常用檢測(cè)工具

1、第二章 常用檢測(cè)工具（一）,第一節(jié) 平行光管、自準(zhǔn)直儀,典型的光學(xué)測(cè)試裝置為光具座，光具座的類型一般以其上的平行光管焦距的長(zhǎng)短來(lái)區(qū)分，光具座的外形如圖所示，它主要由平行光管、帶回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡、透鏡夾持器和帶目鏡測(cè)微器的測(cè)量顯微鏡組成，以上幾個(gè)部件可以排列在一根底座導(dǎo)軌上，可根據(jù)不同測(cè)量工作需要靈活地加入或取下一些部件，所有的部件皆可以沿導(dǎo)軌滑動(dòng)并固緊，還可變換它們的位置以組成各種測(cè)量裝置。,光具座具有很強(qiáng)的通用性和靈活性，例如光學(xué)系統(tǒng)的焦距測(cè)量、分辨率測(cè)量、星點(diǎn)檢驗(yàn)等均可在它上面變換部件組成不同用途的測(cè)量系統(tǒng)來(lái)完成。 在光具座上檢驗(yàn)各種光學(xué)參數(shù)和光學(xué)性能所依據(jù)的基本理論是-幾何光學(xué)的

2、成像理論、幾何像差理論，以及物理光學(xué)的夫瑯和費(fèi)衍射理論。 所以光具座所采用的測(cè)試技術(shù)，可以認(rèn)為是幾何光學(xué)和物理光學(xué)的應(yīng)用技術(shù)。,一、平行光管（準(zhǔn)直儀） 作用 提供無(wú)限遠(yuǎn)的目標(biāo)或給出一束平行光。 組成 望遠(yuǎn)物鏡(或照相物鏡）和安置在物鏡焦面上的分劃板。 物鏡和分劃板由鏡筒連接在一起，焦距1000mm以上的平行光管一般都帶有伸縮筒，分劃板裝在伸縮筒一端，另一端滑配合裝入大鏡筒內(nèi)，伸縮筒的滑動(dòng)量即分劃板離開(kāi)焦面的距離，該距離可由伸縮筒上的刻度給出，移動(dòng)伸縮筒即能給出不同遠(yuǎn)近距離的分劃像（目標(biāo)）。,焦距3000mm以上的平行光管往往將物鏡與分劃板分開(kāi)裝在兩個(gè)水泥臺(tái)上。 分劃板通常有汽車燈泡或1-2w小

3、電珠經(jīng)毛玻璃均勻照明。 若平行光管用于給出平行光束或無(wú)限遠(yuǎn)的星點(diǎn)，則用小孔光闌或星點(diǎn)板替換分劃板，用鎢帶燈或小面積大電流的鎢絲燈經(jīng)聚光燈將絲成像在小孔處照明，也可將光譜燈的單色光或激光聚焦于小孔上以提供單色平行光。 平行光管還附有一只高斯目鏡和一塊反射鏡。,平行光管種類 （1）常用平行光管： 物鏡（膠合、非膠合、球面反射鏡） 焦距：5002000mm 主要用于檢定望遠(yuǎn)儀器的分辨率及視差的調(diào)整。 550型平行光管如圖,平行光管的分劃板的形式有許多種，主要區(qū)別在于玻璃板上刻度形式的不同，主要代表有： 十字線分劃板、分辨率板、 星點(diǎn)板-用在玻璃上鍍膜或激光加工的方法制得，透光孔直徑小于0.05mm，

