第四章 校正用的基本光学工具

综合考虑分辨率、视放大率和数值孔径之间的关系。 读数显微镜必须根据测量精度的要求，规定显微镜的
放大率精度。
§ 4.6象限仪和水准仪
在产品的装校过程中，有时需要利用与水 平面有一定关系的基准来作为装配基准， 下面介绍两种确定与水平基准有关的仪器， 象限仪和水准仪。
一、光学象限仪
象限仪是用来确定某一基准面与水平面倾角的仪器，其原理如图 4-20所示。水准器1固定在回转刻度盘2上，度盘周围刻有 ±120°分划，格值为1′。回转刻度盘2的回转轴与基体3配合， 基体3上有指标。当水泡居中并指示的角度值为零时，则基体3的 基准面与水准器的轴线(即水平线)平行。当需要确定某一基面与 水平线夹角为a时，可先将象限仪的指标指示a角，再把象限仪放 在需要确定的基准面上，然后调整此面使象限仪的水泡居中，此 时，被确定的基准面的位置即达到要求。 图4-21表示基准面4与水准器夹角为a。 上述象限仪属于金属度盘式，它的读数精度不高。这种象限仪一 般用在要求不高的校正工作中。
二、水准仪
水准仪一般在大地测 量中测量高差用，而 在产品的装校中，则 用来给出一个水平基 准。
水准仪的基本构造如 图4-24所示。
图4-25为简单水准 仪的光学系统原理图。
上述系统属于最简单的内调焦式水准仪光学系统，对于要求高的精密水准仪 的光学系统，还要在系统中配备测微平板玻璃，作为补偿读出高差尾数之用。 为了读出高差尾数，在镜内配有显微系统和刻尺。并采用“符合水泡”。所 谓“符合水泡”就是通过棱镜系统把水泡反射象纵向分成两半，再将两端的 象并列。当水准器居中时，水泡两端反射象就对齐(即符合)，如图4-26(a) 所示，图中(b)表示水泡反射象未符合，说明水准器未安平。由于人眼横向对 准精度高，这种结构提高了安平精度。
§ 4.4自准直望远镜
一、原理和用途
原理：在望远系统中加入照明分划板装置就构成了自准直望远 镜。它由物镜、分划板和目镜组成望远系统，被照明的分划板 与物镜构成平行光管。
当自准直像与分划板十字线完全重合时，则平面反射镜垂直于 望远镜的瞄准轴。因此可用来对某一被测表面进行准直。
二、常见类型 1、阿贝型自准直望远镜
对有些基准面与水平基准之间的倾角精度要求比较高的情况下， 可用精密光学象限仪来校正。所谓光学象限仪，就是将上述象限 仪的度盘换成光学度盘，并与低倍显微镜配合进行光学读数。度 盘上刻制以度为单位的分划(共±120 °)，在显微镜的分划板上 则刻有60等分的分划，于是最小读数为1分。
图4-22为光学象限仪的光学系统，度盘2上±120°范围内刻有 格值为1′的分划，度盘分划经显微物镜3放大，成象在读数分划板 5上，5上刻制60等分刻线，正好与度盘上对应于1 °的两刻线相 适应，故读数分划板5上的两刻线之间读数为l′。显微镜视场分界 线下部的盘度分别表示正角，上部则表示负角。光学度盘、读数 分划板、以及读数举例如图4—23所示。
§ 4.2检调管
一、原理和用途
原理：检调管是一个分划板可相对于 物镜从物镜象方焦面位置向物镜作轴 向移动的光管。它由物镜、带精密刻 度的分划板、移动分划板和照明器组 成。 移动分划板可沿轴各移动，因此可建 立一系列的分划板像。 调焦特点：调焦时分划板中心标志始 终位于轴上，即瞄准轴方向不变。因 此可用来检验有调焦结构的瞄准镜管 在调焦时瞄准轴的稳定性。
2、平行光束的稳定性
平行光束的稳定性是指平行光管经校正后，在 使用过程中ε或L的变化程度。
在一定的相对孔径条件下，平行光管物镜焦距 越长，所获得的平行光束就越稳定。
三、平行光管的调校 平行光管的调校，指的是将分划板的刻划
面精确地安放在物镜焦平面上的装校过程。 （一）、自准直法 （二）、五棱镜法 （三）、可调前置镜法
§ 4.3望远镜
一、原理
远方物体经物镜成象在分划板上，通过目镜进行观察。
特性参数：
放大率： 衍射分辨率： 视角分辨率：望远镜必须能把物镜所能分辨的物体，放大到能为人眼所分辨。当望
远镜的像方分辨角是60“时，相应的物方分辨角称为望远镜的视角分辨率，即 当望远镜的衍射分辨率与其视角分辨率相协调时，可得：
2、方管前置镜 一种特殊的单目望远镜。镜管截面为正方形，所有相邻两平面都 彼此严格平行。
3、双筒前置镜 由两个参数相同、瞄准轴互相平行的单目前置镜组成。
三、望远镜的校正
单目望远镜的视差可以用远物法来消除，对于长焦距、大口径的 望远镜也可以用五棱镜法来消除；对于双管前置镜来说，还要校 正两镜管的瞄准轴之间的平行性，校正方法可用自然远物，也可 用仪器来校正。
