平行光管的调节与应用课堂PPT

实验原理 -----透镜的分辨率
实验仪器
5W-F550型平行光管的结构图
测微目镜
分划板
实验仪器
(一)平行光管 平行光管主要是用来产生平行光束的光学仪器，是装校和调整其他光学系统的重要工具之一 ，也是光学度量仪器的重要组成部分。若配用不同的分划板，并选用读数显微镜或测微目镜 ，可以测定光学系统的焦距、分辨率及其成像质量。光源发出的光经聚光镜会聚与分光板反射后均匀照亮分划板。当分划板位于物镜的焦面上时，分划板的像在物镜像空间的无穷远处 ，即由平行光管发出的光是平行光束。
式中 f 1’为被测透镜焦距， f ’为平行光管焦距实测值（贴于平行光管管壁上，单位毫米）, h为玻罗板上所选用线距实测值(实验中为名义值)，h’1 为玻罗板线对像的线间距(测量值)。
1.玻罗板 2.平行光管物镜 3.被测凸透镜 4.测微目镜
实验原理 -----透镜焦距测量
光路图演示
实验目的和教学要求
了解平行光管的结构，掌握平行光管的调节方法。 学习使用平行光管测定薄透镜的焦距。 了解分辨率的概念，利用平行光管测量透镜的分辨本领；
如图示，选用测微目镜，使被测透镜焦平面上所成玻罗板的像也在测微目镜的焦平面上，便可测量。 因为 所以
实验原理 -----透镜焦距测量
10 5 0
4.059mm
70 75 80
5 10
3.737mm
双基准线，测量时，此线夹住待测刻线时读数，整数位在视野中读取，小数位在鼓轮上读取
竖线为基准线，测量时，竖线对准读数，数值均在鼓轮上读取。注意：整数位是反的。
实验仪器
测微目镜注意事项： (1) 测量时，鼓轮应沿同一方向旋转，不得中途反向，以避免空程误差。 (2) 被测量物的线度方向必须与基准线方向平行，否则会引入系统误差。 (3) 被测量物的像与基准线重合，不能存在视差 (4) 虽然测微目镜测量范围为0～10mm，但一般测量应尽量控制在1～9mm范围内进行，以保护测微装置的准确度，切忌读出负值。 (5) 零点修正值的存在，注意整数位的读法。
物镜
待测透镜
f ’
f 1’
h
h1’
实验原理 -----透镜的分辨率
(a) (b) (c) 分辨率与瑞利判据 光学系统的鉴别率是该系统成像质量的综合性指标，按照几何光学的观点，任何靠近的两个微小物点，经光学系统后成像在像平面上，仍然应是两个“点”像。事实上，这是不可能的。即使光学系统无像差，通过光学系统后，波面不受破坏，而根据光的衍射理论，一个物点的像不再是“点”，而是一个衍射花样。光学系统能够把这种靠得很近的两个衍射花样分辨出来的能力，称为光学系统的鉴别率。 瑞利提出了一个判据：如果一个物点的衍射图样中央主极大与另一个物点的衍射中央主极大傍的第一极小相重合时，这两个物点是恰可分辨的。
实验内容与步骤
（一）实验中平行光管以调整好，不再需要调节。 （二）测量凸透镜的焦距 １）将被测凸透镜置于平行光管的前方，在透镜的前方放上测微目镜，调节平行光管、被测凸透镜和测微目镜，使它们大致在同一光轴上，尽量让测微目镜拉近到实验人员方便观察的位置。 ２）将玻罗板放入平行光管中，罩上直筒形光源。 ３）转动测微目镜的调节螺丝，直到从测微目镜里面能看到清晰的叉丝或标尺为止。 ４）前后移动凸透镜，使被测凸透镜在平行光管中的玻罗板成像于测微目镜的标尺和叉丝上，表明凸透镜的焦平面与测微目镜的焦平面重合。 ５）用测微目镜测出玻罗板像中20、10、4mm两刻线的位置，并计算线对间距的测量值，重复六次，将各数据填入自拟表中。 6 ）读出平行光管的焦距实测值和玻罗板两刻线的实测值（出厂时仪器说明书中给定）
