一种凸透镜焦距测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种凸透镜焦距测量方法及装置，测量方法包括将光源发射的激光经过凸透镜聚焦于焦点处；沿光轴方向在凸透镜之后放置刀口以及用于接收聚焦后发散激光的光屏；通过调节刀口沿光轴方向的位置，确定激光经过凸透镜后焦点的位置并记录该位置，并将该位置距离凸透镜的距离作为入射激光束腰的像距；获取入射激光束腰距离凸透镜的距离并作为入射激光束腰的物距；根据入射激光的像距、物距以及成像公式得到凸透镜焦距。利用刀口在焦点前后的成像原理测量了凸透镜的焦距，由于没有测量CCD或光屏上光斑的大小，因此避免了衍射造成的测量误差。而且本发明专利技术的方案光路简单，无需将光源变为平行光束，因此非常适合在光路调节中使用。

A Method and Device for Measuring Focal Length of Convex Lens

The invention provides a convex lens focal length measurement method and device, which includes focusing the laser emitted by the light source through the convex lens at the focal point, placing a knife edge after the convex lens along the optical axis direction and a light screen for receiving the divergent laser after focusing, and determining the position of the focus after the laser passes through the convex lens and recording the position by adjusting the position of the knife edge along the optical axis direction. The distance between the position and the convex lens is taken as the image distance of the incident laser beam waist; the distance between the incident laser beam waist and the convex lens is obtained as the object distance of the incident laser beam waist; and the focal length of the convex lens is obtained according to the image distance, object distance and imaging formula of the incident laser. The focal length of convex lens is measured by using the imaging principle of knife edge before and after the focus. Because the size of spot on CCD or screen is not measured, the measurement error caused by diffraction is avoided. Moreover, the optical path of the scheme of the present invention is simple, and the light source does not need to be changed into a parallel beam, so it is very suitable for use in optical adjustment.

【技术实现步骤摘要】
一种凸透镜焦距测量方法及装置
本专利技术涉及光学测量
，特别是指一种凸透镜焦距测量方法及装置。
技术介绍