4、最小的為6m。小孔光闌一般用圓金屬薄板或錫箔，在中心鉆孔而成。 玻羅板-上面刻有五對(duì)間距不同、線條寬度也不相同的刻線，專門供測(cè)量透鏡焦距用。,（2）長(zhǎng)焦距平行光管 物鏡焦距可達(dá)50m，物鏡和分劃板應(yīng)放置在沒(méi)有任何振動(dòng)的堅(jiān)實(shí)構(gòu)架上。 主要用于測(cè)距儀的調(diào)整。 平行光管物鏡焦距越長(zhǎng)，調(diào)整的誤差就越小。 （3）短焦距平行光管 物鏡焦距短至幾十毫米用于檢定垂直、水平角或需要瞄準(zhǔn)至某一點(diǎn)時(shí)使用。 （4）大視場(chǎng)平行光管 主要用于檢驗(yàn)望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)，也可用于檢驗(yàn)系統(tǒng)的像傾斜和光軸水平零位。,（5）球體平行光管 可作為均勻的發(fā)光光源，用于儀器內(nèi)部雜光的調(diào)整。,平行光管的調(diào)校： 調(diào)校平行光管的主要目的是是分劃板刻線

5、平面與物鏡焦平面精確重合；同時(shí)還要求刻線中心位于光軸上。 使分劃板刻線面位于物鏡焦面上的調(diào)校方式很多，下面介紹兩種：自準(zhǔn)直法和五棱鏡法。,一、平行光管 （一）自準(zhǔn)直法調(diào)校平行光管 自準(zhǔn)直法調(diào)校平行光管的方法適合于中小口徑的平行光管。 原理如圖所示：,平面鏡,物鏡,分劃板,分束鏡,光源,目鏡,（一）自準(zhǔn)直法調(diào)校平行光管 首先要在平行光管的分劃板后配置一個(gè)帶分束鏡和照明光源的目鏡，這樣平行光管就構(gòu)成了一臺(tái)自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，用一個(gè)平面度很好的有效孔徑大于平行光管通光口徑的平面鏡對(duì)向自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，光源發(fā)出的光經(jīng)分束鏡照明分劃板，分劃板發(fā)出的光線，經(jīng)物鏡射出，由平面反射鏡反射回來(lái)，再經(jīng)過(guò)物鏡生成分劃板的像。

6、,（一）自準(zhǔn)直法調(diào)校平行光管 人眼位于自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡出瞳處觀察，調(diào)整平面反射鏡使人眼在觀察到分劃板上刻線的同時(shí)觀察到該刻線的自準(zhǔn)像，借助清晰度法和消視差方法沿光軸方向前后小量移動(dòng)分劃板，當(dāng)人眼判斷分劃板刻線像與刻線本身同樣清晰無(wú)視差時(shí)，表明分劃板準(zhǔn)確位于平行光管物鏡的焦面上。,（一）五棱鏡法調(diào)校平行光管 五棱鏡的特點(diǎn)：在入射光軸截面內(nèi)，不論入射光線的方向如何，出射光線總是相對(duì)于它的入射光線折轉(zhuǎn)90，即始終互相垂直，五棱鏡法正是利用這個(gè)特點(diǎn)來(lái)達(dá)到準(zhǔn)確調(diào)校的目的。調(diào)校原理如圖所示：,將五棱鏡置于平行光管前，用前置鏡觀察經(jīng)過(guò)五棱鏡折轉(zhuǎn)的來(lái)自平行光管分劃刻線的像，調(diào)節(jié)前置鏡使它的分劃線與分劃刻線像對(duì)準(zhǔn)，

7、五棱鏡沿垂直平行光管光軸的方向移動(dòng)，若看到二者始終對(duì)準(zhǔn)，即分劃刻線像不隨五棱鏡平移而發(fā)生橫向偏移，說(shuō)明平行光管出射的是嚴(yán)格平行光。分劃板已準(zhǔn)確位于焦面上。,如果看到刻線像有橫向偏移，且當(dāng)平行光管位于觀察者左方，五棱鏡移向前置鏡時(shí)，刻線像由右向左移，則表示出射的是發(fā)散光，分劃板位于焦內(nèi)，應(yīng)將平行光管分劃板向遠(yuǎn)離物鏡方向移動(dòng)；,如果看到刻線像有橫向偏移，且當(dāng)平行光管位于觀察者左方，五棱鏡移向前置鏡時(shí)，刻線像由左向右移，則表示出射的是會(huì)聚光，分劃板位于焦外，應(yīng)將平行光管分劃板向物鏡方向移動(dòng)。經(jīng)過(guò)幾次調(diào)整后即可調(diào)焦到焦面位置。如果平行光管位于觀察者右方或與五棱鏡移動(dòng)方向相反，刻線像的偏移方向皆與上述的

