物方远心光路

7.5.1　物方远心光路

工具显微镜等用来测量物体长度的基本原理如图7.13所示，在物镜的实像平面上，放置有已知格值的透明刻尺（分划板）或测微目镜的移动十字丝。由于分划板与物镜之间的距离是固定的，因此物镜的放大率β为一常数。分划板的格值考虑了物镜的放大率，因此按刻尺读得的像长即为物体的长度。即有：

式中：β——给定共轭面的放大率，可以预先测定。

图7.13　工具显微镜的测量原理

这种将被测物体经有确定放大率系统所成的像与像面上的刻尺相比，求得被测物体长度的方法，其测量精度在很大程度上取决于像平面与分划刻线面的重合精度。测量时，将整个光学系统（连同目镜）相对于被测物体进行调焦，以使像平面与刻线平面重合。但是，由于景深与调焦误差，像平面与刻线平面的精确重合是不可能的。称像平面与分划刻线面的不重合现象为“视差”。图7.14（a）中，假定物镜框为孔径光阑，如果由于物平面位置不准，例如由AB（理论位置）移到A₁B₁（A₁B₁=AB=y），则实际像面A₁＇B₁＇与分划刻线面不重合，A₁＇、B₁＇在刻尺平面上形成两个弥散圆，因而实际测得的像长是两个弥散圆中心间的距离y₁＇。显然，y₁＇≠y＇，这样，按已知放大率求出的物长必小于实际物长，从而造成误差。而且，视差越大，光束对光轴的倾角越大，测量误差也越大。

为了消除或减小视差对测量精度的影响，可采用控制主光线方向的方法来实现。如图7.14（b）所示，在物镜的像方焦面上设置孔径光阑，显然，它也是物镜的出瞳，入瞳在物方无限远处。物体上各点发出的光束经物镜后，其主光线均通过光阑中心所在的像方焦点F＇；而在物方，各物点的主光线必均平行于光轴。如果物体AB正确地置于与分划刻线面共轭的位置，则其像A＇B＇成在刻尺平面上，像长为y＇；如果由于调焦不准，物体偏离正确的位置，移至A₁B₁处，则其像A₁＇B₁＇不与刻尺平面重合，在刻尺平面上得到的是由A₁＇和B₁＇的投影所造成的两个弥散斑。但是，由于物体上同一点发出的主光线并不随物体位置的移动而改变，因此，两个弥散斑的中心必与A＇、B＇重合，按两弥散圆中心测读的像长仍等于y＇。这表明，由于调焦不准所造成的视差，不会影响测量结果。

这种系统由于其入瞳位于无限远处，物方所有入射光束的主光线均平行于光轴，其会聚中心在物方无限远处，故称其为物方远心光路。在许多计量仪器中，为测量长度、度盘间隔等的读数显微镜、显微测微器等广泛应用了这种光路。

图7.14　物方远心光路原理