凸透镜的焦距对于光学成像、光学滤波、激光探测等诸多方面有着重要作用。因此，测量凸透镜的焦点位置具有重要意义。目前传统的测量方法有汇聚法、观察虚像法、物象等大法、一次成像法、两次成像法、双凸透镜法。这些方法普遍比较复杂，并且存在一定测量误差。造成这些问题主要是由于光传输时的衍射效应，往往很难做到光点或成像边缘特别清晰，所以引入了测量误差。除此之外，很多传统方法需要将入射到凸透镜上的光变为平行光，这进一步增加了装置的复杂程度并影响最终测量的准确性。目前焦距的测量系统一般比较复杂，测量装置需要CCD、平行光管等装置。因此需要在测量时仔细调节，减小了系统使用的便利性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题是提供一种利用在光路中插入刀口观察光屏光斑变化，进而能够测量出凸透镜焦距的方法。为了实现上述目的，现提出如下解决方案：一方面，提供一种凸透镜焦距测量方法，包括：光源发射的激光经过凸透镜聚焦于焦点处；沿光轴方向在凸透镜之后放置刀口以及用于接收聚焦后发散激光的光屏；通过调节刀口沿光轴方向的位置，确定激光经过凸透镜后焦点的位置并记录该位置，并将该位置距离凸透镜的距离作为入射激光束腰的像距；获取入射激光束腰距离凸透镜的距离并作为入射激光束腰的物距；根据入射激光的像距、物距以及成像公式得到凸透镜焦距。优选地，通过调节刀口沿光轴方向的位置，确定激光经过凸透镜后焦点的位置，具体包括：调节刀口沿光轴方向水平移动，并观察光屏上接收的激光光斑；当光屏接收到的光斑完整且光强度最弱时，刀口的位置为激光经过凸透镜后焦点的位置。优选地，成像公式为：其中，f为凸透镜的焦距、u为物距、v为像距。优选地，光屏可以用CCD相机代替。另一方面，还提供了一种凸透镜焦距测量装置，测量装置沿光轴方向依次包括：光源、凸透镜、刀口以及光屏；凸透镜将光源发射的激光进行聚焦；刀口安装在可以进行上下移动的平移台上，平移台可以垂直于光轴进行上下移动；刀口和平移台安装在可以进行沿光轴方向移动的移动滑轨上，用以调节刀口的水平位置；光屏用于接收聚焦后发散的激光。优选地，平移台具体用于，通过上下移动平移台进行调节刀口上下位置，使光屏接收到的激光光斑发生变化。优选地，移动滑轨具体用于，通过沿光轴方向水平移动移动滑轨进行调节刀口距凸透镜的距离。优选地，调节移动滑轨，观察观察光屏上接收的激光光斑；当光屏接收到的光斑完整且光强度最弱时，记录刀口距凸透镜的距离作为入射激光束腰的像距；获取入射激光束腰距离凸透镜的距离并作为入射激光束腰的物距；根据入射激光的像距、物距以及成像公式得到凸透镜焦距。优选地，平移台为精密电动平移台，移动滑轨为精密电动滑轨。优选地，光屏可以用CCD相机代替。本专利技术的实施例具有以下有益效果：上述方案中，有效地利用刀口测量法，提供一种凸透镜焦距测量方法，将光源发射的激光经过凸透镜聚焦于焦点处；沿光轴方向在凸透镜之后放置刀口以及用于接收聚焦后发散激光的光屏；通过调节刀口沿光轴方向的位置，确定激光经过凸透镜后焦点的位置并记录该位置，并将该位置距离凸透镜的距离作为入射激光束腰的像距；获取入射激光束腰距离凸透镜的距离并作为入射激光束腰的物距；根据入射激光的像距、物距以及成像公式得到凸透镜焦距。本专利技术提供的技术方案利用刀口在焦点前后的成像原理测量了凸透镜的焦距，由于没有测量CCD或光屏上光斑的大小，因此避免了衍射造成的测量误差。本专利技术提供的一种凸透镜焦距测量方法和装置利用刀口在不同位置遮挡光束，只需在光屏或相机上判断出光斑最暗时刀口所在的位置，再利用物像公式即可获得凸透镜的焦点位置。而且该方案光路简单，无需将光源变为平行光束，因此非常适合在光路调节中使用。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种凸透镜焦距测量方法原理示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种凸透镜焦距测量装置结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术的实施例提供一种凸透镜焦距测量方法，包括：光源发射的激光经过凸透镜聚焦于焦点处；沿光轴方向在凸透镜之后放置刀口以及用于接收聚焦后发散激光的光屏；通过调节刀口沿光轴方向的位置，确定激光经过凸透镜后焦点的位置并记录该位置，并将该位置距离凸透镜的距离作为入射激光束腰的像距；获取入射激光束腰距离凸透镜的距离并作为入射激光束腰的物距；根据入射激光的像距、物距以及成像公式得到凸透镜焦距。具体地，成像公式为：其中，f为需要求得的凸透镜的焦距、u为物距(即入射激光束腰距离凸透镜的距离并作为入射激光束腰的物距)、v为像距(即确定激光经过凸透镜后焦点的位置并记录该位置，并将该位置距离凸透镜的距离作为入射激光束腰的像距)。