8、相反。,調(diào)校時(shí)，為避免五棱鏡移動(dòng)不平穩(wěn)而使平行光管分劃刻線像發(fā)生上下移動(dòng)，并由此引入對(duì)準(zhǔn)誤差，要求五棱鏡平滑移動(dòng)。 本方法的特點(diǎn)是將縱向調(diào)焦變?yōu)闄M向?qū)?zhǔn)。由此引起的調(diào)焦誤差與消視差法調(diào)焦誤差相當(dāng)，因?yàn)閮煞N方法都是觀察目標(biāo)像（這里是平行光管分劃刻線像）在前置鏡分劃板上的橫向偏移，所不同的僅是消視差法是眼睛在出瞳面上擺動(dòng)，而五角棱鏡法是五角棱鏡在光束截面內(nèi)擺動(dòng)。 比較兩種方法可得：自準(zhǔn)直法簡(jiǎn)單易行，但誤差較大，適合于調(diào)?？趶捷^小的平行光管；五棱鏡法調(diào)校準(zhǔn)確度較高，但操作校繁，適用于調(diào)校大口徑平行光管。,自準(zhǔn)直目鏡,自準(zhǔn)直目鏡是一種帶有分劃板及分劃板照明裝置的目鏡，一般自準(zhǔn)直目鏡不能單獨(dú)使用，與望遠(yuǎn)

9、鏡配合使用可構(gòu)成自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，與顯微鏡配合使用則構(gòu)成自準(zhǔn)直顯微鏡，它們統(tǒng)稱為自準(zhǔn)直儀。 所謂自準(zhǔn)直就是利用光學(xué)成像原理使物和像都在同一個(gè)平面上的方法，例如自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，是利用無(wú)限遠(yuǎn)的物經(jīng)平面反射鏡反射仍然成像在無(wú)限遠(yuǎn)的成像原理實(shí)現(xiàn)自準(zhǔn)直的。如圖所示：,又如自準(zhǔn)直顯微鏡則是利用位于球面鏡球心處的物經(jīng)過(guò)球面鏡反射仍然成像在球心處這一原理來(lái)實(shí)現(xiàn)自準(zhǔn)直的（也可利用位于平面鏡上的物仍成像在平面表面上，位于球面鏡頂點(diǎn)的物仍成像在球面頂點(diǎn)等成像原理）。,由上述可見(jiàn)，要實(shí)現(xiàn)自準(zhǔn)直，首先要將分劃板照明，于是在自準(zhǔn)直儀的物方便形成分劃板的像，這個(gè)像對(duì)于放在自準(zhǔn)直儀前面的平面鏡或球面鏡來(lái)說(shuō)則是“物”，根據(jù)前面所講的

10、“物和像都在一個(gè)平面上”這一原則，反射回來(lái)的光將在物鏡的像面上形成分劃板刻線的自準(zhǔn)像，而且自準(zhǔn)直像與分劃板刻線本身位于同一平面上，因此通過(guò)自準(zhǔn)直目鏡看去，二者是同樣的清晰。常見(jiàn)的照明方式有三種，相應(yīng)地就有自準(zhǔn)直目鏡（高斯式、阿貝式、雙分劃板式）?，F(xiàn)以組成自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡為例，分別介紹如下：,（一）高斯式自準(zhǔn)直目鏡（高斯目鏡）,如圖所示：光源經(jīng)與光軸成45角放置的分束鏡反射反射照明分劃板，它經(jīng)物鏡成像在無(wú)限遠(yuǎn)，再經(jīng)平面反射鏡反射回來(lái)，又在分劃板上生成其自身的像。成像光線透過(guò)分束鏡射向目鏡，眼睛通過(guò)目鏡觀察，既可看到分劃板上刻線的同時(shí)又可看到刻線的自準(zhǔn)像。,如果平面鏡與自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡的視軸（分劃板刻線中

