有元件的中心大致在同一條直線上，并與光具座平行注意，眼睛要與各元件在同一水平線上二、用自準直法獲取平行光打開光源，將平面鏡置于準直透鏡

6、與光具組之間，調(diào)節(jié)透鏡的位置，使其出射光為平行光（原理及方法見薄透鏡焦距的測定），調(diào)好后取下平面鏡，物屏與準直透鏡的位置均不得移動三、光具組基點位置的測定1取焦距為60mm和75mm的兩塊透鏡、長為210mm的鏡筒，組成光具組置于測節(jié)器的滑槽上，利用公式（4-1）和（4-2）,計算出像方焦距廣（像方主點到像方焦點的距離）和p（第二透鏡光心到像方主點的距離）的理論值，根據(jù)理論值擺放儀器的位置，便于調(diào)節(jié)移動光具組，使其像方透鏡的光心與儀器轉(zhuǎn)軸OO的距離為P的理論值，移動像屏得到清晰的像，輕輕少許轉(zhuǎn)動測節(jié)器，從像的移動判斷M的位置，逐漸移動光具組LS，直到微轉(zhuǎn)測節(jié)器，像不動為止（像方節(jié)點N在轉(zhuǎn)軸OO

7、上）.記S錄OO軸、焦點F及透鏡L光心的位置，重復(fù)4次.2繪圖表示光具組像方主點及像方焦點的位置，計算焦距f及標準偏差.取焦距為-100mm和75mm的兩塊透鏡、長為50mm的鏡筒，組成光具組,重復(fù)上述步驟取焦距為100mm和-100mm的兩塊透鏡、長為50mm的鏡筒，組成光具組，重復(fù)上述步驟實驗數(shù)據(jù)測量1.f1=60mmf2=75mmd=210mmp=210mmf=-60mm項目次序、轉(zhuǎn)軸位置焦面位置L1位置(cm)L2位置fP(mm)(cm)(cm)(cm)(cm)1234項目次序、轉(zhuǎn)軸位置焦面位置L位置(cm)l2位置fP(mm)(cm)(cm)(cm)(cm)1234實驗注意事項1測量

8、前要調(diào)共軸；2每次測量前均需用自準法檢查入射光是否為平行光；3操作小心謹慎，防止光學(xué)元件從軌道上掉落歷史淵源與應(yīng)用前景直接掃描式全景相機，也稱為節(jié)點式全景相機.照相時，鏡頭繞通過后節(jié)點的軸轉(zhuǎn)動或擺動，膠片在一個圓弧的展平板上靜止不動并被展平，無速度同步要求，分辨率高.對于節(jié)點鏡頭式相機，相機鏡頭作為一個整體圍繞平面反射鏡表面上節(jié)點旋轉(zhuǎn)，反射鏡位置在鏡頭后頂點與焦平面之間同時，平面反射鏡以鏡頭角速度的一半旋轉(zhuǎn)，膠片的運動速率等于焦距與鏡頭角速率之乘積三個運動部件必須維持同步自主學(xué)習(xí)本實驗的構(gòu)思亮點：利用光具組節(jié)點的性質(zhì)一一入射光若經(jīng)物方節(jié)點，則出射光必經(jīng)過像方節(jié)點且與入射光平行射出，通過調(diào)節(jié)測節(jié)器的轉(zhuǎn)軸與光具組的相對位置，使光具組的轉(zhuǎn)軸經(jīng)過像方節(jié)點，此時旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸，像不再有側(cè)向移動這樣，將抽象的節(jié)點，變得可以測量操作的難點：旋轉(zhuǎn)測節(jié)器判斷像是否側(cè)移時，學(xué)生可利用放大鏡（凸透鏡）觀察，以減小誤差1.解釋用自準法獲得平行光的原理2.主點、節(jié)點的含義是什么？它們在什么條件下重合在一起？實驗中確定節(jié)點的依據(jù)是什么？如何確定？自準法可測出焦點的位置，能測定焦距嗎？為什