CN110296819A - 一种测量凹透镜焦距的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量凹透镜焦距的测量方法，包括钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜、第三凸透镜、待测凹透镜和测微目镜，在遮光板上设置有矩形通光孔，可以通过夫琅和费衍射测量待测凹透镜的焦距。本发明结构简单、操作简便，能通过夫琅和费衍射测量待测凹透镜的焦距，只需要测量衍射条纹的间距,无需测量像距与物距。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量凹透镜焦距的测量方法。
背景技术
凹透镜是一种常用的光学元件，被广泛用于光学系统。焦距是凹透镜最重要的参数之一，现有测量凹透镜焦距的方法，需要先测量凹透镜的物距和像距，测量过程较为繁琐，测量精度差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种测量凹透镜焦距的测量方法，结构简单、操作简便，能通过夫琅和费衍射测量待测凹透镜的焦距，只需要测量衍射条纹的间距,无需测量像距与物距,提高测量精度。
本发明的技术方案是：一种测量凹透镜焦距的测量方法，包括钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜、第三凸透镜、待测凹透镜和测微目镜，在遮光板上设置有矩形通光孔，在测量时，包括如下步骤：（1）沿光线入射方向，依次排列有同轴的钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第三凸透镜和测微光镜，打开钠灯，钠灯的光线通过矩形通光孔，入射到第一凸透镜上，经过第一凸透镜形成一束平行光，接着平行光线垂直入射光栅，经过光栅衍射，接着衍射光通过第三凸透镜会聚在第三凸透镜的焦平面B上，通过测微目镜确定第三凸透镜的焦平面并固定测微目镜；（2）将第三凸透镜移除，使用第二凸透镜替换第三凸透镜，光线会聚在第二凸透镜的焦平面A上，此时第二凸透镜的焦平面A上的衍射条纹的间距Δ2存在如下关系：，其中f 2为第二凸透镜的焦距，d为光栅常数，λ为钠光波长；（3）在第二凸透镜与测微目镜之间插入待测凹透镜，再通过移动待测凹透镜直到在测微目镜呈现清晰的衍射条纹，测量衍射条纹的间距Δ,根据凹透镜成像公式存在如下关系：，，，其中f为待测凹透镜的焦距，u为焦平面A与待测凹透镜之间的距离，v为焦平面B与待测凹透镜之间的距离，f 3为第三凸透镜的焦距，将步骤（2）中的公式代入公式中得到关系式：，再将代入中得到，再将代入中得到，最后将、、代入中得到：，根据光栅参数d、光波波长λ、第二凸透镜的焦距f 2和第三凸透镜的焦距f 3及衍射条纹的间距Δ，以及根据关系式计算得到待测凹透镜的焦距f。
进一步的，矩形孔位于第一凸透镜的焦平面。
进一步的，矩形孔与光栅的平行刻线相互平行。
进一步的，第二凸透镜的焦距小于第三凸透镜的焦距。
进一步的，所述钠灯为普通的低压钠灯，中心波长为589.3nm的黄光。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：结构简单、操作简便，能通过夫琅和费衍射测量待测凹透镜的焦距，只需要测量衍射条纹的间距,无需测量像距与物距,提高测量精度。
为使得本发明的上述目的、特征和优点能够更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例的步骤（1）状态的结构示意图；
图2为本发明实施例的步骤（2）状态的结构示意图；
图3为本发明实施例的步骤（3）状态的结构示意图；
图中：100-钠灯；200-遮光板；210-矩形通光孔；300-第一凸透镜；400-光栅；500-第二凸透镜；600-第三凸透镜；700-待测凹透镜；800-测微目镜。
具体实施方式
