CN110459110A - 分划板法测自组望远镜放大率的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分划板法测自组望远镜放大率的装置和方法，包括支撑导轨、目标照明标尺、物镜和目镜，物镜位于目标照明标尺和目镜之间，目镜和物镜之间设有分划板，分划板的高度、物镜的高度和目镜的高度相匹配，目标照明标尺通过一号标准滑座滑动连接在支撑导轨上，物镜通过二号标准滑座滑动连接在支撑导轨上，分划板通过三号标准滑座滑动连接在支撑导轨上，目镜通过四号标准滑座滑动连接在支撑导轨上。本发明利用透镜成像原理，精确计算出物镜与目镜的焦距，从系统的有限远视实际放大率入手，最终得到无焦距望远镜系统的放大率，结构简单，操作方便；更加清晰的向学生展示望远镜系统观察近处物体和远处物体放大率的区别。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验工具及方法，尤其涉及一种分划板法测自组望远镜放大率的装置和方法。
背景技术
自组望远镜的放大率测量，一般为开普勒望远镜结构。开普勒望远镜由两块凸透镜组成，由于两者之间成像为实像，可方便安装分划板，并且性能优良，所以目前军用、小型天文等专业级的望远镜都采用开普勒望远镜。
由开普勒望远镜的结构图可知，物镜与目镜组成无焦系统，即物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合。无穷远物体发出的光经物镜后再物镜的焦平面上成一道理缩小的实像，再利用目镜(短焦距)将此实像成像于无穷远处，使视角增大，利于人眼观察。如图4所示，
望远镜视放大率Γ定义为目视光学仪器所成的像对人眼的张角(记为ω')的正切与物体直接对人眼的张角(记为ω)的正切之比，即
对图3所示的望远镜，由于物在无穷远处，则物直接对人眼的张角等同于物对望远镜物镜的张角ω，根据几何光路可知
因此，望远镜的视放大率为
式中fe、fe'分别是Le的物方焦距、像方焦距，fe'＝fe。如果物镜和目镜焦距已知，则可以计算出望远镜的视放大率。且物镜的焦距越长、目镜的焦距越短望远镜的放大率越大。
实际上为实现对远近不同物体的观察，物镜与目镜的间距长度可调，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点会不重合。此时望远镜系统的实际放大率与无焦系统的放大率完全不同。
目前，开普勒望远镜放大率分无焦距系统放大率传统的测量方法有视角直接比较法、成像公式法，比较板法等。
以上各种方法实验测量精度不高，而且各种方法都具有其各自不同的缺点：
1、视角直接比较法：要求被测标尺距离物镜远大于焦距，同时视角直接比较时，操作难度大，不利于学生掌握；
2、成像公式法：需利用读数显微镜或其他辅助性测量工具，系统误差较大，实验过程繁琐；
3、比较板法：相对操作简单，但系统的各镜片的孔径对比较板尺寸限制较大，同时在数据处理过程同，忽略物镜与目镜间隔，实验数据不够准确。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种结构简单，操作方便；不需要借助其他辅助测量工具；不需忽略物镜与目镜之间的间隔，实验数据准确；实验充分利用透镜成像原理，有利于学生进步了解望远镜的构造；实验运用有限远的实际放大率的方法测量无焦距系统的放大率，更加清晰的向学生展示望远镜系统观察近处物体和远处物体放大率的区别的分划板法测自组望远镜放大率的装置和方法。
