平行光管的調(diào)節(jié)與使用

1、§ 2.24平行光管的調(diào)節(jié)與使用目的1了解平行光管的構(gòu)造及原理2 掌握平行光管的調(diào)節(jié)方法3 學(xué)會(huì)使用平行光管測(cè)量透鏡焦距及分辨率的方法 儀器及用具(包括十字分劃板、玻羅板、分辨550型平行光管、可調(diào)式平面反射鏡、分劃板一套 率板和星點(diǎn)板)、測(cè)微目鏡及待測(cè)透鏡.實(shí)驗(yàn)原理一、平行光管的結(jié)構(gòu)1.可調(diào)式反射鏡;2.物鏡;3.分劃板;4.光闌;5.分光板;6.目鏡;7.出射光瞳；8.聚光鏡;9.光源;10.十字螺釘.平行光管主要是用來(lái)產(chǎn)生平行光束的，它是校驗(yàn)和調(diào)整光學(xué)儀器的重要工具，也是重要的光學(xué)量度儀器.若配用不同的分劃板及測(cè)微 目鏡或讀數(shù)顯微鏡，可測(cè)定和檢驗(yàn)透鏡或透鏡 組的焦距、分辨率及其

2、成像質(zhì)量.實(shí)驗(yàn)室中常用的 CPG 550型平行光管, 附有高斯目鏡和可調(diào)式平面反射鏡，其光路圖如圖2.24-1所示.由光源發(fā)出的光，經(jīng)分光板后照亮分劃板而分劃板被調(diào)節(jié)在物鏡的焦平面上.因此，分劃板的像將成于無(wú)窮遠(yuǎn)，即平行光管發(fā)出的是平行光束，可用高斯目鏡根據(jù)自準(zhǔn)直原理來(lái)檢驗(yàn)二、平行光管的規(guī)格及附件1 .平行光管：焦距f為550mm(名義值)，使用時(shí)按實(shí)測(cè)值.口徑D=55mm，相對(duì)孔徑D: f =1: 10.5.7.(c)圖2.24-2 分劃板3.分劃板：圖2.24-2(a)為十字分劃板，其作用是用來(lái)調(diào)焦和光路共軸的.圖2.24-2(b)為玻羅板，它與測(cè)微目鏡或顯微鏡組組合，用來(lái)測(cè)定透鏡或透鏡組

3、的焦距.玻羅板的玻璃基板上，用真空鍍膜的方法鍍有五組線對(duì),各組線對(duì)之間距離的名義值分別為 1.000mm; 2.000mm;4.000mm;10.000mm 和20.000mm,使用時(shí)應(yīng)以出廠的實(shí)測(cè)值為準(zhǔn).圖2.24-2(c)為分辨率板，該板有兩種(2號(hào)、3號(hào)),可以用來(lái)檢驗(yàn)物鏡和物鏡組件的分辨率，板上有25個(gè)圖案單元，對(duì)于2號(hào)板,從第1單元到第25單元每單元條紋寬度由 20卩遞減 至5卩,而3號(hào)板則由40卩遞減至10丄圖2.24-2（d）為星點(diǎn)板,星點(diǎn)直徑0.05mm,通過(guò)光學(xué) 系統(tǒng)后產(chǎn)生該星點(diǎn)的衍射花樣，根據(jù)花樣的形狀可以定性檢查系統(tǒng)成像質(zhì)量的好壞實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、平行光管的調(diào)節(jié)為了正確使用平行

4、光管和確保平行光管的出射光線嚴(yán)格平行，必須在使用前對(duì)平行光管進(jìn)行調(diào)節(jié)（一）調(diào)節(jié)要求1 使十字分劃板嚴(yán)格處于物鏡的焦平面上2 使十字分劃板十字線中心同平行光管的光軸相重合（二）調(diào)節(jié)步驟1 將儀器按圖2.24-1所示放置.2 調(diào)節(jié)目鏡，使在目鏡中能清楚地觀察到十字分劃板的十字線3調(diào)節(jié)平面反射鏡,使平行光管射出的光束返回平行光管，即在目鏡視場(chǎng)中能見(jiàn)到十字叉絲的反射像且與物像重合.4 細(xì)心調(diào)節(jié)分劃板座的前后位置，在目鏡中不僅能同時(shí)清楚地看到十字線并且與反射回來(lái)的像無(wú)視差這時(shí)分劃板已基本調(diào)整在物鏡的焦平面上了.（為什么?）5 松開(kāi)平行光管的十字螺釘，將平行光管繞光軸轉(zhuǎn)過(guò)180度,若分劃板十字線的物與像不

5、重合，這說(shuō)明十字線中心同光軸不重合6分別調(diào)節(jié)平面反射鏡及分劃板座中心調(diào)節(jié)螺釘，兩者各調(diào)一半，使分劃板十字線的物與像重合.7 .重復(fù)步驟5和6,反復(fù)調(diào)節(jié)直到轉(zhuǎn)動(dòng)平行光管時(shí)，十字線的物與像始終重合至此,平行光管已調(diào)節(jié)完畢、測(cè)定透鏡的焦距（一）原理F如果平行光管已調(diào)節(jié)好，并使玻 羅板位于物鏡L的焦平面上，那么，從 玻羅板出射的光，經(jīng)物鏡L后變成平 行光，平行光通過(guò)待測(cè)透鏡Lx后,將在Lx的第二焦平面F 上會(huì)聚成像，其 光路如圖2.24-3所示，因而玻羅板上 的線對(duì)必然成像于 L面上.由圖2.24-3可以得到待測(cè)透鏡的焦距為(2.24-1)式中y是玻羅板上所選用線對(duì)間距的實(shí)測(cè)值，y是玻羅板上對(duì)應(yīng)像的間

6、距的實(shí)測(cè)值，f是平行光管物平行光管鏡第二焦距的實(shí)測(cè)值（二）步驟光源玻羅板待測(cè)透鏡測(cè)微目鏡圖 2.24-41.將平行光管中的分劃板換成玻羅板，并調(diào)節(jié)使之位于平行光管物鏡的焦平面上按圖2.24-4放置好平行光管、待測(cè)透鏡及測(cè)微目鏡，并使之共軸，測(cè)微目鏡放在待測(cè)透鏡第二焦平面附近2 沿光軸前后移動(dòng)透鏡，使在測(cè)微目鏡中看到清楚的玻羅板線對(duì)的像3選用玻羅板上的不同線對(duì)，用測(cè)微目鏡測(cè)出玻羅板線對(duì)像的間距y,重復(fù)三次，取平均值，計(jì)算待測(cè)透鏡的焦距三、測(cè)透鏡的分辨率（一）原理分辨率（或分辨本領(lǐng)）是指光學(xué)系統(tǒng)能夠分辨細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力，它是光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的綜合性指標(biāo)按照幾何光學(xué)的原理，任何靠近的兩個(gè)物點(diǎn)，經(jīng)光學(xué)系

7、統(tǒng)后所成的像也 應(yīng)該是兩個(gè)“點(diǎn)”但這是不可能的，因?yàn)榧词构鈱W(xué)系統(tǒng)無(wú)像差，由于光的衍射作用，一個(gè)物點(diǎn)的像不再是一個(gè)“點(diǎn)”，而是一組衍射花樣根據(jù)衍射理論，一個(gè)透鏡的分辨率用它能 夠分辨兩組衍射花樣的最小角距離B表示若D為透鏡孔徑，為光波波長(zhǎng)，則最小角距離0為12乙（弧度）二14秒）（2.24-2）DD如圖2.24-4所示，若將分辨率板置于平行光管的物鏡焦平面上，那么，在待測(cè)透鏡的第二焦平面附近，將得到分辨率板的像用測(cè)微目鏡觀察此像，待測(cè)透鏡的質(zhì)量越高，觀察到 的能分辨的單元號(hào)碼就越高，找出分辨率板上剛能分辨的單元號(hào)碼，然后按下式計(jì)算透鏡可分辨的最小角距離2a-仝206265（秒）（2.24 _ 3

8、）f式中2a為相鄰兩條刻線的間距，a為刻紋寬度（單位毫米，由附表可以查得），f為平行光管 焦距的實(shí)測(cè)值.（二）測(cè)量分辨率的方法1 如圖2.24-4所示，安排好儀器，將玻羅板換3號(hào)分辨率板2 調(diào)節(jié)各光學(xué)元件，使之共軸，并將測(cè)微目鏡放置在待鏡的第二焦平面附近3沿光軸前后移動(dòng)透鏡，使測(cè)微目鏡中能夠看到分辨率板的像，并讀出分辨率板上剛能被分辨的單元號(hào)碼查閱附表，計(jì)算出0 4 .測(cè)出透鏡的孔徑D，由（224-2）式計(jì)算0與由（224-3）式測(cè)得的0進(jìn)行比較（取1 =550.0nm）.思考題1 平行光管是怎樣產(chǎn)生平行光束的？2 平行光管調(diào)節(jié)的具體要求是什么？附表 分辨率板條紋寬度及最小分辨角 （3號(hào)分辨率板）單元號(hào)單元中每一組的條紋數(shù)條紋寬度（H當(dāng)平行光管f"=550時(shí)最小分辨率角（秒）1440.030.002437.828.353435.626.704533.625.205531.723.786530.022.507628.321.238626.720.039625.218.9010723.817.8511722.516.8812821.215.9013820.015.0014918.914.18