如图1~3所示，一种测量凹透镜焦距的测量方法，包括钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜、第三凸透镜、待测凹透镜和测微目镜，在遮光板上设置有矩形通光孔，在测量时，包括如下步骤：（1）沿光线入射方向，依次排列有同轴的钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第三凸透镜和测微目镜，打开钠灯，钠灯的光线通过矩形通光孔，入射到第一凸透镜上，经过第一凸透镜形成一束平行光，接着平行光线垂直入射光栅，经过光栅衍射，接着衍射光通过第三凸透镜会聚在第三凸透镜的焦平面B上，通过测微目镜确定第三凸透镜的焦平面并固定测微目镜；（2）将第三凸透镜移除，使用第二凸透镜替换第三凸透镜，光线会聚在第二凸透镜的焦平面A上，此时第二凸透镜的焦平面A上的衍射条纹的间距Δ2存在如下关系：，其中f 2为第二凸透镜的焦距，d为光栅常数，λ为钠光波长；（3）在第二凸透镜与测微目镜之间插入待测凹透镜，再通过移动待测凹透镜直到在测微目镜呈现清晰的衍射条纹，测量衍射条纹的间距Δ,根据凹透镜成像公式存在如下关系：，，，其中f为待测凹透镜的焦距，u为焦平面A与待测凹透镜之间的距离，v为焦平面B与待测凹透镜之间的距离，f 3为第三凸透镜的焦距，将步骤（2）中的公式代入公式中得到关系式：，再将代入中得到，再将代入中得到，最后将、、代入中得到：，根据光栅参数d、光波波长λ、第二凸透镜的焦距f 2和第三凸透镜的焦距f 3及衍射条纹的间距Δ，以及根据关系式计算得到待测凹透镜的焦距f。在测量时，钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜、第三凸透镜、待测凹透镜和测微目镜均通过轨道进行固定，在进行步骤（1）时，保证钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第三凸透镜和测微目镜的中心轴均等高同轴；在进行步骤（2）时，保证钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜和测微目镜中心轴均等高同轴；在进行步骤（3）时，保证钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜、被测凹透镜和测微目镜中心轴均等高同轴。
本实施例中，矩形孔位于第一凸透镜的焦平面。
本实施例中，矩形孔与光栅的平行刻线相互平行。
本实施例中，第二凸透镜的焦距小于第三凸透镜的焦距。
本实施例中，所述钠灯为普通的低压钠灯，中心波长为589.3nm的黄光。
上述操作流程及软硬件配置，仅作为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种测量凹透镜焦距的测量方法，其特征在于：包括钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第二凸透镜、第三凸透镜、待测凹透镜和测微目镜，在遮光板上设置有矩形通光孔，在测量时，包括如下步骤：（1）沿光线入射方向，依次排列有同轴的钠灯、遮光板、第一凸透镜、光栅、第三凸透镜和测微目镜，打开钠灯，钠灯的光线通过矩形通光孔，入射到第一凸透镜上，经过第一凸透镜后形成一束平行光，接着平行光线垂直入射光栅，经过光栅衍射，接着衍射光通过第三凸透镜会聚在第三凸透镜的焦平面B上，通过测微目镜确定第三凸透镜的焦平面并固定测微目镜；（2）将第三凸透镜移除，使用第二凸透镜替换第三凸透镜，光线会聚在第二凸透镜的焦平面A上，此时在第二凸透镜的焦平面A上的衍射条纹的间距Δ2存在如下关系：，其中f 2为第二凸透镜的焦距，d为光栅常数，λ为钠光波长；（3）在第二凸透镜与测微目镜之间插入待测凹透镜，再通过移动待测凹透镜直到在测微目镜呈现清晰的衍射条纹，测量衍射条纹的间距Δ,根据凹透镜成像公式存在如下关系：，，，其中f为待测凹透镜的焦距，u为焦平面A与待测凹透镜之间的距离，v为焦平面B与待测凹透镜之间的距离，f 3为第三凸透镜的焦距，将步骤（2）中的公式代入公式中得到关系式：，再将代入中得到，再将代入中得到，最后将、、代入中得到：，根据光栅参数d、光波波长λ、第二凸透镜的焦距f 2和第三凸透镜的焦距f 3及衍射条纹的间距Δ，以及根据关系式计算得到待测凹透镜的焦距f。
2.根据权利要求1所述的测量凹透镜焦距的测量方法，其特征在于：矩形孔位于第一凸透镜的焦平面。
3.根据权利要求2所述的测量凹透镜焦距的测量方法，其特征在于：矩形孔与光栅的平行刻线相互平行。
4.根据权利要求3所述的测量凹透镜焦距的测量方法，其特征在于：第二凸透镜的焦距小于第三凸透镜的焦距。
5.根据权利要求4所述的测量凹透镜焦距的测量方法，其特征在于：所述钠灯为普通的低压钠灯，中心波长为589.3nm的黄光。
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