自准直法调校平行光管

平行光管是光学测量的基本设备，其作用主要是产生一束平行光，或是用作一无穷远的光源。平行光管在使用前必须进行调校，即检验平行光管射出的光束是否为平行光，若不是，则需调整物镜与分划板的相对位置。平行光管调校的目的就是使平行光管分划板的刻线面准确地调整到平行光管物镜的焦面位置上。平行光管调校方法很多，本实验只是介绍目前最常用的自准直方法。

一、实验目的

(1) 了解利用自准直法调校平行光管的原理，并熟练掌握它们的调校方法。

(2) 分析自准直法的调校误差。

二、主要实验仪器

平行光管(f =550mm)，带有十字分划的分划板，高斯式自准直目镜，平面反射镜(其口径大于平行光管物镜的通光口径)。

三、实验原理

平行光管调校的目的就是使平行光管分划板的刻线面准确地调整到平行光管物镜的焦面上。

1． 平行光管结构和用途

通过平行光管可以获得平行光，平行光管是装、校、调整光学仪器的重要工具之一。在平行光管上装有自校准装置(可调平面镜和目镜) 的就称为自校准平行光管。用不同的分划板，各种附件以及测微目镜和读数显微镜，可以测定透镜和透镜组等光学系统成像质量和焦距。自校准平行光管结构如图1-1所示。

图1-1 自校准平行光管结构图

1．平面反射镜;2．物镜;3．分划板;

4．半透半反镜;5．目镜;6．聚光镜;7．小电珠

2． 自校准法定焦原理

将调校的平行光管分划板后面配置一个自准直目镜，这时由平行光管和自准直目镜一起构成了自准直望远镜。调校时，在平行光管物镜前放一个平面度良好的平面反射镜，如图1-1所示。人眼通过自准直目镜观察分划板和由平面镜反射回来的分划板的像，当人眼判断分划板和分划板的像在纵向方向(即光轴方向) 一致时，则认为平行光管已调校好。

自准直法调校误差由两部分组成，即调焦误差和平面镜的面形误差。因此，总的调校误差可以用下式表示:

ΔSD=ΔSD1+ΔSD2　(1-1)

其中，ΔSD1是当平面镜是理想的平面时，相当于望远镜的调焦误差。由于此自准直法，调焦精度提高一倍。

如果平面镜口径大于平行光管物镜的有效口径DC，且在DC范围内的面形误差为N个光圈，则平面镜面形误差的计算公式为:

式中:R——镜面的曲率半径;

λ——光波波长。

自准直法定焦的光路图如图1-2所示。

图1-2 自准直法定焦光路图

过焦点F'作一平行于反射光线MN的辅助光线F'P，则PQ必与光轴平行。由反射原理:∠1 =∠3，又∠1 =∠2，∠3 =∠4，故∠2 =∠4，h=h'，y1=y'1。即，若物体处在透镜焦平面处，其倒立实像也在焦平面上，且像与物大小相等。

四、实验内容

(1) 点亮小电珠，调节反射镜角度，使得通过目镜可以看到光源反射过来的亮斑。

(2) 粗调分划板位置(转动分划板镜框)，使得通过目镜可以看到分划板刻线的倒立清晰像。微调反射镜角度，使分划板十字叉丝的中心与它的像对齐。

(3) 用摆头法判断分划板刻线与其自准直像有无视差(像不动则无视差)。微调分划板位置，直至无视差为止。或者观察分划板刻线间距与其像的长度，微调分划板位置，直至长度相同为止。

五、思考题

现有f =3000mm、f =1875mm、f =1200mm、f =550mm、f =50mm等平行光管需要进行调校。实验室现有D=90mm的平面反射镜、高斯式自准直目镜、阿贝式自准直目镜、有效口径为45mm的五棱镜、观察望远镜各一台。采用什么方法对这些平行光管进行调校?根据测量方法如何选择部件组成测量仪器?