第三节共轴球面系统及其基点
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测节点位置及透镜组焦距 (测量实验)一、实验目的了解透镜组节点的特性,掌握测透镜组节点的方法。
二、实验原理光学仪器中的共轴球面系统、厚透镜、透镜组,常把它作为一个整体来研究。
这时可以用三对特殊的点和三对面来表征系统在成像上的性质。
若已知这三对点和三对面的位置,则可用简单的高斯公式和牛顿公式来研究起成像规律。
共轴球面系统的这三对基点和基面是:主焦点(F,F')和主焦面,主点(H,H')和主平面,节点(N,N')和节平面。
如附图1,1附图附图2实际使用的共轴球面系统——透镜组,多数情况下透镜组两边的介质都是空气,根据几何光学的理论,当物空间和像空间介质折射率相同时,透镜组的两个节点分别与两个主点重合,在这种情况下,主点兼有节点的性质,透镜组的成像规律只用两对基点(焦点,主点)和基面(焦面,主面)就完全可以确定了。
根据节点定义,一束平行光从透镜组左方入射,如附图2,光束中的光线经透镜组后的出射方向,一般和入射方向不平行,但其中有一根特殊的光线,即经过第一节点N的光线PN,折射后必须通过第二节点N'且出射光线N'Q平行与原入射光线PN。
设NQ与透镜组的第二焦平面相交于F''点。
由焦平面的定义可知,PN方向的平行光束经透镜组会聚于F''点。
若入射的平行光的方向PN与透镜组光轴平行时,F''点将与透镜组的主焦点F'重合,如附图3附图3综上所述节点应具有下列性质:当平行光入射透镜组时,如果绕透镜组的第二节点N'微微转过一个小角 ,则平行光经透镜组后的会聚点F'在屏上的位置将不横移,只是变得稍模糊一点儿,这是因为转动透镜组后入射于节点N的光线并没有改变原来入射的平行光的方向,因而NQ的方向也不改变,又因为透镜组是绕N'点转动,N点不动,所以 N'Q线也不移动,而像点始终在N'Q 线上,故F''点不会有横向移动,至于NF''的长度,当然会随着透镜组的转动有很小的变化,所以F''点前后稍有移动,屏上的像会稍有模糊一点。
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