焦深在焦距测量实验中的应用

焦深是指在保持影像较为清晰的前提下,焦平面沿着镜头光轴所允许移动的距离范围．在薄透镜的焦距测量实验中,必须严格测定物距和像距才能得到精确的焦距．本文对焦深随焦距的变化趋势从理论上进行了研究并且得到了实验的验证,然后利用这种变化趋势有针对性地调节透镜或者像屏来精确测量像距,以此提高焦距的测量精度．     

小口径长焦透镜的焦距检测技术

基于朗奇-泰伯效应及莫尔条纹技术,利用发散光和不等周期光栅的焦距测量方法被用于小口径长焦透镜的焦距测量。将一块曲率半径存在加工误差的平凹长焦透镜作为待测透镜进行焦距测量。在未知透镜真实曲率半径的情况下,首先计算待测透镜曲率半径误差对焦距检测精度的影响,并确定透镜在整个检测系统中的位置,然后进行透镜焦距实际测量,分别计算多组测量焦距值。通过对比发现,在未知待测透镜曲率半径的情况下,检测焦距的重复性、稳定性均一致,所测焦距均为33200～33270mm,且重复性精度高于±0.055%,测量精度优于焦深的1/5。结果充分说明,所提方法对小口径长焦透镜的焦距检测是可靠、有效的。     

几何光学实验中一现象的理论分析和验证

1引言 在用物距像距法测量凸透镜的焦距实验中,从理论上讲在不同的物距范围内,下述两种调节方法均易从像屏上得到清晰像:(1)物和透镜固定(令物距大于焦距),调节像屏成像;(2)物和像屏固定(令二者间距满足成实像的条件),调节透镜成像.     

自准法测薄透镜焦距实验中的干扰像

自准法测凸凹薄透镜焦距的光路图如下．该方法简单易行，物理图象清晰，不失为薄透镜焦距测量的好方法．原则上，作反光用的平面镜M和待测透镜之间的距离不大影响成像的清晰度，但平面镜过远会因反射成像时对其法线方向要求变严而使成像变暗．因此，一般认为为使成像亮度较高，测凹透镜焦距时，应尽量使平面镜M高物屏P近一些，凸透镜L；高物屏P的距离以凸透镜焦距的2倍为宜．实验表明这种选法可能会在物屏P上出现干扰像，即不是经平面镜M反射的光形成的等大倒立的实像，结果使约15％的学生产生错误测量．即使是自准法测凸透镜焦距，也往…     

基于菲涅耳声透镜的声速与焦距的测量实验

将"空气中声速测量"实验和"薄透镜焦距测量"实验融合,设计了集声学原理和光学原理的"菲涅耳声透镜"实验,明确了该实验所使用的实验仪器,给出了实验内容,即测量声透镜的焦距、通过测量声透镜的几何参量得出超声波的波长、测量超声波在空气中的声速.最后,制作了焦距f为50mm的声透镜,并对实验内容进行了可行性分析及实验验证.实验结果(声透镜的焦距为50.3mm及超声波波长值8.70mm)与理论设计值基本一致.     

非准确联合变换相关测量透镜焦距

提出了一种利用非准确联合变换相关测量透镜焦距的方法.该方法首先利用已知焦距透镜记录联合功率谱,再用记录的联合功率谱经被测焦距透镜输出相关点,记录相关点并测出其间距,可以计算出被测透镜的焦距.理论分析和实验结果表明,该方法有较高的测量准确度,能实现透镜焦距的自动测量.     

物理实验的计算机模拟

物理实验的计算机模拟姚建宁（南通纺织工业学校２２６００７）１实验共轭法测定会聚透镜的焦距中Ｌ＞４ｆ问题用共轭法（移动透镜二次成像法）当物与屏的距离Ｌ大于四倍焦距，且保持一定时，由于物、像共轭关系，则透镜放置于物、屏之间可以有两处分别使屏上得到放大或缩...     

