CN102998096A - 凸透镜焦距的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种凸透镜焦距的测量方法，包括以下步骤：依次设置激光器、孔屏、凸透镜、平面镜，调节共轴，所述激光器发出的激光可以穿过所述孔屏上的小孔；调整凸透镜的竖直位置，使其离轴一段距离；调整平面镜的位置，使从孔屏的小孔中射出的激光经透镜折射后再经所述平面镜反射，光线再次经凸透镜折射回到孔屏上的小孔中，形成闭合的光线；以孔屏与凸透镜之间的距离为物距或者像距，平面镜与凸透镜之间的距离为像距或者物距，计算得到凸透镜的焦距。本发明的凸透镜焦距的测量方法，很好的排除了人为误差，由孔屏和平面镜确定的物距和像距都很准确，进而使得计算得到的凸透镜的焦距的结果十分的准确。

Description

凸透镜焦距的测量方法

技术领域

本发明涉及一种凸透镜性质参数测量的技术领域，特别涉及一种凸透镜焦距的测量方法。

背景技术

凸透镜是最常用的光学元件，是构成显微镜、望远镜等光学仪器的基础。焦距是表征透镜成像性质的重要参数。测定焦距不单是一项产品检验工作，更重要的是为光学系统的设计提供依据。

最常用的测焦距方法大都是根据物像关系设计的，如物距像距法，具体的说，该方法是根据物体发出的光线经过凸透镜汇聚后，将在另一侧成一实像，然后在光具座上分别测出物体，透镜及像的位置，再根据得到的物距和像距，计算得出透镜的焦距。具体在透镜焦距的测量实验中，一般是利用扩散光源或由同一位置发出的，不同角度的两束激光，经过凸透镜汇聚后，在另外一侧又重新在一点汇聚，然后分别测量得到激光发出点以及汇聚点与透镜的距离，并将其分别作为物距和像距，带入物距像距与焦距关系的公式计算得到透镜的焦距。其中，两束激光在透镜另一侧的汇聚点与透镜的距离，是通过移动光路上的白板，当目测两个激光光斑重合为一点时，测量白板与透镜的相对位置得到的。

上述测量透镜焦距的方法存在的缺点是：物距和像距均不容易准确测量得到。首先，很难确定固定两个激光器的光具座的位置就是两束激光光线的反向延长交点，所以物距的测量是不准确的；另外，激光在白板上的光斑是很大的一片，很难判断两束激光是否照射在白板的同一点上，导致像距的测量十分不准确。所以，依据上述技术方案得到的物距和像距计算得到的透镜焦距存在很大的误差。

发明内容

本发明要解决现有技术中的透镜焦距的测量存在较大误差的技术问题，提供一种简单方便，结果准确的，透镜焦距的测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种凸透镜焦距的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤i：依次设置激光器、孔屏、凸透镜、平面镜，调节共轴，所述激光器发出的激光可以穿过所述孔屏上的小孔；

步骤ii：调整凸透镜的竖直位置，使其离轴一段距离；

步骤iii：调整平面镜的位置，使从孔屏的小孔中射出的激光经凸透镜折射后再经所述平面镜反射，光线再次经凸透镜折射回到孔屏上的小孔中，形成闭合的光线；

步骤iv：以孔屏与凸透镜之间的距离为物距或者像距，平面镜与凸透镜之间的距离为像距或者物距，计算得到凸透镜的焦距。

在上述技术方案中，步骤iv中，孔屏与凸透镜之间的距离大于平面镜与凸透镜之间的距离。

在上述技术方案中，所述激光器、孔屏、凸透镜和平面镜均设置在光导轨上。

在上述技术方案中，所述步骤iii具体包括：

首先，使凸透镜横向移动离轴，光线经凸透镜折射后由位于其后的平面镜反射，光线再次经凸透镜回到孔屏上；

然后，通过调整凸透镜、孔屏和平面镜彼此之间距离，使光线回到孔屏的小孔中形成闭合的光线。

本发明具有以下优点：

本发明的凸透镜焦距的测量方法，利用一个激光器射出的光线和平面镜反射回的光线形成一个光的回路，孔屏上小孔与平面镜上的光点可视为等效的物、像。光线在孔屏和平面镜上均为一个确定相交的点，光线由小孔射入射出，不会在孔屏上形成大面积的光斑，十分便于观测，很好的排除了人为误差，由孔屏和平面镜确定的物距和像距都很准确，进而使得计算得到的凸透镜的焦距的结果十分的准确。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的凸透镜焦距的测量方法一种具体实施方式的凸透镜焦距f测量光路示意图；

