平行光管和透鏡性能測試

平行光管和透鏡性能測試第一頁，共二十一頁，2022年，8月28日綱要實驗?zāi)康暮徒虒W(xué)要求實驗儀器實驗原理實驗內(nèi)容與步驟思考題第二頁，共二十一頁，2022年，8月28日實驗?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)使用平行光管測定薄透鏡的焦距。了解分辨率的概念，利用平行光管測量透鏡的分辨本領(lǐng)；第三頁，共二十一頁，2022年，8月28日實驗儀器5W-F550型平行光管的結(jié)構(gòu)圖測微目鏡分劃板第四頁，共二十一頁，2022年，8月28日實驗儀器(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)整其他光學(xué)系統(tǒng)的重要工具之一，也是光學(xué)度量儀器的重要組成部分。若配用不同的分劃板，并選用讀數(shù)顯微鏡或測微目鏡，可以測定光學(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，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，星點板。4-物鏡：平行光管物鏡第五頁，共二十一頁，2022年，8月28日實驗儀器12345222324256111621

波羅板。分劃板上用真空鍍膜的方法鍍上五組線對，各線對間距名義值分別是：1mm，2mm，4mm，10mm，20mm。3號分辨率板。每板上面都有25個單元圖案，每個單元有四個方向，每個方向都由一些平行的刻線所組成的。3號板則從40μm遞減到10μm。第六頁，共二十一頁，2022年，8月28日實驗儀器(四)測微目鏡

帶測微裝置的目鏡，由目鏡、可動分劃板、讀數(shù)鼓輪與連接裝置等組成。目鏡把叉絲和被觀測的像同時放大，其放大倍數(shù)不影響測量數(shù)據(jù)大小，但可以提高測量準(zhǔn)確程度。旋轉(zhuǎn)鼓輪，刻有十字叉絲的可動分劃板就可以左右移動。它的位置可以在外面直接讀出。測量時，應(yīng)先調(diào)節(jié)目鏡，看清楚叉絲，然后轉(zhuǎn)動鼓輪，使基準(zhǔn)線與被測物的像的一端重合，便可得到一個讀數(shù)。再轉(zhuǎn)動鼓輪，使基準(zhǔn)線與被測物像的另一端重合，又可得到一個讀數(shù)。兩讀數(shù)之差，即被測物的尺寸。實驗中用兩種測微目鏡，如圖示。第七頁，共二十一頁，2022年，8月28日實驗儀器其讀數(shù)方法和螺旋測微器差不多，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1mm，鼓輪上有100個分格，故每一格對應(yīng)的讀數(shù)為0.01mm，再估讀一位。實驗中有兩種測微目鏡,不同之處在于鼓輪刻度如同所示.012345678

（a）（b）10504.059mm7075805103.737mm雙基準(zhǔn)線，測量時，此線夾住待測刻線時讀數(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，測量時，豎線對準(zhǔn)讀數(shù)，數(shù)值均在鼓輪上讀取。注意：整數(shù)位是反的。第八頁，共二十一頁，2022年，8月28日實驗儀器測微目鏡注意事項：(1)測量時，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)被測量物的線度方向必須與基準(zhǔn)線方向平行，否則會引入系統(tǒng)誤差。(3)被測量物的像與基準(zhǔn)線重合，不能存在視差(4)雖然測微目鏡測量范圍為0～10mm，但一般測量應(yīng)盡量控制在1～9mm范圍內(nèi)進(jìn)行，以保護(hù)測微裝置的準(zhǔn)確度，切忌讀出負(fù)值。(5)零點修正值的存在，注意整數(shù)位的讀法。第九頁，共二十一頁，2022年，8月28日如圖示，選用測微目鏡，使被測透鏡焦平面上所成玻羅板的像也在測微目鏡的焦平面上，便可測量。因為所以實驗原理

-----透鏡焦距測量式中

f1’為被測透鏡焦距，f’為平行光管焦距實測值（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測值(實驗中為名義值)，h’1為玻羅板線對像的線間距(測量值)。1.玻羅板2.平行光管物鏡3.被測凸透鏡4.測微目鏡第十頁，共二十一頁，2022年，8月28日實驗原理

