平行光管和透鏡性能測(cè)試

1、平行光管和透鏡性能測(cè)試第1頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三綱要實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)要求實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟思考題第2頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)要求 了解平行光管的結(jié)構(gòu)，掌握平行光管的調(diào)節(jié)方法。 學(xué)習(xí)使用平行光管測(cè)定薄透鏡的焦距。 了解分辨率的概念，利用平行光管測(cè)量透鏡的分辨本領(lǐng)；第3頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)儀器5W-F550型平行光管的結(jié)構(gòu)圖測(cè)微目鏡分劃板第4頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)儀器(一)平行光管平行光管主要是用來產(chǎn)生平行光束的光學(xué)儀器，是裝校和調(diào)整其他光

2、學(xué)系統(tǒng)的重要工具之一 ，也是光學(xué)度量?jī)x器的重要組成部分。若配用不同的分劃板，并選用讀數(shù)顯微鏡或測(cè)微目鏡 ，可以測(cè)定光學(xué)系統(tǒng)的焦距、分辨率及其成像質(zhì)量。光源發(fā)出的光經(jīng)聚光鏡會(huì)聚與分光板反射后均勻照亮分劃板。當(dāng)分劃板位于物鏡的焦面上時(shí)，分劃板的像在物鏡像空間的無窮遠(yuǎn)處 ，即由平行光管發(fā)出的光是平行光束。 1 - 光 源：在平行光管中，利用白熾燈作為光源 2 - 毛玻璃：由于燈絲發(fā)出的光不是均勻的面光源，因此需要通過毛玻璃將其轉(zhuǎn)換成均勻的面光源照射分劃板。 3 - 分劃板：十字叉絲，波羅板，鑒別率板，星點(diǎn)板。4 - 物 鏡：平行光管物鏡第5頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)儀

3、器1 2 3 4 522 23 24 25 6 11 16 21 波羅板。分劃板上用真空鍍膜的方法鍍上五組線對(duì)，各線對(duì)間距名義值分別是：1mm，2mm，4mm，10mm，20mm。3號(hào)分辨率板。每板上面都有25個(gè)單元圖案，每個(gè)單元有四個(gè)方向，每個(gè)方向都由一些平行的刻線所組成的。3號(hào)板則從40m遞減到10m。第6頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)儀器(四)測(cè)微目鏡 帶測(cè)微裝置的目鏡，由目鏡、 可動(dòng)分劃板、讀數(shù)鼓輪與連接裝置等組成。目鏡把叉絲和被觀測(cè)的像同時(shí)放大，其放大倍數(shù)不影響測(cè)量數(shù)據(jù)大小，但可以提高測(cè)量準(zhǔn)確程度。旋轉(zhuǎn)鼓輪，刻有十字叉絲的可動(dòng)分劃板就可以左右移動(dòng)。它的位置

4、可以在外面直接讀出。測(cè)量時(shí)，應(yīng)先調(diào)節(jié)目鏡，看清楚叉絲，然后轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，使基準(zhǔn)線與被測(cè)物的像的一端重合，便可得到一個(gè)讀數(shù)。再轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，使基準(zhǔn)線與被測(cè)物像的另一端重合，又可得到一個(gè)讀數(shù)。兩讀數(shù)之差，即被測(cè)物的尺寸。實(shí)驗(yàn)中用兩種測(cè)微目鏡，如圖示。第7頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)儀器 其讀數(shù)方法和螺旋測(cè)微器差不多，毫米以上的刻度在固定套管上直接讀出；毫米以下的刻度在鼓輪上讀出。 讀數(shù)鼓輪每旋轉(zhuǎn)一周，叉絲移動(dòng)1mm，鼓輪上有100個(gè)分格，故每一格對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為0.01mm，再估讀一位。實(shí)驗(yàn)中有兩種測(cè)微目鏡,不同之處在于鼓輪刻度如同所示.0 1 2 3 4 5 6 7 8 （a）