本发明的技术方案：一种分划板法测自组望远镜放大率的装置，包括支撑导轨、安装在支撑导轨上的目标照明标尺、物镜和目镜，所述物镜位于目标照明标尺和目镜之间，所述目镜和物镜之间设有分划板，所述分划板的高度、物镜的高度和目镜的高度相匹配，所述目标照明标尺通过一号标准滑座滑动连接在支撑导轨上，所述物镜通过二号标准滑座滑动连接在支撑导轨上，所述分划板通过三号标准滑座滑动连接在支撑导轨上，所述目镜通过四号标准滑座滑动连接在支撑导轨上；所述目标照明标尺通过标尺升降架升降连接在一号标准滑座上，所述物镜通过物镜升降架升降连接在二号标准滑座上，所述分划板通过分划板升降架升降连接在三号标准滑座上，所述目镜通过目镜升降架升降连接在四号标准滑座上。
本发明可以避免比较板法实验方法的缺点，利用透镜成像原理，精确计算出物镜与目镜的焦距，从系统的有限远视实际放大率入手，最终得到无焦距望远镜系统的放大率，结构简单，操作方便；不需要借助其他辅助测量工具；不需忽略物镜与目镜之间的间隔，实验数据准确；实验充分利用透镜成像原理，有利于学生进步了解望远镜的构造；实验运用有限远的实际放大率的方法测量无焦距系统的放大率，更加清晰的向学生展示望远镜系统观察近处物体和远处物体放大率的区别。
优选地，所述标尺升降架包括一号升降底座、升降连接在一号升降底座上的一号升降杆和将一号升降杆锁紧在一号升降底座上的一号锁紧螺栓，所述目标照明标尺通过一标尺连板连接在一号升降杆的顶部。
该种结构确保目标照明标尺的升降稳定可靠。
优选地，所述物镜升降架包括二号升降底座、升降连接在二号升降底座上的二号升降杆和将二号升降杆锁紧在二号升降底座上的二号锁紧螺栓，所述物镜通过一物镜连框连接在二号升降杆的顶部。
该种结构确保物镜的升降稳定可靠。
优选地，所述物镜连框上设有将物镜锁紧在物镜连框上的物镜锁紧螺栓，所述二号标准滑座上设有将二号标准滑座锁紧在支撑导轨上的二号滑座锁紧螺栓。
该种结构确保物镜的安装牢固可靠。
优选地，所述分划板升降架包括三号升降底座、升降连接在三号升降底座上的三号主升降杆和三号副升降杆以及将三号主升降杆锁紧在三号升降底座上的三号主锁紧螺栓，所述三号副升降杆通过一转接杆连接在三号主升降杆的顶部，所述转接杆上设有将三号副升降杆锁紧在转接杆上的三号副锁紧螺栓，所述分划板通过一分划板连框连接在三号副升降杆的顶部。
该种结构确保分划板的升降稳定可靠。
优选地，所述分划板连框上设有将分划板锁紧在分划板连框上的分划板锁紧螺栓，所述三号标准滑座上设有将三号标准滑座锁紧在支撑导轨上的三号滑座锁紧螺栓。
该种结构确保分划板的安装牢固可靠。
优选地，所述目镜升降架包括四号升降底座、升降连接在四号升降底座上的四号升降杆和将四号升降杆锁紧在四号升降底座上的四号锁紧螺栓，所述目镜通过一目镜连框连接在四号升降杆的顶部。
该种结构确保目镜的升降稳定可靠。
优选地，所述目镜连框上设有将目镜锁紧在目镜连框上的目镜锁紧螺栓，所述四号标准滑座上设有将四号标准滑座锁紧在支撑导轨上的四号滑座锁紧螺栓。
该种结构确保目镜的安装牢固可靠。
优选地，所述一号标准滑座上设有将一号标准滑座锁紧在支撑导轨上的一号滑座锁紧螺栓，所述支撑导轨的一端底部设有单头支撑脚，支撑导轨的另一端底部设有双头支撑脚，所述单头支撑脚的位置与目镜的位置相对应，所述双头支撑脚的位置与目标照明标尺的位置相对应。
该种结构确保支撑导轨的支撑稳固可靠。
一种分划板法测自组望远镜放大率的装置的测试方法，步骤如下：
1.步骤如下：
