광학면의 곡률측정

본문내용

1) Ring Spherometer
(1) 우선 Spherometer를 평면유리판의 위에 놓고, 0점 보정을 정확하게 실시한다.
(2) 0점 보정을 끝낸 Spherometer를 측정하고자 하는 구면경 또는 렌즈의 중심 위 에 정확히 맞추어 가볍게 올려놓고 그 때의 눈금을 읽는다. 눈금을 읽을 때에는 작은 바늘의 눈금을 먼저 읽고 그 다음 큰 바늘의 눈금을 읽는다. 이때 이것을 여러 번 측정하여 평균값 h를 구한다.
(3) 다음에 Spherometer의 외경(구면경이나 렌즈가 오목한 모양일 때) 및 내경(볼록 렌즈 일 때)을 버니어 캘리퍼를 이용하여 측정한다. 같은 방법으로 여러 번 반복하여 측정한 뒤 평균값을 구한다. 이 때 구한 값을 2D라고 하자.
(4) 이것을 앞의 식 에 넣어 계산하면 구면의 곡률반경을 알게 된다.
2) Newton ring
(1) 곡률 반경이 RO인 원기 위에 측정하고자하는 렌즈를 올려놓는다.
(2) 광원을 켜고 간섭에 의하여 생기는 Newton Ring을 카메라로 찍고, 반경 x의 범위에서 관측되는 Newton Ring의 수를 측정한다(㎜자를 이용하여 간섭무늬 사이의 간격을 측정한다).
(3) 렌즈의 한쪽 가장자리를 눌러서 원기와 측정하고자 하는 렌즈가 중앙에서 접촉 되어 있는지 아니면 가장자리에서 접촉되어 있는지 판단한다.
(4) 그에 알맞은 식에 수치를 대입하여 곡률 반경 R을 구한다.
3) Auto-Collimator
(1) Auto-Collimator의 전원을 켜고 측정하고자 하는 렌즈를 받침대위에 올려놓는다.
(2) 현미경의 대물렌즈를 측정렌즈로 접근시켜서 측정렌즈의 표면에서 직접 반사되어 현미경 표판에 Auto-collimation된 상이 선명하게 보이는 위치를 찾고 그때의 눈금()을 측정한다.
(3) 측정렌즈로부터 현미경을 이동시켜 현미경의 대물렌즈로부터 나온 광선이 초점에 모인 후 다시 퍼졌다가 측정렌즈의 표면에서 반사되어 현미경으로 되돌아오도록 측정렌즈를 올려놓고 받침대 아래의 나사를 돌려 조절한다.
(4) 현미경의 위치를 이동시키면서 표판의 상이 선명하게 보이는 위치를 찾고 그때의 눈금()을 읽는다.
(5) 위에서 측정한 , 의 차, 즉 이 곡률 반경 R이다.
4. 실험결과
1) focometer를 이용한 초점거리 측정
렌즈 1
초점거리
배율
1차
2차
3차
4차
평균
× 0.5
92.25mm
92.50mm
92.50mm
92.50mm
92.44mm
× 1.0
46.40mm
46.25mm
46.30mm
46.20mm
46.29mm
× 2.0
23.20mm
23.00mm
23.20mm
23.50mm
23.23mm
× 3.0
15.5mm
15.25mm
15.5mm
15.2mm
15.36mm
렌즈 2
초점거리
배율
1차
2차
3차
4차
평균
× 0.5
측정불가
측정불가
측정불가
측정불가
측정불가
× 1.0
145.0mm
145.0mm
144.5mm
144.2mm
144.7mm
× 2.0
72.5mm
72.5mm
72.5mm
72.5mm
72.5mm
× 3.0
48.5mm
48.5mm
48.5mm
48.3mm
48.4mm
※ 0.5배율의 경우 자의 길이가 짧아서 측정한 값을 읽을 수 없었다.
2) 뉴턴링 측정결과
사진
3) Auto-Collimator를 이용한 곡률측정.
1차
2차
3차
4차
평균
r1
141.95mm
140.70mm
141.50mm
141.80mm
141.49mm
r2
206.25mm
206.90mm
206.50mm
206.20mm
206.46mm
R(r2-r1)
64.30mm
66.20mm
65.00mm
64.40mm
64.98mm
렌즈 1의 1면
렌즈 1의 2면
1차
2차
3차
4차
평균
r1
140.50mm
140.20mm
140.50mm
140.45mm
140.41mm
r2
206.70mm
206.35mm
206.50mm
206.30mm
206.46mm
R(r2-r1)
66.20mm
66.15mm
66.00mm
65.85mm
66.05mm
1차
2차
3차
4차
평균
r1
209.00mm
208.80mm
209.10mm
208.90mm
208.95mm
r2
357.00mm
356.90mm
356.75mm
357.00mm
356.91mm
R(r2-r1)
148.00mm
148.10mm
147.65mm
148.1mm
147.96mm
렌즈 2의 1면
1차
2차
3차
4차
평균
r1
208.05mm
208.50mm
208.00mm
208.20mm
208.08mm
r2
356.75mm
356.65mm
356.30mm
356.80mm
356.63mm
R(r2-r1)
148.70mm
148.15mm
148.30mm
148.60mm
148.55mm
렌즈 2의 2면
※ 측정한 곡률반경으로 계산한 초점거리
- n1` = 1.5168 r1 = r2 = 150mm d = 10.125mm
u1 = 0 h1 = 1mm
n1`u1` = n1u1 + h1k1
1.5168u1` =
u1` = = 2.27*10-3
h2 = h1 - d1u1`
h2 = 1 - 10.125 + 0.002271 = 0.977001mm
n2`u2` = n2u2 + h2k2
u2` = = 0.0067
f = = 149.253731mm
5. 고찰
Spherometer, Newton 원기, auto-Collimator를 이용하여 광학면의 곡률 반경과 초점을 구하는 실험이었다. Focometer를 이용하여 초첨거리를 측정하는데는 별로 어려움이 없었다. 렌즈의 중심에서 초점거리를 측정하려면 렌즈를 움직여야 했는데 렌즈를 조금만 움직여도 상이 크게 움직이기 때문에 맞춰야 한다는 불편한 점이 있었다. 초점거리를 측정함에 있어 방사형상이 제일 선명하게 보이는 곳에서 초점을 읽어야 하는데 사람마다 약간의 차이가 있어 오차가 발생 할 수 있었다. 0.5배율에서 초점거리를 잴 때 자의 길이가 짧아서 측정할 수가 없었다. 뉴턴링 측정결과 가장자리로 치우쳐 있는 것을 볼 수 있었다. 왜 그런건지 잘 모르겠다. Auto-Collimator를 이용하여 곡률을 측정한 값으로 초점거리도 구해볼 수 있었다.
6. 참고 문헌
- 현대 광학 서울 대학교 광학 연구회 저 -교운사-

키워드

곡률측정,   Newton 원기,   Spherometer,   auto-Collimato