[实用新型]一种测量薄凸透镜焦距的实验仪器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光学测量实验仪器，具体是涉及一种基于共轭法为原理、利用CCD相机捕捉观察成像光斑情况，能够实现自动、手动两种模式测量薄凸透镜焦距的实验仪器。

背景技术

光学领域中，薄透镜是一类透镜中心厚度比透镜焦距或曲率半径小很多的透镜。透镜成像属于几何光学中的重要组成部分，对大学生而言，理解透镜成像规律，熟悉透镜成像原理，掌握薄透镜焦距的测量方法是光学学习的基本要求。

目前，使用的测量薄凸透镜焦距的仪器有很多，主要有两类：一类是自动化测量设备，这类仪器的测量精度高、功能齐全，但是无法充分展示出透镜成像规律；另一类是手动测量设备，这类仪器是高校物理实验光学教学演示中主要使用的仪器，使学生能够对透镜成像规律有了进一步的认识，提高对光学学习的兴趣，但由于测量过程中人为因素的影响对成像清晰情况判断出现偏差致使准确度较低，这样不仅对学生的学习积极性产生影响甚至会对成像规律的准确性产生怀疑。

实验室中，共轭法测量是一种薄凸透镜焦距常用的方法，共轭法是在物像之间距离满足一定条件下移动的透镜，在像屏上找到大、小两个清晰的像，然后根据两个像对应薄凸透镜的两个位置来求出焦距值，具体公式为：

其中，f为薄凸透镜的焦距，x₁和x₂分别是物和像的位置，O₁和O₂分别是大小两个清晰的像所对应的薄凸透镜的位置。这种测量方法的误差主要原因是视觉误差，由于测量过程中清晰像点选取完全是根据人眼判断，因而眼睛判断带来的误差无法避免。

本实用新型主要是针对以上问题提出的，提出了一种基于共轭法为原理，利用CCD相机捕捉成像光斑，在数值、图像上精确判断成像光斑的大小、强度，能够快速精确测量的同时也可以清晰直观地展示出薄透镜成像规律，并辅助学生加深对成像规律的理解，实现自动、手动两种模式测量薄凸透镜焦距的实验仪器。

实用新型内容

本实用新型涉及一种测量薄凸透镜焦距的实验仪器，包括：点光源，可调节光阑，薄凸透镜组件，像屏，遮光筒，外壳，活动轨道，调节档杆，传动装置，红外测距装置，显示屏，CPU控制器。

所述的点光源包括：底座，支架，光源框，LED灯珠和螺栓柱，其中所述的 LED灯珠置于所述的点光源中心，所述的光源框为后部封闭、前部开放的筒状，所述的螺栓柱置于所述的光源框的前部。

所述的可调光阑设有孔径调节杆，控制通光孔径的变化，所述的可调光阑外围最大半径与所述的点光源的光源框的半径相同，所述的可调光阑的外围打有圆孔，其中所述的圆孔的孔径与点光源的螺栓柱直径相同。

所述的薄凸透镜组件包括：底座，支架，透镜框和待测薄凸透镜，其中所述的底座设有凸起的齿轮纹。

所述的像屏包括：底座，支架，像屏框，像屏板和CCD模块，其中所述的CCD 模块附着在所述的像屏板上，所述的像屏框的内壁设有螺纹。

所述的遮光筒设有螺纹，遮光筒的螺纹与所述的像屏框的螺纹相匹配，并且所述的遮光筒的内径与所述的像屏框的内径相同。

所述的活动轨道有四个支撑立柱和两个调节立柱，所述的支撑立柱分别置于底部四角，所述的调节立柱分别置于中心轴线的两端，每个支撑立柱高度相同并且高于调节立柱的高度。

所述的外壳为仪器各部件提供盛放空间，内部两端的中心轴线位置各有一个凸起的圆形立柱，并且所述的圆形立柱高度小于所述的活动轨道的支撑立柱的高度。

所述的调节档杆上设有圆形孔和直槽口，其中所述的圆形孔的孔径与所述的活动轨道的调节立柱的直径相同，所述的直槽口宽度与所述的外壳的圆形立柱直径相同，所述的调节档杆的厚度小于所述的活动轨道的支撑立柱的高度。

所述的传动装置包括：电机，齿轮和传动带，其中所述的传动带上设有齿轮纹，所述的传动带上的齿轮纹、所述的薄凸透镜组件的底座的齿轮纹与所述的齿轮相吻合。

所述的红外测距装置包括红外测距发射器和红外测距接收器各两个，其中所述的两个红外测距发射器设置在所述的点光源的底座横向中轴线上，所述的两个红外测距接收器分别设置在所述的薄凸透镜组件的底座和所述的像屏的底座的横向中轴线上。

所述的显示屏设有图像显示区域和数值显示区域，其中所述的图像显示区域可显示：光斑图样和像屏中心光功率分布情况的切换显示，光功率随物距变化的分布曲线，所述的数值显示区域可显示：物像距离，物距及计算得到的焦距。

所述的CPU控制器是所述的实验仪器的中央控制器，其负责所述实验仪器的所有的数据处理和信号处理。