1)在支撑导轨上放置仪器，物镜与目镜组成开普勒望远镜系统，并对远处垂直于光路中的目标照明标尺调焦，然后把分划板放在物镜和目镜之间；调节分划板的位置,使从目镜中看到的目标照明标尺和分划板像的刻度都清晰，且无视差；
2)记录分划板刻度与照明标尺像对应的长度,分别以y与y′表示对应数值，这说明长度为y的物，经物镜成像后得到像长是y′，同时物距和像距v1等均可从导轨上直接读出；
3)根据望远镜视放大率的定义：
实际放大率：
其中y、y′、v1均为实测数据，所以可以求出实际放大率
4)根据透镜成像原理及图二中的几何关系有：
从而求得：f0；
5)根据几何关系有：
联立方程，从而得出：fe′；
6)由于fe′＝fe，所以无焦望远镜系统的放大值为：
7)通过透镜的实际焦距，计算出理论值，做误差分析。
本发明可以避免比较板法实验方法的缺点，利用透镜成像原理，精确计算出物镜与目镜的焦距，从系统的有限远视实际放大率入手，最终得到无焦距望远镜系统的放大率，结构简单，操作方便；不需要借助其他辅助测量工具；不需忽略物镜与目镜之间的间隔，实验数据准确；实验充分利用透镜成像原理，有利于学生进步了解望远镜的构造；实验运用有限远的实际放大率的方法测量无焦距系统的放大率，更加清晰的向学生展示望远镜系统观察近处物体和远处物体放大率的区别。
附图说明
图1为本发明中装置的其中一个角度的结构示意图；
图2为本发明中装置的另外一个角度的结构示意图；
图3为本发明的实验原理图；
图4为本发明背景技术中无焦望远镜系统的原理图；
图中1.支撑导轨，2.目标照明标尺，3.一号标准滑座，4.一号滑座锁紧螺栓，5.一号升降底座，6.一号升降杆，7.标尺连板，8.一号锁紧螺栓，9.物镜，10.二号标准滑座，11.二号滑座锁紧螺栓，12.二号升降底座，13.二号升降杆，14.物镜连框，15.二号锁紧螺栓，16.物镜锁紧螺栓，17.分划板，18.三号标准滑座，19.三号滑座锁紧螺栓，20.三号升降底座，21.三号主升降杆，22.三号副升降杆，23.转接杆，24.分划板连框，25.三号主锁紧螺栓，26.三号副锁紧螺栓，27.分划板锁紧螺栓，28.目镜，29.四号标准滑座，30.四号滑座锁紧螺栓，31.四号升降底座，32.四号升降杆，33.目镜连框，34.四号锁紧螺栓，35.目镜锁紧螺栓，36.单头支撑脚，37.双头支撑脚。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。
如图1和2所示，一种分划板法测自组望远镜放大率的装置，包括支撑导轨1、安装在支撑导轨1上的目标照明标尺2、物镜9和目镜28，物镜9位于目标照明标尺2和目镜28之间，目镜28和物镜9之间设有分划板17，分划板17的高度、物镜9的高度和目镜28的高度相匹配，目标照明标尺2通过一号标准滑座3滑动连接在支撑导轨1上，物镜9通过二号标准滑座10滑动连接在支撑导轨1上，分划板17通过三号标准滑座18滑动连接在支撑导轨1上，目镜28通过四号标准滑座29滑动连接在支撑导轨1上；目标照明标尺2通过标尺升降架升降连接在一号标准滑座3上，物镜9通过物镜升降架升降连接在二号标准滑座10上，分划板17通过分划板升降架升降连接在三号标准滑座18上，目镜28通过目镜升降架升降连接在四号标准滑座29上。标尺升降架包括一号升降底座5、升降连接在一号升降底座5上的一号升降杆6和将一号升降杆6锁紧在一号升降底座5上的一号锁紧螺栓8，目标照明标尺2通过一标尺连板7连接在一号升降杆6的顶部。