光具組基點(diǎn)測定

1、1212 /6 /6實(shí)驗(yàn)4光具組基點(diǎn)的測定有兩個(gè)或兩個(gè)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(jì)算出但是，最簡捷的方法通常是將光具組作為一個(gè)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(shí)，只需給出六個(gè)特別點(diǎn)，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(gè)點(diǎn)，統(tǒng)稱為光具組的基點(diǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解測節(jié)器的構(gòu)造及工作原理；加強(qiáng)對光具組基點(diǎn)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)；掌握光具組基點(diǎn)與焦距測定的方法實(shí)驗(yàn)儀器-光具座，測節(jié)器，薄透鏡（4片），物屏，光源，準(zhǔn)直透鏡，平面反射鏡，白屏圖4-1光

2、具組基點(diǎn)測定實(shí)物圖測節(jié)器由一個(gè)可繞鉛直軸00轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)，并可由槽上的刻度尺讀出轉(zhuǎn)軸、L、L2的位置.實(shí)驗(yàn)原理、光具組的基點(diǎn)和基面主點(diǎn)和主面若將物體垂直于系統(tǒng)的光軸，放置在物方主點(diǎn)H處，則必成一個(gè)與物體同樣大小的正立的像于像方主點(diǎn)H處，即主點(diǎn)是橫向放大率B=+l的一對共軛點(diǎn).過主點(diǎn)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(diǎn)節(jié)點(diǎn)是角放大率丫=+1的一對共軛點(diǎn).入射光線（或其延長線）通過物方節(jié)點(diǎn)N時(shí)，出射光光線（或其延長線）必通過像方節(jié)點(diǎn)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(shí)，兩主點(diǎn)分別與兩節(jié)點(diǎn)重合焦點(diǎn)、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F垂直于主軸的平面稱為像方焦面.像方主點(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綜上所述，薄透鏡的兩主點(diǎn)與透鏡的光心重合，而共軸球面系統(tǒng)兩主點(diǎn)的位置，將隨各組合透鏡或折射面的焦距和系統(tǒng)的空間特性而異下面以兩個(gè)薄透鏡組合為例進(jìn)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(diǎn)位置為：p4-2)p是第二透鏡光心到像方主點(diǎn)的距離

4、，p是從第一透鏡光心到物方主點(diǎn)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(diǎn)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(huì)聚于白屏上的Q點(diǎn)，此Q點(diǎn)為光具組的像方焦點(diǎn)F.若以垂直于平行光的某一方向?yàn)檩S，將光具組轉(zhuǎn)動(dòng)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(diǎn)N因?yàn)槿肷湮锓焦?jié)點(diǎn)N的光線必從像方節(jié)點(diǎn)N射出，而且出射光平行于入射光.現(xiàn)在N未動(dòng)，入射角光束方向未變，所以通過光具組的光束，仍然會(huì)聚于焦平面上的q點(diǎn)，如圖4-3(a)所示.但是，這時(shí)光具組的像方焦點(diǎn)F已離開Q點(diǎn),嚴(yán)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(diǎn)N由于像方節(jié)點(diǎn)N未在轉(zhuǎn)軸上，所以光具組轉(zhuǎn)動(dòng)后，N出現(xiàn)移動(dòng)，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(huì)聚點(diǎn)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(diǎn)的位置.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟一、共軸粗調(diào)按圖4-4所示，將光源、物屏、準(zhǔn)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(zhǔn)直法獲取平行光打開光源，將平面鏡置于準(zhǔn)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(zhǔn)直透鏡的位置均不得移動(dòng)三、光具組基點(diǎn)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(jì)算出像方焦距廣（像方主點(diǎn)到像方焦點(diǎn)的距離）和p（第二透鏡光心到像方主點(diǎn)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(dòng)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(dòng)像屏得到清晰的像，輕輕少許轉(zhuǎn)動(dòng)測節(jié)器，從像的移動(dòng)判斷M的位置，逐漸移動(dòng)光具組LS，直到微轉(zhuǎn)測節(jié)器，像不動(dòng)為止（像方節(jié)點(diǎn)N在轉(zhuǎn)軸OO

7、上）.記S錄OO軸、焦點(diǎn)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(diǎn)及像方焦點(diǎn)的位置，計(jì)算焦距f及標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量1.f1=60mmf2=75mmd=210mmp=210mmf=-60mm項(xiàng)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1測量

8、前要調(diào)共軸；2每次測量前均需用自準(zhǔn)法檢查入射光是否為平行光；3操作小心謹(jǐn)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(jī)，也稱為節(jié)點(diǎn)式全景相機(jī).照相時(shí)，鏡頭繞通過后節(jié)點(diǎn)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)，膠片在一個(gè)圓弧的展平板上靜止不動(dòng)并被展平，無速度同步要求，分辨率高.對于節(jié)點(diǎn)鏡頭式相機(jī)，相機(jī)鏡頭作為一個(gè)整體圍繞平面反射鏡表面上節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，反射鏡位置在鏡頭后頂點(diǎn)與焦平面之間同時(shí)，平面反射鏡以鏡頭角速度的一半旋轉(zhuǎn)，膠片的運(yùn)動(dòng)速率等于焦距與鏡頭角速率之乘積三個(gè)運(yùn)動(dòng)部件必須維持同步自主學(xué)習(xí)本實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思亮點(diǎn)：利用光具組節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)一一入射光若經(jīng)物方節(jié)點(diǎn)，則出射光必經(jīng)過像方節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，此時(shí)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸，像不再有側(cè)向移動(dòng)這樣，將抽象的節(jié)點(diǎn)，變得可以測量操作的難點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)測節(jié)器判斷像是否側(cè)移時(shí)，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(zhǔn)法獲得平行光的原理2.主點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)的含義是什么？它們在什么條件下重合在一起？實(shí)驗(yàn)中確定節(jié)點(diǎn)的依據(jù)是什么？如何確定？自準(zhǔn)法可測出焦點(diǎn)的位置，能測定焦距嗎？為什