1 - 光 源：在平行光管中，利用白炽灯作为光源 2 - 毛玻璃：由于灯丝发出的光不是均匀的面光源，因此需要通过毛玻璃将其转换成均匀的面光源照射分划板。 3 - 分划板：十字叉丝，波罗板，鉴别率板，星点板。 4 - 物 镜：平行光管物镜
实验仪器
波罗板。分划板上用真空镀膜的方法镀上五组线对，各线对间距名义值分别是：1mm，2mm，4mm，10mm，20mm。 3号分辨率板。每板上面都有25个单元图案，每个单元有四个方向，每个方向都由一些平行的刻线所组成的。3号板则从40µm递减到10µm。
实验仪器
其读数方法和螺旋测微器差不多，毫米以上的刻度在固定套管上直接读出；毫米以下的刻度在鼓轮上读出。 读数鼓轮每旋转一周，叉丝移动1mm，鼓轮上有100个分格，故每一格对应的读数为0.01mm，再估读一位。实验中有两种测微目镜,不同之处在于鼓轮刻度如同所示.
（a） （b）ຫໍສະໝຸດ 最新进展平行度测试仪是检测大型光电经纬仪多光轴系统平行度的设备,要求平行度测试仪的精度要达到0.5".方法是利用一块反射镜和两块五棱镜将一束准直光束分光成两束平行光束,大型经纬仪的两个光学系统分别接收这两束平行光,两束平行光所成像的脱靶量差值即为两光学系统的光轴平行度.利用两个精度为0.1"的自准直平行光管和一块平面反射镜检测平行度测试仪精度.经检测标定后平行度测试仪的精度可达到0.5",能够很好的满足检测平行度为2"的光学系统的检测.
最新进展
NWJ-3 内调焦望远镜是一种多用途的、使用方便的光学检测调整仪器，可以作为自准直光管和可调焦望远镜使用。广泛地应用于光学实验室和光学车间作为检验和调整工具，如检测平面间的平行度、孔径间的同轴度、激光管生产贴片等，导轨的直 线性以及基准面的垂直度等。
相关文献
1、《大学物理实验》华中科技大学出版社，熊永红 等编著 2、《基于CCD的平行光管十字叉线亚像素提取技术》，<<机电工程技术 >> 2004年08期 杨斌 , 刘建瓴 , 林绪虹 , 吴庭万 , 刘桂雄 3、《Φ300非球面激光平行光管的研制 》，《光电工程》 2007年 34卷 3期 郝沛明 袁立银 李可新 周森林 蒋世磊 4、《一种新概念平行光管 》，<<北京理工大学学报 >>2003年04期 曹根瑞 , 朱秋东 , 苏鹏 5、《平行光管的基本原理及使用方法》，<<仪器仪表学报 >>2006年21期 王磊 , 王守印 , 周虎 , 张余彬
研究背景
平行光管的用途： 平行光管是通过它取得来自无远的光束，此光束谓之平行光。是装校调整光学仪器的重要工具，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，连同测微目镜头，或显微镜系统，则可以测定透镜组的焦距，鉴别率，及其他成像质量。将附配的调整式平面反光镜固定于被检运动直线的工件上，用附配于光管的高斯自准目镜头，通过光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。
最新进展
JZC型自准测微平行光管,是一种高精度测试仪器.它可以测量微小角度位移及平面的微小起伏,是目前我国工厂和实验室中不可缺少的测试仪器之一.其主要用途如下: 1、测量机床表面及其它平面的平直度; 2、测量长导轨或平尺的直线性; 3、测量两垂直面间的垂直度; 4、测量两光学平面间的角度。
