Экспериментальная установка и методика измерений
Задание I. Определение фокусного расстояния объектива.
Определение фокусного расстояния производится с помощью установки, изображенной на рис.4, где О - осветитель, К - коллиматор. Об – испытуемый объектив; М — микроскоп.
Рис.4
Коллиматор - оптический прибор, предназначенный для получения пучка параллельных лучей. На одном конце его тубуса находится объектив с известным фокусным расстоянием, на другом конце - шкала (Ш) с миллиметровыми делениями, расположенная в фокальной плоскости объектива коллиматора,
Микроскоп снабжен окулярным микрометром, предназначенным для измерения величины изображения шкалы коллиматора. Микроскоп может перемещаться вдоль оптической оси и перпендикулярно ей в горизонтальной плоскости.
Определение фокусного расстояния объектива производится в следующем порядке:
1. Передвижением микроскопа вдоль оптической оси добиться резкого изображения шкалы коллиматора при его наблюдении через окуляр-микрометр.
2. Вращая отсчетный барабан окуляр-микрометра, навести перекрестие на крайнее, а затем последовательно на каждое второе деление изображения шкалы и сделать соответствующие отсчеты аn по шкале и барабану окуляр-микрометра.
3. Определить искомое фокусное расстояние f '2 исследуемого объектива по формуле:
l' аn – а n-1
f
'2
= f
'1
=
f
'1 ,
l 2
где l = 2 мм, т.к. нить микроскопа наводится последовательно на каждое второе деление изображения миллиметровой шкалы коллиматора,
l' - размер изображения двух делений шкалы, равный разности отсчетов
аn – а n-1,
f '1 - фокусное расстояние объектива коллиматора, равное 610 мм.
4. Протокол эксперимента рекомендуется вести по следующей форме:
|
Деление шкалы |
Положение микроскопа аn, мм
|
Фокусное расстояние f '2 , мм
|
|
|
|
|
f '2 среднее =
Погрешность ∆f '2 вычислить любым из известных способов, указанных в
приложении.
Задание 2. Определение положения главных плоскостей объектива.
Определение положения главных плоскостей объектива производится на той же установке (рис.4), причем испытуемый объектив укреплен на каретке, скользящей по направляющим вдоль оптической оси и имеющей возможность поворачиваться вместе с объективом вокруг вертикальной оси. На боковой стороне одной из направляющих каретки имеется шкала, предназначенная для отсчета перемещения объектива.
Положение главных плоскостей объектива определяется в следующем порядке:
1. Перемещая каретку с объективом вдоль направляющих, а микроскоп - вдоль оптической оси, добиться такого их положения, при котором изображение шкалы коллиматора, рассматриваемое в микроскоп, остается неподвижным при повороте объектива вокруг вертикальной оси на небольшие углы. По шкале, установленной на боковой стороне направляющей, сделать отсчет a1, соответствующий найденному положению объектива (ось вращения каретки проходит через заднюю по ходу луча главную плоскость).
2. Наблюдая в микроскоп изображение вертикальной нити, укрепленной на обращенном к микроскопу срезе объектива и перемещая каретку с объективом вдоль направляющих, а микроскоп - вдоль оптической оси, добиться такого их положения, при котором изображение нити остается неподвижным при повороте объектива на небольшие углы (ось вращения каретки совпадает с нитью). Произвести соответствующий найденному положению объектива отсчет a2 . Разность отсчетов S'1 = a1 – a2 дает расстояние между соответствующей (задней по ходу луча) главной плоскостью объектива и соответствующим (задним) срезом объектива. Поскольку нить, укрепленная на срезе объектива, проходит вблизи его последней поверхности, то можно считать S'1 ≈ S'Н
3. Повернуть каретку с объективом на 180° вокруг вертикальной оси и, повторив указанные в пп. 1 и 2 операции, снять отсчеты а3 и а4 . Разность отсчетов S1 = а3 - а4 дает расстояние между второй главной плоскостью и вторым срезом объектива (аналогично S1 ≈ SH) .
Вычислить расстояние между главными плоскостями ∆ нн'=а1 - а3 , имея в виду, что разность а2 - а4 равна длине тубуса исследуемого объектива.
Протокол эксперимента вести по следующей форме:
|
а1 , мм |
а2 , мм |
а3 , мм |
а4 , мм |
S'Н ' ≈(a1 – a2), мм |
SН ≈(a3 – a4), мм |
∆нн'=а1-а3,, мм |
(a2 – a4), мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание З. Определение положения фокусов объектива.
Положение фокусов объектива определяется в следующем порядке:
1. Навести микроскоп на вертикальную нить, укрепленную на срезе объектива и снять отсчет в1 по шкале, расположенной на рельсе.
2. Сдвигая рейтер микроскопа по рельсу до появления резкого изображения шкалы коллиматора в поле зрения, снять отсчет в2 по шкале, расположенной на рельсе.
3. Разность отсчетов (в1 – в2) дает расстояние между срезом объектива и его фокальной плоскостью или приближенно задний отрезок S'F ' .
4. Повернуть каретку с объективом на 180° вокруг вертикальной оси и, повторив операции, указанные в пп.1 и 2, снять отсчеты в3 и в4 вычислить разность отсчетов (в3 - в4) ≈ SF .
5. Вычислить переднее и заднее фокусные расстояния объектива, используя найденные в заданиях 2 и 3 значения отрезков Sh, S'Н ', SF , S'F ' (рис.2). Сравнить вычисленные значения f и f ' объектива с фокусным расстоянием f '2 , найденным в задании I.