5、 （b）10504.059mm7075805103.737mm雙基準(zhǔn)線，測(cè)量時(shí)，此線夾住待測(cè)刻線時(shí)讀數(shù)，整數(shù)位在視野中讀取，小數(shù)位在鼓輪上讀取豎線為基準(zhǔn)線，測(cè)量時(shí)，豎線對(duì)準(zhǔn)讀數(shù)，數(shù)值均在鼓輪上讀取。注意：整數(shù)位是反的。第8頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)儀器測(cè)微目鏡注意事項(xiàng)：(1) 測(cè)量時(shí)，鼓輪應(yīng)沿同一方向旋轉(zhuǎn)，不得中途反向，以避免空程誤差。(2) 被測(cè)量物的線度方向必須與基準(zhǔn)線方向平行，否則會(huì)引入系統(tǒng)誤差。(3) 被測(cè)量物的像與基準(zhǔn)線重合，不能存在視差(4) 雖然測(cè)微目鏡測(cè)量范圍為010mm，但一般測(cè)量應(yīng)盡量控制在19mm范圍內(nèi)進(jìn)行，以保護(hù)測(cè)微裝置的準(zhǔn)確度，切忌讀出

6、負(fù)值。(5) 零點(diǎn)修正值的存在，注意整數(shù)位的讀法。第9頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三 如圖示，選用測(cè)微目鏡，使被測(cè)透鏡焦平面上所成玻羅板的像也在測(cè)微目鏡的焦平面上，便可測(cè)量。因?yàn)樗詫?shí)驗(yàn)原理 -透鏡焦距測(cè)量式中 f 1為被測(cè)透鏡焦距， f 為平行光管焦距實(shí)測(cè)值（貼于平行光管管壁上，單位毫米）, h為玻羅板上所選用線距實(shí)測(cè)值(實(shí)驗(yàn)中為名義值)，h1 為玻羅板線對(duì)像的線間距(測(cè)量值)。 1.玻羅板 2.平行光管物鏡 3.被測(cè)凸透鏡 4.測(cè)微目鏡第10頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)原理 -透鏡焦距測(cè)量光路圖演示物鏡待測(cè)透鏡f f 1hh1第11頁，

7、共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)原理 -透鏡的分辨率(a) (b) (c)分辨率與瑞利判據(jù) 光學(xué)系統(tǒng)的鑒別率是該系統(tǒng)成像質(zhì)量的綜合性指標(biāo)，按照幾何光學(xué)的觀點(diǎn)，任何靠近的兩個(gè)微小物點(diǎn)，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后成像在像平面上，仍然應(yīng)是兩個(gè)“點(diǎn)”像。事實(shí)上，這是不可能的。即使光學(xué)系統(tǒng)無像差，通過光學(xué)系統(tǒng)后，波面不受破壞，而根據(jù)光的衍射理論，一個(gè)物點(diǎn)的像不再是“點(diǎn)”，而是一個(gè)衍射花樣。光學(xué)系統(tǒng)能夠把這種靠得很近的兩個(gè)衍射花樣分辨出來的能力，稱為光學(xué)系統(tǒng)的鑒別率。 瑞利提出了一個(gè)判據(jù)：如果一個(gè)物點(diǎn)的衍射圖樣中央主極大與另一個(gè)物點(diǎn)的衍射中央主極大傍的第一極小相重合時(shí)，這兩個(gè)物點(diǎn)是恰可分辨的。第1

8、2頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三 根據(jù)衍射理論和瑞利準(zhǔn)則，儀器的最小分辨角為 =1.22/D 式中 的單位為弧度，D為入射光瞳直徑，為光波波長(zhǎng)。 當(dāng)平行光管物鏡焦平面上的鑒別率板產(chǎn)生的平行光（將平行光管的分劃板換成鑒別率板）射入被測(cè)透鏡時(shí)，在被測(cè)透鏡的焦平面附近，用測(cè)微目鏡可觀察到鑒別率板的像。如果被檢透鏡質(zhì)量高，在視場(chǎng)里觀察到能分辨的單元號(hào)碼越高。仔細(xì)找出盡可能高的分辨單元號(hào)碼，由下式測(cè)定鑒別率角值式中為角值，a為條紋寬度,f 為平行光管焦距。實(shí)驗(yàn)原理 -透鏡的分辨率第13頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（一）實(shí)驗(yàn)中平行光管以調(diào)整好