11、心與物鏡后節(jié)點(diǎn)連線）垂直，則刻線自準(zhǔn)直像的中心與刻線自身的中心重合。 這種自準(zhǔn)直儀的主要缺點(diǎn)是分劃板只能采用透明板上刻劃不透光刻線的形式，無(wú)法采用不透明板上刻劃透光刻線的形式，因而像的對(duì)比度較低，且分束板的光能損失大，還會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的雜光。,（二）阿貝式自準(zhǔn)直目鏡（阿貝目鏡）,光源通過(guò)照明棱鏡照明分劃板的一小部分，在分劃板的這部分鍍鋁，并在鋁膜上刻出一透光十字線，被照明后，從物鏡看去為一亮十字線，它經(jīng)過(guò)物鏡和平面鏡后返回的自準(zhǔn)像，必須成在不被棱鏡遮擋的透明部分，才能從目鏡中看到，如果平面鏡垂直于物鏡光軸，則亮十字線和它的自準(zhǔn)像將對(duì)稱于物鏡光軸與分劃板交點(diǎn)的兩側(cè)。,（二）阿貝式自準(zhǔn)直目鏡（阿貝目鏡

12、）,阿貝目鏡的分劃板形式之一如圖所示，分劃板的中心位于光軸上，透光十字線與十字刻線對(duì)稱位于此中心的兩側(cè)，如果平面鏡垂直于光軸，從目鏡將看到亮十字線自準(zhǔn)像中心與十字刻線中心重合，圖中虛線表示照明棱鏡的位置。,（二）阿貝式自準(zhǔn)直目鏡（阿貝目鏡）,阿貝目鏡的特點(diǎn)是射向平面鏡的光線不能沿其法線入射，否則看不到亮十字線像。阿貝目鏡大大改善了像的對(duì)比度，且目鏡結(jié)構(gòu)緊湊，焦距較短，容易做成高倍率的自準(zhǔn)直儀。 主要缺點(diǎn)是直接瞄準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)的視軸（十字刻線中心與物鏡后節(jié)點(diǎn)連線）與自準(zhǔn)直時(shí)平面鏡的法線不重合，且視場(chǎng)部分被遮擋。,（三）雙分劃板式自準(zhǔn)直目鏡,如圖所示，由于使用了兩塊分劃板，所以稱為雙分劃板式。輔助分劃板

13、上鍍有鋁層，并在中心刻有透光十字線，目鏡分劃板上刻有角度十字分劃線。光源透過(guò)毛玻璃均勻照明輔助分劃板，從透光十字線上發(fā)出的光經(jīng)分光鏡反射回來(lái)射向物鏡，從物鏡出射的平行光經(jīng)反射鏡反射返回，并透過(guò)分光鏡在目鏡分劃板上生成自準(zhǔn)像。,如果平面鏡與自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡視軸嚴(yán)格垂直，則輔助分劃板上的十字線中心在目鏡分劃板上的像與分劃板刻線中心重合，因此要求兩塊分劃板都準(zhǔn)確位于物鏡焦面上，而且二者刻線中心應(yīng)位于同一條視軸上。這種自準(zhǔn)直目鏡能實(shí)現(xiàn)視軸與平面鏡法線重合，且像質(zhì)的對(duì)比度好，但光能損失較阿貝目鏡大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜其中一塊分劃板若有垂軸方向移動(dòng)則會(huì)造成自準(zhǔn)時(shí)平面鏡法線與視軸不重合，故不如高斯目鏡可靠。,三、目鏡測(cè)

