透镜组节点和焦距的测定

通常的光学系统有一个或几个部件组成，每个部件可以由一个或几个透镜组成，这些部件被称为光组。光组可以单独看作一个理想光学系统，由主点、节点和焦点的位置来描述。本实验测定透镜组的节点和焦距以加深对基点的理解。

一、实验目的

了解透镜组节点和焦距的测定方法，加深对于主点、节点、焦点等概念的理解。

二、主要实验仪器

钨丝灯，毫米尺，物镜L0，透镜组L1、L2，测节器，测微目镜，平面镜，白屏(备用)。

三、实验原理

研究理想光学系统的一些特定的点和面(图4-1)，它们往往可以完全表示该系统的特性。

图4-1 理想光学系统中的基点

1． 焦点与焦面

根据理想光学系统共线成像的特性，设在物空间有一条和光学系统光轴平行的光线射入到光学系统，则在像空间必有一条光线与之相共轭。根据光学系统性质的不同，共轭光线可以平行于光轴，也可以和光轴交于一点。

平行于光轴的光束经过系统后相交于一点F'，称F'为像方焦点。过F'垂直于光轴的平面称像方焦面。系统物方光轴上一点F发射的同心光束经系统后成为平行于系统的平行光束，称F为物方焦点。过F垂直于光轴的平面称物方焦面。

2． 主点与主平面

在理想光学系统中存在着横向放大率β =1的一对垂直光轴的共轭面，这对共轭面称为主平面。主平面与光轴的交点称为主点。除入射为平行光束、出射也是平行光束的望远系统外，所有光学系统都有一对主面，其一个主面上的任一线段以相等的大小和相同的方向成像在另一主面上。

3． 节点和节面

在光学系统中还有一对角放大率为+1的共轭点，通过这对共轭点的光线方向不变。在理想光学系统中，光轴上角放大率r =1的一对共轭点称为系统的节点，过节点作垂直于光轴的平面称为节面。

图4-2 物像在同一种介质中系统的主点和节点

当理想光学系统的物和像处在同一种光学介质中，那么主点和节点是重合的。利用这个性质，将光学系统绕像方节点转动时，平行光束所成的像点不发生位移(图4-2)。由此可以确定系统的主点和节点。

四、实验内容

(1) 用自准直法调节毫米尺到物镜L0的距离，使毫米尺正好处在L0的物方焦面上，毫米尺上任何一个物点发出的光束通过L0后为平行光。方法:将钨丝灯、毫米尺、物镜、平面镜顺次沿米尺布置，调节它们共轴，改变毫米尺到物镜L0的距离，使得在毫米尺上观察到它的清晰倒立等大实像。

(2) 取走平面镜，按图4-3加入透镜组、测节器和测微目镜。调节它们共轴，移动测微目镜，找到毫米尺的清晰像。

图4-3 实验装置示意图

1．钨丝灯;2．毫米尺;3．物镜L0;4．透镜组L1、L2;

5．测节器;6．测微目镜

(3) 沿测节器导轨前后移动透镜组，同时相应地前后移动测微目镜找到毫米尺的清晰像，将测节器绕轴转动，观察毫米尺像有无横像移动。若有横像移动，则重复本步，直到毫米尺像无横像移动为止。

(4) 用白屏取代测微目镜，接受毫米尺清晰像。分别记下此时屏和测节器支架在米尺导轨上的位置a和b，并从测节器导轨上记下透镜组中心位置(有标线) 与测节器转轴中心的偏移量d。

(5) 将测节器前后转动180°(将L1、L2位置互换)重复步骤(3)、(4)，测得另一组数据a'、b'、d'。

五、数据处理

(1) 记录像方和物方各种基点的位置(表4-1)。

表4-1 像方和物方各种基点的位置

(2) 以适当比例画出被测透镜组及各种基点的相对位置。

(3) 对被测透镜组各种基点的相对位置用几何光学原理进行理论推导。