9、，不再需要調(diào)節(jié)。（二）測(cè)量凸透鏡的焦距 ）將被測(cè)凸透鏡置于平行光管的前方，在透鏡的前方放上測(cè)微目鏡，調(diào)節(jié)平行光管、被測(cè)凸透鏡和測(cè)微目鏡，使它們大致在同一光軸上，盡量讓測(cè)微目鏡拉近到實(shí)驗(yàn)人員方便觀察的位置。 ）將玻羅板放入平行光管中，罩上直筒形光源。 ）轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微目鏡的調(diào)節(jié)螺絲，直到從測(cè)微目鏡里面能看到清晰的叉絲或標(biāo)尺為止。 ）前后移動(dòng)凸透鏡，使被測(cè)凸透鏡在平行光管中的玻羅板成像于測(cè)微目鏡的標(biāo)尺和叉絲上，表明凸透鏡的焦平面與測(cè)微目鏡的焦平面重合。 ）用測(cè)微目鏡測(cè)出玻羅板像中20、10、4mm兩刻線的位置，并計(jì)算線對(duì)間距的測(cè)量值，重復(fù)六次，將各數(shù)據(jù)填入自擬表中。 6 ）讀出平行光管的焦距實(shí)測(cè)值和玻羅

10、板兩刻線的實(shí)測(cè)值（出廠時(shí)儀器說明書中給定）第14頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三0 1 2 3 4 5 6 7 8 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)裝置圖玻羅板毛玻璃測(cè)微目鏡待測(cè)透鏡物鏡消空程記錄第一組線對(duì)數(shù)值h1左記錄第二組線對(duì)數(shù)值h2左記錄第二組線對(duì)數(shù)值h2右記錄第一組線對(duì)數(shù)值h1右第15頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（三）用平行光管測(cè)凸透鏡的分辨率（）取下玻羅板，換上3號(hào)鑒別板，裝上光源。（）將測(cè)微目鏡、被測(cè)透鏡、平行光管依次放好。（）移動(dòng)被測(cè)透鏡的位置，使3號(hào)分辨率板成像于測(cè)微目鏡的焦平面上。用眼睛認(rèn)真地從分辨率板1號(hào)單元上開始往下數(shù)，數(shù)出

11、哪一個(gè)號(hào)數(shù)單元的線條能被剛好分辨清楚，記下此號(hào)碼。（）在表中查出條紋寬度值，將條紋寬度值和平行光管焦距實(shí)測(cè)值代入公式，求出分辨率角值。第16頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 不得用手觸摸儀器的光學(xué)元件及其測(cè)量附件的表面 調(diào)節(jié)螺絲時(shí)，不得用力硬擰以免造成滑絲和儀器變形 必須記錄使用的平行管的焦距及玻羅板線距值。 測(cè)量時(shí)單向測(cè)量 分劃板放到位 4小格算一個(gè)單元格第17頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三數(shù)據(jù)處理要求1測(cè)量透鏡焦距 自行設(shè)計(jì)記錄表格，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)分別計(jì)算凸透鏡的焦距，即各組線對(duì)分別對(duì)應(yīng)的焦距值，即最終的平均值。2測(cè)量透鏡的分辨率 計(jì)

12、算分辨率角值和單位mm的線數(shù)N第18頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三思考及課堂討論題1測(cè)凸透鏡焦距和分辨率時(shí)，透鏡與平行光管間的距離對(duì)結(jié)果有無影響？2如何用一元線性回歸方法來計(jì)算透鏡焦距，特別是有多個(gè)但不完整的玻羅板線對(duì)的數(shù)據(jù)時(shí)，還能獲得焦距的測(cè)量值嗎？3. 導(dǎo)出分辨率的測(cè)量公式，式中206265是怎么來的？4. 討論人眼在明視距離和遠(yuǎn)處（例如10 m處）能分辨的最小距離（眼瞳直徑的調(diào)節(jié)范圍約為28 mm）5. 測(cè)量透鏡分辨率時(shí)，若將鑒別率板的成像再進(jìn)行一級(jí)放大，是否能提高透鏡的分辨率（設(shè)放大系統(tǒng)的分辨率高于透鏡）？6. 玻羅板放不到位，對(duì)測(cè)量的焦距值有什么影響？第19頁，共21頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三思考及課堂討論題7、使用光學(xué)儀器測(cè)量時(shí)，首先要調(diào)節(jié)目鏡看清叉絲。設(shè)目鏡焦距為f ，問此時(shí)叉絲在目鏡的什么位置？a. 距目鏡正好為f b. 距目鏡小于fc. 距目鏡正好為2fd. 距目鏡大于2f8、用焦距儀測(cè)凸透