[发明专利]薄凹透镜焦距自动测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于物理实验仪器的设计与制造技术领域，尤其涉及一种薄凹透镜焦距自动测量技术。

背景技术

在大学物理实验中，薄透镜焦距的测量是最基本的实验。常用的测量方法有：自准法、物距-像距法、共轭法以及透镜组合法。测量薄凹透镜的焦距主要采用透镜组合法。无论哪种方法，都需要人眼去判断成像的清晰程度，进而确定像屏位置。由于个人的视觉习惯不同和像差的限制，因此，像屏位置一般很难准确确定，测量结果的精度一般都不高。此外光源、物屏和像屏选取的不同，也会对成像清晰程度的判断带来一定的影响。综上所述，如果这些影响因素叠加，测量结果可能会出现较大误差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种薄凹透镜焦距自动测量技术，有效地提高薄凹透镜焦距的测量精度。

根据本发明的一个方面，提供一种薄凹透镜焦距自动测量装置，所述装置包括：LED光源、光源滤镜、黑色带孔物屏、可滑动挡板、凸透镜、凹透镜卡槽、光强传感器、黑色像屏、传动杆、电动机、液晶显示屏、CPU控制器、启动开关、超声波测距传感器、运行底座和支架、装置外壳和状态指示灯，其中，

所述CPU控制器是所述装置的中央控制器，负责所有输入数据的处理和控制信号的输出，其实现为所述装置中的主控电路板；

所述LED光源在所述CPU控制器的控制下为所述装置提供光源；

所述光源滤镜是一凸透镜，所述LED光源设置在所述光源滤镜的焦平面上，以保证射到所述黑色带孔物屏上的光线为平行光线；

所述黑色带孔物屏是一带有1字形孔的黑色面板；

所述可滑动挡板用于使所述装置内各光学器件相对于外界密封，从而使凹透镜焦距测量过程不会受到外界光线的影响；

所述凸透镜用于与待测凹透镜形成组合透镜，从而进行凹透镜焦距的测量；

所述凹透镜卡槽是一半圆形卡槽，用于容纳待测凹透镜；

所述光强传感器附着在所述黑色像屏上，在所述CPU控制器的控制下进行光强度的检测，并将检测结果送至所述CPU控制器进行处理；

所述黑色像屏固定在所述传动杆上，可随所述传动杆移动；

所述电动机在所述CPU控制器的控制下驱动所述传动杆的移动；

所述传动杆带有螺纹，在所述电动机的驱动下带动固定在其上的所述黑色像屏移动；

所述超声波测距传感器固定在所述黑色带孔物屏的下端，在所述CPU控制器的控制下测量所述黑色带孔物屏和所述黑色像屏之间的距离，并将测量结果送至所述CPU控制器进行处理；

所述运行底座和支架支持所述装置的各光学器件，并保证各光学器件的光心均处于同一高度；

所述液晶显示屏在所述CPU控制器的控制下数字显示所测凹透镜的焦距；

所述状态指示灯在所述CPU控制器的控制下指示所述装置中各可控部件的运行状态；

所述启动开关用于接通所述装置的电源以启动所述装置；以及

所述装置外壳为所述装置内的光学器件和其他部件提供机械保护。

根据本发明的另一个方面，还提供一种薄凹透镜焦距自动测量方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：将待测凹透镜夹在凹透镜卡槽上；

步骤2：当待测凹透镜夹稳后，滑动可滑动挡板使各光学器件相对于外界密封，从而使测量过程不受外界光线影响；

步骤3：CPU控制器触发LED光源工作，LED光源所发出光线经光源滤镜后变为平行光线，再经黑色带孔物屏上的1字形孔均匀射到待测凸透镜上，并在黑色像屏上成像；

步骤4：光强传感器检测黑色像屏接收到的光照强度，同时电动机带动传动杆上的黑色像屏移动，当光强传感器第一次检测到光强最大时，制动电动机以停止黑色像屏移动，并启动超声波测距传感器测距，从而得到黑色带孔物屏到黑色像屏的第一距离b；

步骤5：电动机带动传动杆上的黑色像屏继续向右移动，当光强传感器第二次检测到光强最大时，再次制动电动机停止黑色像屏移动，并再次启动声波测距传感器测距，从而得到黑色带孔物屏到黑色像屏的的第二距离c；以及

步骤6：CPU控制器计算得到待测凹透镜的焦距，

其中，在所述步骤6中，所使用的测量凹透镜的焦距的公式为：其中，a是黑色带孔物屏到凹透镜卡槽的固定距离，b是在步骤4中所得到的第一距离，c是在步骤5中所得到的第二距离，利用上述公式计算得到待测凹透镜的焦距f。

优选地，所述方法还包括步骤7：CPU控制器将计算得到的凹透镜焦距在液晶显示屏上显示。