14、微器,依照工作原理和結(jié)構(gòu)的不同，目鏡測(cè)微器有多種，在gxy-08a型光具座上僅用到其中一種，即螺桿式目鏡測(cè)微器。它也是光學(xué)測(cè)量?jī)x器中最常見(jiàn)的一種。在這里，目鏡測(cè)微器只用于小線值和小角度的測(cè)量。其結(jié)構(gòu)與工作原理如圖1-15所示。 測(cè)量顯微鏡用目鏡測(cè)微器代替顯微鏡的目鏡，就構(gòu)成了測(cè)量顯微鏡。置于測(cè)量顯微鏡物方的被測(cè)物體（如毫米刻度尺、玻羅板等），經(jīng)物鏡成放大的像在目鏡測(cè)微器的分劃板上。,三、目鏡測(cè)微器 測(cè)量顯微鏡,要測(cè)量某一對(duì)刻線的間距，需要轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，是活動(dòng)分劃板上叉線對(duì)準(zhǔn)其中一條刻線像，根據(jù)叉線旁的豎直分劃線和手輪刻度得到一個(gè)讀數(shù)，再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使叉線對(duì)準(zhǔn)另一條刻線像，得到又一讀數(shù)，兩次讀數(shù)差乘以

15、格值就得到這一對(duì)刻線像的間距，再除以顯微物鏡的垂軸放大率 ，即可得該刻線的間距。測(cè)量前應(yīng)調(diào)節(jié)被測(cè)刻線，使活動(dòng)分劃板的移動(dòng)方向與被測(cè)刻線垂直（因?yàn)橐獪y(cè)一對(duì)可先艱巨的垂直距離）。,三、目鏡測(cè)微器,測(cè)量望遠(yuǎn)鏡：用測(cè)微目鏡代替望遠(yuǎn)鏡的目鏡則構(gòu)成測(cè)微望遠(yuǎn)鏡。位于無(wú)限遠(yuǎn)的物體（例如置于平行光管焦面上的一對(duì)刻線），經(jīng)望遠(yuǎn)鏡成像于目鏡測(cè)微器的分劃板上，用測(cè)微目鏡測(cè)出這一對(duì)刻線像的間距b，應(yīng)用式 （ 為望遠(yuǎn)物鏡的焦距），即可求出這一對(duì)無(wú)限遠(yuǎn)的刻線對(duì)望遠(yuǎn)鏡入瞳的張角 。 實(shí)際上常常根據(jù)上述公式將測(cè)微手輪的格值換算成角度值，這樣就可以用測(cè)微手輪直接讀出角度值 。,四、由基本部件組合成的光學(xué)測(cè)試裝置,由平行光管、透鏡

16、夾持器和帶目鏡測(cè)微器的顯微鏡排列在一條導(dǎo)軌上組成的測(cè)量裝置通常稱為光具座，它主要測(cè)量正、負(fù)透鏡和照相、望遠(yuǎn)物鏡的焦距及物方、像方頂焦距；檢驗(yàn)照相物鏡、望遠(yuǎn)物鏡的像質(zhì)（如分辨率、星點(diǎn)檢驗(yàn)等）；測(cè)量普通物鏡的畸變等。 將平行光管和帶回轉(zhuǎn)臺(tái)的自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡放在導(dǎo)軌上組成的測(cè)量裝置可以檢測(cè)棱鏡的像質(zhì)和測(cè)量棱鏡的光學(xué)平行度等。,將平行光管、透鏡夾持器和自準(zhǔn)直顯微鏡在導(dǎo)軌上組成的測(cè)量裝置，可以檢測(cè)球面干涉儀的標(biāo)準(zhǔn)物鏡出射的球面波的球心與物鏡最后一個(gè)凹球面球心的同心度，還可以用自準(zhǔn)直法測(cè)量透鏡的頂焦距和凹球面的曲率半徑。 帶圓度盤的精密轉(zhuǎn)臺(tái)配上平行光管和望遠(yuǎn)鏡則構(gòu)成精密測(cè)角儀； 若將平行光管和望遠(yuǎn)鏡換為自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡和