二平行光管调校五棱镜法

光学测量实验指导书

牟达刘智颖编写

目录

实验一平行光管调校（自准直法） (2)

实验二平行光管调校（五棱镜法） (4)

实验三V棱镜折光仪测折射率和色散 (7)

实验四简式偏光应力仪测量玻璃双折射 (11)

实验五光学零件曲率半径测量 (13)

实验六平面光学元件的光学不平行度测量 (16)

实验七刀口阴影法检验面形偏差 (19)

实验八光学系统分辨率检测 (22)

实验九光学系统的星点检验 (26)

实验十光学系统杂光系数测量 (28)

实验一平行光管调校（自准直法）

一、实验项目

1．了解自准直法调校平行光管的原理，并掌握其调校方法。

2．分析调校误差，并总结其特点。

二、实验要求及所用器具

1．把待校平行光管的分划面校到其物镜的焦面上，并给出调校精度。

2．所用器具：装有十字丝分划板的焦距为550mm的待校平行光管、高斯式自准目镜、可调的标准平面反射镜（其有效孔径要大于平行光管物镜通光孔径）。

三、实验原理及方法

自准直法调校平行光管的原理图如图1.1所示。

若忽略平行光管物镜的像差和光的波动性影响，当分划面4位于物镜焦面处时，则由平面反射镜自准回来的分划像3与分划均重合于物镜焦面处。若分划面离开物镜焦平面一小距离（离焦量）x，则由平面反射镜反射回来的自准分划像将位于焦面另一侧，并且分划像离焦面的距离d近似等于x，即分划像至分划间的距离是离焦量x 的两倍。故利用自准直法可使调焦精度提高一倍。

图1.1 自准法调校平行光管的原理图

1—平面反射镜；2—平行光管物镜；3—分划像；4—分划；5—自准目镜自准直法调校平行光管的步骤：

（1）将装有十字分划板的待检平行光管、标准平面反射镜及高斯式自准目镜按图1.1自准光路摆好，并调出自准分划像。

（2）当用清晰度法调准时，应调到使自准分划像与分划同样清晰，则认为平行光管已调好。

（3）如以消视差法调焦，即通过眼瞳在出瞳面处横向摆动，由分划像相对分划是否存在横向错动（有无视差），来判定分划面是否位于物镜焦面处。若分划像措动方向与眼瞳摆动同向，则表明分划像比分划离眼瞳更远些。即分划像位于焦点之内，而分划面必然位于焦点之外，即图1.1所示情况。反之，若分划像措动方向与眼瞳摆动反向，则分划面位于焦内。然后，按照判定的分划面调整方向，微调分划板镜框，

直至分划像与分划间消视差止。反复调校几次，调好后再拧紧分划板的压圈，此时表明平行光管已调好。

四、调校误差分析

（1）当以清晰度为准进行自准直法调校时，平行光管的调焦极限误差为 )(m ])8()29.0[(2112/12221-+Γ=∆KD

D SD e λα （1-1） 式中a e ——人眼的极限分辨角（角分）；K ——系数，一般取6；——波长，单位为微米；——平行光管与自准目镜组成的自准望远镜的视放大率；D ——平行光管物镜的实际通光孔径；

注：当眼瞳直径De 大于自准望远镜的出瞳直径D ′时，D 取平行光管物镜通光孔径；当D e ＜D ′时，应以D e 替代式中的D 。

如考虑标准平面反射镜在口径D 范围内的面形误差为N 个光圈，由此引入的调焦误差为

)m (4122-=

∆D N SD λ （1-2） 则平行光管的调校极限误差为

)(121-∆+∆=∆m SD SD SD （1-3）

（2）当以消视差为准进行自准直调校时，平行光管的调焦极限误差为

)m ()2

(29.011-Γ-Γ=∆e D D SD δ （1-4） 式中——人眼的对准误差（单位为角分）。

同样，如考虑平面反射镜面形误差，引入的调焦误差△SD 2，则调校极限误差可参看式（1-3）求得。

实验二平行光管调校（五棱镜法）

一、实验项目

1．了解五棱镜法调校平行光管的原理，并掌握其调校方法。

2．分析调校误差，并总结其特点。

二、实验要求及所用器具

1．把待校平行光管的分划面校到其物镜的焦面上，并给出调校精度。

2．所用器具：装有十字丝分划板的焦距为550mm的待校平行光管、高斯式自准目镜、五棱镜及承物台、适当倍率的前置镜。

三、实验原理及方法

1．五棱镜法调校平行光管的原理及方法

理想的五棱镜有如下特点：在五棱镜的入射光轴截面内，不同方向入射的光线经五棱镜后，其出射光束相对入射光束折转90°。本方法即是利用五棱镜这一特点来对平行光管进行调校的。调校原理如图2.1示。

图2.1五棱镜调校平行光管的原理图

s—分划；1—待校平行光管；2—五棱镜；3—前置镜

将五棱镜2放置在平行光管物镜前的承物台上，五棱镜可沿垂直于平行光管光轴方向平稳地移动。沿五棱镜出射光束方向放置前置镜3（望远镜），用以观察平行光管的分划像。若分划位于平行光管焦面上，则由平行光管物镜射出一束平行光。当五棱镜沿垂直于平行光管光轴方向，由位置Ⅰ向位置Ⅱ移动时，平行光管分划经前置镜

所成的分划像将不产生任何横向移动，如图2.1（a ）所示。若分划面s 不位于平行光管物镜焦面上，则随着五棱镜由Ⅰ向Ⅱ位置移动，前置镜中形成的分划像将产生左右方向的横向移动，如图2.1（b ）、（c ）所示。利用这一现象可将平行光管分划面准确调到焦面位置。

五棱镜法调校平行光管的步骤

（1）将五棱镜放置在可沿垂直物镜光轴方向移动的承物台上，并使五棱镜的入射面对向平行光管物镜，其出射面对向前置镜。调整承物台的高低位置，并调前置镜的俯仰手轮和方位手轮，使分划像呈现于前置镜视场中，并使平行光管的竖线分划像与前置镜相应分划对准（若两分划均为竖线，则应利用两者间的横向微小间隙的变化进行对准，以提高调校精度）。

（2）转承物台的手轮，使其上的五棱镜沿垂直于平行光管物镜光轴的方向，向着前置镜移动。若在前置镜中形成的平行光管的分划像由右向左移动，表明分划面位于焦前，如图2.1（b ）所示；反之，分划面在焦后，见图2.1（c ）。

（3）松开分划板镜框压圈，按步骤（2）确定的分划面移动方向，沿轴向微调分划板框，直至五棱镜移动时，平行光管的分划像相对前置镜分划不发生横向移动（或两者间的微小间隙宽度不再变化），则表明分划面已准确位于平行光管物镜焦面上了。

（4）调好后，拧紧分划镜框的压圈。

四、调校误差分析

本法的实质是将纵向调焦变为对人眼较灵敏的横向对准，故与消视差为准的调焦误差相当。主要是由前置镜的横向对准误差确定，所不同的是：该法是由五棱镜在平行光管物镜前方沿垂直光轴方向移动，替代了眼瞳在出瞳面内的摆动。故参看（1-4）式可得五棱镜法的调校极限误差为

)m ()(29.01--Γ=W M D D δδ （2-1） 式中——前置镜的视放大率；——人眼对准误差，单位为角分；D ——平行光管物镜通光口径；D w ——五棱镜通光口径。

分析式（2-1）可知当D w ≈0.5D ，且选择最好对准方式时，可使本法达最高调校精度。五棱镜法最适于较大口径的平行光管调校。

五、思考题

1．比较自准直法与五棱镜法调校平行光管的各自特点？

2．为提高自准直法调校平行光管的精度在实验设置上应考虑那些因素？

3．对f ′＝550mm ，D /f ＝1/10的平行光管，以消视差为准进行自准直法调焦时，若所选高斯自准目镜的焦距f ′ e ＝44.0mm ，求平行光管的调焦误差（取0.5′，眼瞳直径D e ＝2mm ）？

4．若上题中，平面反射镜在100mm 范围内凸一个光圈，其余条件不变，求分划面的调校位置精度有多高？

5．两种方法，各自是如何判别分划面相对平行光管物镜焦面位置的？