具体地，通过调节刀口沿光轴方向的位置，确定激光经过凸透镜后焦点的位置，具体包括：调节刀口沿光轴方向水平移动，并观察光屏上接收的激光光斑；当光屏接收到的光斑完整且光强度最弱时，刀口的位置为激光经过凸透镜后焦点的位置。具体地，本专利技术提供的凸透镜焦距测量方法有效的利用了刀口测量方法。如图1所示，本专利技术实施例提供的一种凸透镜焦距测量方法原理示意图。凸透镜可以将平行光聚焦到焦点上，沿光轴方向在焦点之后的光屏可接收到聚焦后发散的激光。若在焦点之前(焦点距凸透镜之间)的光轴上方插入一个物体(即具体可以为刀口)，由于一部分光被物体挡住，那么在光屏(也可以用CCD相机代替，本专利技术不做具体限制能够接收光斑即可)上可以看到光轴下方物体成的像。而若将物体在焦点之后(焦点距光屏之间)的光轴上方插入，则可以在光屏或CCD相机上看到光轴上部物体的像。因此若将物体放置在焦点处，并且遮挡住焦点处一部分光，那么光屏或CCD相机上的光应该整体变暗。所以可以通过插入刀口的测量方法来测量透镜焦点的位置。根据该原理，在实验平台上搭建了测量透镜焦点位置的装置。如图2所示，为本专利技术实施例提供的凸透镜测量装置结构示意图。测量装置沿光轴方向依次包括：光源、凸透镜、刀口以及光屏；凸透镜将光源发射的激光进行聚焦；刀口安装在可以进行上下移动的平移台上，平移台可以垂直于光轴进行上下移动；刀口和平移台安装在可以进行沿光轴方向移动的移动滑轨上，用以调节刀口的水平位置；光屏用于接收聚焦后发散的激光。具体地，平移台具体用于，通过上下移动平移台进行调节刀口上下位置，使光屏接收到的激光光斑发生变化。具体地，移动滑轨具体用于，通过沿光轴方向水平移动移动滑轨进行调节刀口距凸透镜的距离。具体地，具体进行测量时调节移动滑轨，观察观察光屏上接收的激光光斑；当光屏接收到的光斑完整且光强度最弱时，记录刀口距凸透镜的距离作为入射激光束腰的像距；获取入射激光束腰距离凸透镜的距离并作为入射激光束腰的物距；根据入射激光的像距、物距以及成像公式得到凸透镜焦距。具体地，如图2所示，本实施例提供的测量装置中平移台为精密电动平移台，移动滑轨为精密电动滑轨。光源(即激光器)发射出的光经过透镜汇聚在焦点上，刀口被安装在可上下移动的精密电动平移台上，此精密平移台可垂直于光轴做上下运动，从而使刀口可以精确遮挡光斑面积的一半(下方)。刀口和该上下移动的精密电动平移台被安放在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种凸透镜焦距测量方法，其特征在于，包括：光源发射的激光经过凸透镜聚焦于焦点处；沿光轴方向在凸透镜之后放置刀口以及用于接收聚焦后发散激光的光屏；通过调节刀口沿光轴方向的位置，确定激光经过凸透镜后焦点的位置并记录该位置，并将该位置距离凸透镜的距离作为入射激光束腰的像距；获取入射激光束腰距离凸透镜的距离并作为入射激光束腰的物距；根据入射激光的像距、物距以及成像公式得到凸透镜焦距。

【技术特征摘要】
1.一种凸透镜焦距测量方法，其特征在于，包括：光源发射的激光经过凸透镜聚焦于焦点处；沿光轴方向在凸透镜之后放置刀口以及用于接收聚焦后发散激光的光屏；通过调节刀口沿光轴方向的位置，确定激光经过凸透镜后焦点的位置并记录该位置，并将该位置距离凸透镜的距离作为入射激光束腰的像距；获取入射激光束腰距离凸透镜的距离并作为入射激光束腰的物距；根据入射激光的像距、物距以及成像公式得到凸透镜焦距。2.根据权利要求1的凸透镜焦距测量方法，其特征在于，通过调节刀口沿光轴方向的位置，确定激光经过凸透镜后焦点的位置，具体包括：调节刀口沿光轴方向水平移动，并观察光屏上接收的激光光斑；当光屏接收到的光斑完整且光强度最弱时，刀口的位置为激光经过凸透镜后焦点的位置。3.根据权利要求1的凸透镜焦距测量方法，其特征在于，成像公式为：其中，f为凸透镜的焦距、u为物距、v为像距。4.根据权利要求1-3任一项的凸透镜焦距测量方法，其特征在于，光屏可以用CCD相机代替。5.一种凸透镜焦距测量装置，其特征在于，测量装置沿光轴方向依次包括：光源、凸透镜、刀口以及光屏；凸透镜将光源发射的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷鹏，王秋实，胡文华，张亦卓，李卓，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11