薄凹透镜焦距的测量方法

1989年全国第6届中学生物理竞赛决赛中,光学实验题目的部分内容是请考生采用二种较为精确的方法测量一薄凹透镜的焦距。提供的实验器具是:光源、物、薄凸透镜一块、平面镜、接收屏、米尺、参照物和光具座。由于一些考生不了解成像的条件,虽然提出了实验方法却找不到像,因而达不到测量焦距的目的。本文提出四种方法,九种测量光路,并分析各种光路成像的条件。一、成像法利用透镜成像的方法来测量透镜的焦距,包括一次成像和二次成像。测量薄凹透镜的一次成像法有两种光路,一种是将薄凸     

“薄透镜焦距测定”实验的教学探讨

讨论了薄透镜焦距测量实验中的一些基本问题和主要的系统误差来源,针对教学中容易产生问题的实验现象给出了重点分析.利用目镜分划板系统代替传统像屏能准确确定像平面位置,并以此为基础设计了综合性实验.     

采用曲率传感器测量热透镜焦距

 分析了用光栅型波前曲率传感器测量热透镜焦距的基本原理，针对高功率固体激光器的工作特点，结合实验现象推导了在热透镜效应较强时热透镜焦距变化的计算公式。对半导体二极管(LD)侧面泵浦的百W级Nd:YAG激光棒在泵浦电流为15~25 A时的热透镜焦距值进行了测量，讨论了可能存在的误差。实验现象和理论分析一致，测量的热透镜焦距值与理论值符合得较好。     

长焦红外光学系统焦距的高精度测量技术

为提高长焦红外光学系统焦距测量的准确性,提出一种将干涉测量、光电自准和激光跟踪技术相结合的焦距测量方法。基于光学系统波前干涉测量光路,利用波前的power值对球面反射镜位置非常敏感的特性,结合激光跟踪仪的空间几何量精密测量和光电自准直仪的精密测角功能,实现长焦红外光学系统焦距的高精度测量。实验中对一理论焦距为1 520 mm的航空长焦红外光学系统进行测试,并结合测试设备的测量精度进行误差分析,5次测量的标准偏差为0.930 mm,测量误差小于0.2%,满足测试技术要求。结果表明这种方法用于长焦红外光学系统焦距的测量是合理可行的。     

离轴非旋转对称叠加方形光斑均匀聚光菲涅尔透镜

针对传统点聚焦菲涅尔透镜聚光分布均匀性差以及聚焦光斑形状与太阳能电池片不匹配的缺点,采用离轴非旋转对称叠加方法进行了方形光斑均匀聚光菲涅尔透镜设计,透镜采用方形非旋转对称结构,设计过程中通过在透镜中心截取一方形小孔来降低聚焦光斑中心辐照度峰值,改善接收面聚光分布,以提高聚光均匀性.采用光线追迹法模拟并分析了小孔边长、离轴偏移量、离轴聚焦距等参量对聚光性能的影响,结果表明:采用该方法设计的透镜聚焦光斑形状为方形,聚光均匀度高达90%.     

漫透射成像法激光强度时空分布测量装置

 提出用CCD漫透射成像法测量激光强度时空分布和激光功率,给出了测量原理, 简要叙述了装置总体结构,介绍了测量装置各部分,给出了散射屏的散射特性,重点分析了光路布局、镜头焦距、光圈、景深、滤光片的参数选择,介绍了数据处理软件,给出了激光强度分布测量实验结果。结果表明：漫透射成像法测量激光强度时空分布是可行的,该装置测量强度分布分辨力高达5 mm;测量功率准确、可靠,测量不确定度小于6%,使用方便,实现了在小空间内对大光斑进行功率和强度分布的同时准确测量。     

一种基于投影原理的多弹孔识别方法

在基于图像识别的立靶密集度测试系统中,为了识别连发射击后的弹孔位置,提出了一种基于投影原理的多个弹孔识别方法。采用投影原理的矩形分割法将含有弹孔的图像分割成若干个区域,再用基于区域填充的十字模板法识别出弹孔并计算弹孔中心位置。给出了识别算法和计算公式。实弹射击实验结果表明,该方法能够有效地计算出连发射击后的弹孔着靶坐标,测量误差不大于1.5 mm。     