物镜升降架包括二号升降底座12、升降连接在二号升降底座12上的二号升降杆13和将二号升降杆13锁紧在二号升降底座12上的二号锁紧螺栓15，物镜9通过一物镜连框14连接在二号升降杆13的顶部。物镜连框14上设有将物镜9锁紧在物镜连框14上的物镜锁紧螺栓16，二号标准滑座10上设有将二号标准滑座10锁紧在支撑导轨1上的二号滑座锁紧螺栓11。分划板升降架包括三号升降底座20、升降连接在三号升降底座20上的三号主升降杆21和三号副升降杆22以及将三号主升降杆21锁紧在三号升降底座20上的三号主锁紧螺栓25，三号副升降杆22通过一转接杆23连接在三号主升降杆21的顶部，转接杆23上设有将三号副升降杆22锁紧在转接杆23上的三号副锁紧螺栓26，分划板17通过一分划板连框24连接在三号副升降杆22的顶部。分划板连框24上设有将分划板17锁紧在分划板连框24上的分划板锁紧螺栓27，三号标准滑座18上设有将三号标准滑座18锁紧在支撑导轨1上的三号滑座锁紧螺栓19。目镜升降架包括四号升降底座31、升降连接在四号升降底座31上的四号升降杆32和将四号升降杆32锁紧在四号升降底座31上的四号锁紧螺栓34，目镜28通过一目镜连框33连接在四号升降杆32的顶部。目镜连框33上设有将目镜28锁紧在目镜连框33上的目镜锁紧螺栓35，四号标准滑座29上设有将四号标准滑座29锁紧在支撑导轨1上的四号滑座锁紧螺栓30。一号标准滑座3上设有将一号标准滑座3锁紧在支撑导轨1上的一号滑座锁紧螺栓4，支撑导轨1的一端底部设有单头支撑脚36，支撑导轨1的另一端底部设有双头支撑脚37，单头支撑脚36的位置与目镜28的位置相对应，双头支撑脚37的位置与目标照明标尺2的位置相对应。
如图3所示，一种分划板法测自组望远镜放大率的装置的测试方法，步骤如下：
1)在支撑导轨上放置仪器，物镜与目镜组成开普勒望远镜系统，并对远处垂直于光路中的目标照明标尺调焦，然后把分划板放在物镜和目镜之间；调节分划板的位置,使从目镜中看到的目标照明标尺和分划板像的刻度都清晰，且无视差；
2)记录分划板刻度与照明标尺像对应的长度,分别以y与y′表示对应数值，这说明长度为y的物(标尺对应刻度)，经物镜成像后得到像长是y′，同时物距和像距v1等均可从导轨上直接读出；
3)根据望远镜视放大率的定义：
实际放大率：
其中y、y′、v1均为实测数据，所以可以求出实际放大率
4)根据透镜成像原理及图二中的几何关系有：
从而求得：f0；
5)根据几何关系有：
联立方程，从而得出：fe′；
6)由于fe′＝fe，所以无焦望远镜系统的放大值为：
7)通过透镜的实际焦距，计算出理论值，做误差分析。
Claims (10)
1.一种分划板法测自组望远镜放大率的装置，其特征在于：其包括支撑导轨、安装在支撑导轨上的目标照明标尺、物镜和目镜，所述物镜位于目标照明标尺和目镜之间，所述目镜和物镜之间设有分划板，所述分划板的高度、物镜的高度和目镜的高度相匹配，所述目标照明标尺通过一号标准滑座滑动连接在支撑导轨上，所述物镜通过二号标准滑座滑动连接在支撑导轨上，所述分划板通过三号标准滑座滑动连接在支撑导轨上，所述目镜通过四号标准滑座滑动连接在支撑导轨上；所述目标照明标尺通过标尺升降架升降连接在一号标准滑座上，所述物镜通过物镜升降架升降连接在二号标准滑座上，所述分划板通过分划板升降架升降连接在三号标准滑座上，所述目镜通过目镜升降架升降连接在四号标准滑座上。
