测量透镜焦距中最简单的方法就是将平行光投射到被测透镜上去,再去测量被测透镜与焦点之间的距离,从而就能得到被测透镜的焦距[5]。但是所使用的平行光的自准直性将直接影响到焦点的位置,而且采用这种方法很难准确的找到焦点的位置更不用说当透镜的焦距很长的时候[6]。关于焦距测量的传统方法有很多,但大多数都利用的纯几何光学进行测量,比如,基于几何光学成像原理的节点法、放大率法、物象互换法、光栅法、精密测角法等[7]。但是现如今对焦距的测量所使用的光学系统的要求非常高,而且操作比较复杂,同时在一定程度上对测量结果的精度有影响。当面对较为大型的光学系统或者被测透镜的焦距很大时,犹豫会受到光具座等外界空间条件限制时,光学系统或者透镜很难安防在测量系统中。而且,在实际工作中,很多外在内在条件对测量的影响实现很难预料到,因此想到达要求的测量精度是非常困难的[8]。64812
所以,在测量长焦距时,必须满足两个方面,即可行性和测量精度。所以我们必须找到其他简单易行且测量精度比较高的方法[9]。近年来,Talbot-Moiré法测量长焦距成为了研究的热点,这种方法具有非常广泛的应用价值。利用这个方法设计出的光学系统可以在有限的较短的光具座上实现测量,并且可以得到较为清晰的精确的放大的Moiré图像,继而满足了以上提到的测量长焦距的两个条件[10]。在对条纹进行分析后,可以继续进行进一步的研究,使结果变得更加精确。
对长焦距的精确测量在工业生产中具有重大的现实意义。大口径长焦距的透镜和反射镜是一些国家重大项目如天文望远系统、激光核聚变等系统中非常核心的元器件,如何精确的测量这些元器件的焦距等参数,具有重要的意义。同时对这些元器件从生产各个流程开始能够有一个非常有效的检测手段,对提高加工生产效率将会非常有帮助。
采用Talbot效应Moiré条纹技术不仅可以测量透镜焦距,而且还可以进一步用来测量长焦距透镜的波差等参数,进一步对长焦距系统的成像质量作出比传统的傅科刀口法更为精确的评价。
下面介绍几种简单的焦距测量方法:
(1)物象互换法(即位移法)
测量原理图:
图1.1 位移法测焦距原理图
保持 成立,并让屏和物体保持相对静止,即b值为定量不变。让被测透镜在屏与物体之间慢慢移动,此时就会有在两个位置,在屏上呈清晰的物体的像。记录这两次呈清晰想时透镜的位置,两位置之间距离记为a。
则有下式:
带入数据,便可知被测透镜的焦距。但是因为这种方法采用了呈像法,所以通过这种方法得到的像是不是清晰的,都需要人眼去判断,具有很强的主观性,难以办到较高的测量准确度,同时,屏和物体均是在光具座上移动的,实验空间受到很大限制,所以这种方法仅可用在短焦距测量中[12]。论文网
(2)放大率法
采用放大率法测量焦距在工程测量比较常见。该方法测量焦距有很多优点,比如简单直观,测量精度较高等,是焦距测量中一种基本方法。用放大率法测焦距时,仅用平行光管,读数显微镜,玻罗分划板,光具座,就可以进行测量。