薄透镜厚度引起焦距测量误差的探究

从理想光具组的焦距公式出发,理论上分析了薄透镜厚度引起焦距测量的误差。采用物距像距法测定焦距,并与二次成像法测得的焦距比较,得出实验结论：采用物距像距法测量焦距,因薄透镜厚度引起的误差大小等于物距像距法测得的焦距与二次成像法测得的焦距之差;由于薄透镜的厚度越厚,折射越靠近光心,所测得的焦距值会偏小,因此对厚度引起的系统误差进行修正,得到修正后的焦距为fm＋Δf。     

利用光斑图像特征确定飞秒激光有效烧蚀焦距

为确定飞秒激光光束对微尺度结构的烧蚀深度,研究了给定功率条件下对应的激光束有效烧蚀焦距。提出采用激光焦点处获得的烧痕阵列图像及在离焦状态下提取烧痕图像特征,通过分析图像特征与离焦距离,获得激光束有效烧蚀焦距范围的方法。在激光束焦点附近的硅晶片表面烧蚀出斑痕阵列,向下逐渐减小焦距,采集硅晶片斑痕图像,提取斑痕平均像素面积及斑痕目标与背景之间的R分量灰度差,获得斑痕像素面积及灰度差随激光束焦距变化的曲线;向上逐渐增大焦距,提取并获得斑痕像素面积及灰度差随激光束焦距变化的曲线。结合激光束向下离焦阈值(633 μm)及向上离焦阈值(993 μm),确定20 mW输出功率条件下,飞秒激光在硅晶片材料表面的有效烧蚀深度为360 μm。采用中位值方法确定了激光束在硅晶片表面聚焦时的焦距为0.823 mm。实验表明,激光烧蚀斑痕像素面积及灰度差与激光束焦距之间的关系能够客观地反映激光束有效烧蚀焦距的变化范围。     

Ultrasonic wave speed measurement using the time-delay profile of rf-backscattered signals: simulation and experimental results

Conventional methods determine the ultrasonic wave speed measuring the medium path length propagated by a pulsed wave and the corresponding time-of-flight. In this work, the wave speed is determined without the need of the path length. A transmit transducer sends a pulsed wave into the medium (wave speed constant along the beam axis) and the backscattered signal is collected by a hydrophone placed at two distinct positions near the transmitted beam. The time-delay profile, between gated windows of the two rf-signals received by the hydrophone, is determined using a cross-correlation method. Also, a theoretical time-delay profile is determined considering the wave speed as a parameter. The estimated wave speed is obtained upon minimization of the rms error between theoretical and experimental time-delay profiles. A PZT conically focused transmitting transducer with center frequency of 3.3 MHz, focal depth of 30 mm, and beam full width (-3 dB) of 2 mm at the focus was used together with a PZT hydrophone (0.8 mm of aperture). The method was applied to three phantoms (wave speed of 1220, 1540, and 1720 m/s) and, in vitro, to fresh bovine liver sample, immersed in a temperature-controlled water bath. The results present a relative speed error less than 3% when compared with the sound speed obtained by a conventional method.     

薄凸透镜焦距测量方法的改进

本文分析了薄凸透镜焦距测量中存在的问题,并利用消除视差的方式来测量薄透镜焦距,第一种用消视差自准直法,用眼睛来代替目镜系统,将对像清晰程度的调节变为对横向的物与像视差的调节,可以大大的减少由焦深带来的误差.第二种用消视差共轭法,利用物与像的对称性,来测量焦距,同时巧妙的利用消除视差的方式.测量结果表明,利用消视差的方式得到的测量结果更精确,可达到0.4%.     

扭转角测量系统中焦距误差分析

针对莫尔条纹测量扭转变形方案，分析了双光栅在光学系统存在焦距误差时对扭转角测量精度的影响。通过在传统的莫尔条纹测量扭转角理论公式的基础上引入焦距对于光栅像的缩放效应，推导出含有焦距因子的扭转角测量模型。由模型可知,随着光学系统焦距差异的增大，对应的扭转角也会随之发生较大变化。特别当光栅夹角在小角度范围（1°～3°）内变化时尤为明显，最终影响到扭转变形的测量精度。在设计的实验中，利用2个已知焦距的光学系统，通过采集莫尔条纹图像进行扭转角精度分析，验证了该文提出的理论。