图中的附图标记表示为：

1-孔屏；2-凸透镜；3-平面镜。

具体实施方式

本发明的发明思想为：利用一个激光器射出的光线和平面镜反射回的光线形成一个光的回路，孔屏上小孔与平面镜上的光点可视为等效的物、像。

下面结合附图对本发明做以详细说明。

本发明的凸透镜焦距的测量方法，包括以下步骤：

1、在光导轨放置激光器、孔屏1、凸透镜2、平面镜3，调节共轴；所述激光器发出的激光可以穿过所述孔屏1上的小孔。

2、微调安装凸透镜2的光具座上的滑块的水平方向，使凸透镜2水平方向离轴一段距离，在保证实验现象明显、观察方便基础上，注意离轴距离大小适当，使其满足近轴成像条件。

3、使从孔屏1的小孔中射出的激光经凸透镜2折射后再经平面镜3反射，光线再次经凸透镜2折射回到孔屏1上的小孔中，形成闭合的光线。

具体的说，光路如图1所示，在凸透镜共轴情况下，首先使凸透镜2横向移动离轴（图1中虚线所示的光轴），光线经凸透镜2折射后由位于其后的平面镜3反射，光线再次经凸透镜2回到孔屏1上，通过调整凸透镜2、孔屏1和平面镜3彼此之间距离，使光线回到孔屏1的小孔中形成闭合的光线。

考虑到焦距测量准确性要求，实验测量时采用孔屏1和凸透镜2位置固定，只调整平面镜3的位置。

4、从光导轨的标尺上读出孔屏1位置、凸透镜2位置和平面镜3位置，记录于表1。

本发明的凸透镜焦距的测量方法，孔屏1上小孔与平面镜3上的光点可视为等效的物、像。利用凸透镜成像公式

$\frac{1}{f}=\frac{1}{u}+\frac{1}{v}---\left(1\right)$

测量出物距、像距，则可计算出凸透镜2的焦距f。

表1  凸透镜焦距f测量数据及计算结果         单位：mm

算得凸透镜焦距f=119.76mm。

本发明的凸透镜焦距的测量方法，为较好满足近轴成像条件，采用物距u大于像距v的条件，即孔屏1与凸透镜2之间的距离大于平面镜3与凸透镜2之间的距离。

本发明的凸透镜焦距的测量方法，利用一个激光器射出的光线和平面镜反射回的光线形成一个光的回路，孔屏上小孔与平面镜上的光点可视为等效的物、像。光线在孔屏和平面镜上均为一个确定相交的点，光线由小孔射入射出，不会在孔屏上形成大面积的光斑，十分便于观测，很好的排除了人为误差，由孔屏和平面镜确定的物距和像距都很准确，进而使得计算得到的凸透镜的焦距的结果十分的准确。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种凸透镜焦距的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤i：依次设置激光器、孔屏（1）、凸透镜（2）、平面镜（3），调节共轴，所述激光器发出的激光可以穿过所述孔屏（1）上的小孔；

步骤ii：调整凸透镜（2）的竖直位置，使其离轴一段距离；

步骤iii：调整平面镜（3）的位置，使从孔屏（1）的小孔中射出的激光经凸透镜（2）折射后再经所述平面镜（3）反射，光线再次经凸透镜（2）折射回到孔屏（1）上的小孔中，形成闭合的光线；

步骤iv：以孔屏（1）与凸透镜（2）之间的距离为物距或者像距，平面镜（3）与凸透镜（2）之间的距离为像距或者物距，计算得到凸透镜（2）的焦距。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤iv中，孔屏（1）与凸透镜（2）之间的距离大于平面镜（3）与凸透镜（2）之间的距离。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述激光器、孔屏（1）、凸透镜（2）和平面镜（3）均设置在光导轨上。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的测量方法，其特征在于，所述步骤iii具体包括：

首先，使凸透镜（2）横向移动离轴，光线经凸透镜（2）折射后由位于其后的平面镜（3）反射，光线再次经凸透镜（2）回到孔屏（1）上；

然后，通过调整凸透镜（2）、孔屏（1）和平面镜（3）彼此之间距离，使光线回到孔屏（1）的小孔中形成闭合的光线。

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