-----透鏡焦距測量光路圖演示物鏡待測透鏡f’f1’hh1’第十一頁，共二十一頁，2022年，8月28日實驗原理

-----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，任何靠近的兩個微小物點，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后成像在像平面上，仍然應(yīng)是兩個“點”像。事實上，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，一個物點的像不再是“點”，而是一個衍射花樣。光學(xué)系統(tǒng)能夠把這種靠得很近的兩個衍射花樣分辨出來的能力，稱為光學(xué)系統(tǒng)的鑒別率。瑞利提出了一個判據(jù)：如果一個物點的衍射圖樣中央主極大與另一個物點的衍射中央主極大傍的第一極小相重合時，這兩個物點是恰可分辨的。第十二頁，共二十一頁，2022年，8月28日根據(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。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）射入被測透鏡時，在被測透鏡的焦平面附近，用測微目鏡可觀察到鑒別率板的像。如果被檢透鏡質(zhì)量高，在視場里觀察到能分辨的單元號碼越高。仔細(xì)找出盡可能高的分辨單元號碼，由下式測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。實驗原理

-----透鏡的分辨率第十三頁，共二十一頁，2022年，8月28日實驗內(nèi)容與步驟（一）實驗中平行光管以調(diào)整好，不再需要調(diào)節(jié)。（二）測量凸透鏡的焦距１）將被測凸透鏡置于平行光管的前方，在透鏡的前方放上測微目鏡，調(diào)節(jié)平行光管、被測凸透鏡和測微目鏡，使它們大致在同一光軸上，盡量讓測微目鏡拉近到實驗人員方便觀察的位置。２）將玻羅板放入平行光管中，罩上直筒形光源。３）轉(zhuǎn)動測微目鏡的調(diào)節(jié)螺絲，直到從測微目鏡里面能看到清晰的叉絲或標(biāo)尺為止。４）前后移動凸透鏡，使被測凸透鏡在平行光管中的玻羅板成像于測微目鏡的標(biāo)尺和叉絲上，表明凸透鏡的焦平面與測微目鏡的焦平面重合。５）用測微目鏡測出玻羅板像中20、10、4mm兩刻線的位置，并計算線對間距的測量值，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測值和玻羅板兩刻線的實測值（出廠時儀器說明書中給定）第十四頁，共二十一頁，2022年，8月28日012345678

實驗內(nèi)容與步驟實驗裝置圖玻羅板毛玻璃測微目鏡待測透鏡物鏡消空程記錄第一組線對數(shù)值h1左記錄第二組線對數(shù)值h2左記錄第二組線對數(shù)值h2右記錄第一組線對數(shù)值h1右第十五頁，共二十一頁，2022年，8月28日實驗內(nèi)容與步驟（三）用平行光管測凸透鏡的分辨率（１）取下玻羅板，換上3號鑒別板，裝上光源。（２）將測微目鏡、被測透鏡、平行光管依次放好。（３）移動被測透鏡的位置，使3號分辨率板成像于測微目鏡的焦平面上。用眼睛認(rèn)真地從分辨率板1號單元上開始往下數(shù)，數(shù)出哪一個號數(shù)單元的線條能被剛好分辨清楚，記下此號碼。（４）在表中查出條紋寬度值，將條紋寬度值和平行光管焦距實測值代入公式，求出分辨率角值。第十六頁，共二十一頁，2022年，8月28日實驗注意事項不得用手觸摸儀器的光學(xué)元件及其測量附件的表面調(diào)節(jié)螺絲時，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。測量時單向測量分劃板放到位

4小格算一個單元格第十七頁，共二十一頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)處理要求1．測量透鏡焦距自行設(shè)計記錄表格，根據(jù)測量數(shù)據(jù)分別計算凸透鏡的焦距，即各組線對分別對應(yīng)的焦距值，即最終的平均值。2．測量透鏡的分辨率計算分辨率角值和單位mm的線數(shù)N第十八頁，共二十一頁，2022年，8月28日思考及課堂討論題1．測凸透鏡焦距和分辨率時，透鏡與平行光管間的距離對結(jié)果有無影響？2．如何用一元線性回歸方法來計算透鏡焦距，特別是有多個但不完整的玻羅板線對的數(shù)據(jù)時，還能獲得焦距的測量值嗎？3.導(dǎo)出分辨率的測量公式，式中206265″是怎么來的？4.討論人眼在明視距離和遠(yuǎn)處（例如10m處）能分辨的最小距離（眼瞳直徑的調(diào)節(jié)范圍約為2～8mm）5.測量透鏡分辨率時，若將鑒別率板的成像再進(jìn)行一級放大，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，對測量的焦距值有什么影響？第十九頁，共二十一頁，2022年，8月28日思考及課堂討論題7、使用光學(xué)儀器測量時，首先要調(diào)節(jié)目鏡看清叉絲。設(shè)目鏡焦距為f

，問此時叉絲在目鏡的什么位置？

a.距目鏡正好為f

b.距目鏡小于f

c.距目鏡正好為2f

d.