2.根据权利要求1所述的一种分划板法测自组望远镜放大率的装置，其特征在于：所述标尺升降架包括一号升降底座、升降连接在一号升降底座上的一号升降杆和将一号升降杆锁紧在一号升降底座上的一号锁紧螺栓，所述目标照明标尺通过一标尺连板连接在一号升降杆的顶部。
3.根据权利要求1所述的一种分划板法测自组望远镜放大率的装置，其特征在于：所述物镜升降架包括二号升降底座、升降连接在二号升降底座上的二号升降杆和将二号升降杆锁紧在二号升降底座上的二号锁紧螺栓，所述物镜通过一物镜连框连接在二号升降杆的顶部。
4.根据权利要求3所述的一种分划板法测自组望远镜放大率的装置，其特征在于：所述物镜连框上设有将物镜锁紧在物镜连框上的物镜锁紧螺栓，所述二号标准滑座上设有将二号标准滑座锁紧在支撑导轨上的二号滑座锁紧螺栓。
5.根据权利要求1所述的一种分划板法测自组望远镜放大率的装置，其特征在于：所述分划板升降架包括三号升降底座、升降连接在三号升降底座上的三号主升降杆和三号副升降杆以及将三号主升降杆锁紧在三号升降底座上的三号主锁紧螺栓，所述三号副升降杆通过一转接杆连接在三号主升降杆的顶部，所述转接杆上设有将三号副升降杆锁紧在转接杆上的三号副锁紧螺栓，所述分划板通过一分划板连框连接在三号副升降杆的顶部。
6.根据权利要求5所述的一种分划板法测自组望远镜放大率的装置，其特征在于：所述分划板连框上设有将分划板锁紧在分划板连框上的分划板锁紧螺栓，所述三号标准滑座上设有将三号标准滑座锁紧在支撑导轨上的三号滑座锁紧螺栓。
7.根据权利要求1所述的一种分划板法测自组望远镜放大率的装置，其特征在于：所述目镜升降架包括四号升降底座、升降连接在四号升降底座上的四号升降杆和将四号升降杆锁紧在四号升降底座上的四号锁紧螺栓，所述目镜通过一目镜连框连接在四号升降杆的顶部。
8.根据权利要求7所述的一种分划板法测自组望远镜放大率的装置，其特征在于：所述目镜连框上设有将目镜锁紧在目镜连框上的目镜锁紧螺栓，所述四号标准滑座上设有将四号标准滑座锁紧在支撑导轨上的四号滑座锁紧螺栓。
9.根据权利要求1所述的一种分划板法测自组望远镜放大率的装置，其特征在于：所述一号标准滑座上设有将一号标准滑座锁紧在支撑导轨上的一号滑座锁紧螺栓，所述支撑导轨的一端底部设有单头支撑脚，支撑导轨的另一端底部设有双头支撑脚，所述单头支撑脚的位置与目镜的位置相对应，所述双头支撑脚的位置与目标照明标尺的位置相对应。
10.一种如权利要求1所述的分划板法测自组望远镜放大率的装置的测试方法，其特征在于：其步骤如下：
1)在支撑导轨上放置仪器，物镜与目镜组成开普勒望远镜系统，并对远处垂直于光路中的目标照明标尺调焦，然后把分划板放在物镜和目镜之间；调节分划板的位置,使从目镜中看到的目标照明标尺和分划板像的刻度都清晰，且无视差；
2)记录分划板刻度与照明标尺像对应的长度,分别以y与y′表示对应数值，这说明长度为y的物，经物镜成像后得到像长是y′，同时物距u1、u2和像距v1等均可从导轨上直接读出；
3)根据望远镜视放大率的定义：
实际放大率：
其中y、y′、u1、u1、v1均为实测数据，所以可以求出实际放大率τ′；
4)根据透镜成像原理及图二中的几何关系有：
1/u1+1/v1＝1/f0
v1/u1＝y/y′
从而求得：f0；
5)根据几何关系有：
联立方程，从而得出：fe′；
6)由于fe′＝fe，所以无焦望远镜系统的放大值为：
7)通过透镜的实际焦距，计算出理论值，做误差分析。
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