本仪器可以直接测量微小角度偏差。
实验注意事项
不得用手触摸仪器的光学元件及其测量附件的表面 调节螺丝时，不得用力硬拧以免造成滑丝和仪器变形 必须记录使用的平行管的焦距及玻罗板线距值。 测量时单向测量 分划板放到位 4小格算一个单元格
数据处理要求
1．测量透镜焦距 自行设计记录表格，根据测量数据分别计算凸透镜的焦距，即各组线对分别对应的焦距值，即最终的平均值。 2．测量透镜的分辨率 计算分辨率角值和单位mm的线数N
预备问题及课堂讨论题
1．测凸透镜焦距和分辨率时，透镜与平行光管间的距离对结果有无影响？ 2．如何用一元线性回归方法来计算透镜焦距，特别是有多个但不完整的玻罗板线对的数据时，还能获得焦距的测量值吗？ 3. 导出分辨率的测量公式，式中206265″是怎么来的？ 4. 讨论人眼在明视距离和远处（例如10 m处）能分辨的最小距离（眼瞳直径的调节范围约为2～8 mm） 5. 测量透镜分辨率时，若将鉴别率板的成像再进行一级放大，是否能提高透镜的分辨率（设放大系统的分辨率高于透镜）？ 6. 玻罗板放不到位，对测量的焦距值有什么影响？
最新进展
激光平行光管，是一种通常对无穷远调焦，提供高平行度，低发散度光束的激光器，其光学系统由高质量的高级望远物镜组成。激光平行光管具有以前平行光管的优点,且可以与数字相移干涉仪对接,直接进行波前误差的高精度测量。激光平行光管可以在长距离上提供直线度甚高的圆形光斑的光束，并且在距离变化时光斑尺寸变化甚小，亦可按用户需要提供异形光斑的激光平行光管。 激光平行光管被广泛应用于机器视觉，工业自动化控制领域作为照明光源。该产品高平行度，低发散度的特性，能使被测物体的投影图像和实物保持同等外形，在轮胎，香烟，五金检测方面游刃有余。
根据衍射理论和瑞利准则，仪器的最小分辨角为 =1.22/D 式中 的单位为弧度，D为入射光瞳直径，为光波波长。 当平行光管物镜焦平面上的鉴别率板产生的平行光（将平行光管的分划板换成鉴别率板）射入被测透镜时，在被测透镜的焦平面附近，用测微目镜可观察到鉴别率板的像。如果被检透镜质量高，在视场里观察到能分辨的单元号码越高。仔细找出尽可能高的分辨单元号码，由下式测定鉴别率角值 式中为角值，a为条纹宽度,f ’为平行光管焦距。
实验仪器
(四)测微目镜 带测微装置的目镜，由目镜、 可动分划板、读数鼓轮与连接装置等组成。目镜把叉丝和被观测的像同时放大，其放大倍数不影响测量数据大小，但可以提高测量准确程度。旋转鼓轮，刻有十字叉丝的可动分划板就可以左右移动。它的位置可以在外面直接读出。测量时，应先调节目镜，看清楚叉丝，然后转动鼓轮，使基准线与被测物的像的一端重合，便可得到一个读数。再转动鼓轮，使基准线与被测物像的另一端重合，又可得到一个读数。两读数之差，即被测物的尺寸。实验中用两种测微目镜，如图示。
实验内容与步骤
实验装置图
玻罗板
毛玻璃
测微目镜
待测透镜
物镜
消空程
记录第一组线对数值h1左
记录第二组线对数值h2左
记录第二组线对数值h2右
记录第一组线对数值h1右
实验内容与步骤
（三）用平行光管测凸透镜的分辨率 （１）取下玻罗板，换上3号鉴别板，装上光源。 （２）将测微目镜、被测透镜、平行光管依次放好。 （３）移动被测透镜的位置，使3号分辨率板成像于测微目镜的焦平面上。用眼睛认真地从分辨率板1号单元上开始往下数，数出哪一个号数单元的线条能被刚好分辨清楚，记下此号码。 （４）在表中查出条纹宽度值，将条纹宽度值和平行光管焦距实测值代入公式，求出分辨率角值。