二、读数显微镜的主要特性
与一般显微镜一样，读数显微镜有以下一些特性：
1、视放大率 显微镜的视放大率是以人眼通过显微镜观察到的放大象对眼睛
的视角与同一物体直接放到人眼明视距离250毫米上观察的视角 之比值。
2、数值孔径 显微镜的物方半孔角的正弦值与物方介质折射率的乘积称为显
微镜的数值孔径。
3、线视场
2、高斯型自准直望远镜
由图可以看到，从光源发出的光能只有一部分被析光 镜5反射，通过物镜后经平面反射镜6反射回来的光束 也只有一部分通过析光镜。因此高斯型自准直望远镜 光能损失大。同时由于亮背景，暗十字线，成象衬度 差。这类自准直望远镜的主要优点是不失调，其次视 场虽暗，但整个视场都能利用，使用距离不限(当然要 考虑到反射回来的光能大小)。
第四章 校正用的基本光学工具
第四章 校正用的基本光学工具
§ 4.1平行光管 § 4.2检调管 § 4.3望远镜 § 4.4自准直望远镜 § 4.5读数显微镜 § 4.6象限仪和水准仪
§ 4.1平行光管
一、平行光管的作用和构造原理 平行光管结构原理：
毛玻璃 分划板
物镜
光源
作用：
随时提供一束平行光或一个无限远的目标。 是一种最基本的检验装校仪器。 广泛用于仪器的调试，光学特性参数的测量和象质评价。
（一）、自准直法
定义：是指使位于分划板面上的发光物（一般是指被照明， 而不是自发光）发出的光线经物镜出射后，由反射面反射回 来，并且又成象在分划面上的方法。
1、自准直法的调校原理如下图所示。
′
′
′
自准直法调校平行光管
、标准平面反射镜 、平行光管物镜 、平行光管的分划板 、自准直目镜的透镜 、析光镜 6、光源
满足上式的望远镜放大率称为有效放大率。在装校过程中，如果仅满足人眼分辨率 60”，人眼很容易疲劳，因此一般都放宽到2’～3’，也就是把有效分辨率增大2～3 倍。作为校正望远系统用的前置镜，由于受被校望远系统出瞳直径的限制，所以前 置镜放大率～般为4‘～6“。
二、望远镜的类型
1、单目望远镜 一般都是直管式，高倍的还具有移动伸缩筒的调焦机构。
1、什么叫装配精度？装配精度以什么表示？
2、简述工艺误差来源。
3、工艺误差分布曲线的特征由哪两个值反映？ 什么叫相对不对称系数和相对散布系数？
4、书P31页是一目镜结构，其中矢
高 ， ，隔圈长 ，用极 xr1 2.000.01 xr2 1.500.015
b
5.00.010 0.011
值法计算透镜间距离d的尺寸范围，若要求装
对水准仪的要求为： 1)在调焦过程中，瞄准轴方向不变； 2)瞄准轴与回转轴严格垂直； 3)长水准器所决定的水平线与瞄准轴严格平行。 这些基本要求随水准仪的精度不同而不同。对于高精度的水准仪来说，它的
轴系精度，调焦精度都要求很高，并且水准器一般都采用符合形式，以提 高水准器居中的精度。
作业：
第二章：
用途：用来检验有调焦结构的瞄准镜管在 调焦时瞄准的稳定性。检调管中的精密刻 度分划板可用来测量带有平板玻璃测微器 的精密水准仪和工具经纬仪等仪器测微器 的测微精度 ，其刻线宽度为0.01毫米，格 值为0.1毫米，任意刻线到零线的误差在 0.001毫米以内。
二、检调管的校正
为保证检调管瞄准轴在调焦过程中的稳定性， 用一个调焦直线精度很高的高精度经纬仪来校 正检调管。
显微镜的视场不用角度表示，而直接用成象物体的 最大尺寸表示，称为显微镜的线视场。光阑直径通 常为20mm。
4、分辨率
显微镜的分辨率一般以物平面上刚能分辨开的物体 细节之间的最短距离表示。
三、显微镜的选用
选用原则：首先必须使所选用的显微镜达到一定的分 辨率，也就是使显微镜具有足够大的数值孔径。
配后d的公差不超过0.01，用什么方法装配？
第三章 1、单透镜焦距与哪些因素有关？装配时应注意
什么问题？ 2、装配时，如平面镜旋转了α角，则像点和光线
出射方向将怎样变化？ 3、试分析以下棱镜的成像特点？
（1）DⅡ—180 （2）DⅠj—90
y x
z
zy x
（二）、五棱镜法
1、结构原理 五棱镜法是利
用五棱镜将入 射光线转折 90°后出射 的特性。
（三）、可调前置镜法
1、测量原理 带伸缩筒的望远镜，目镜和分划板可以一起随伸缩筒沿
光轴相对物镜移动，以便于瞄准空间一定范围的物（象）。 2、调校装置如下图所示
指标
、被校平行光管 2、可调前置镜 3、伸缩筒
原理：小十字线与分划板上方的大十字线对称，其对称 中心位一物镜光轴上。所以自准像与大十字线重合时， 平面反射镜与望远镜的瞄准轴垂直。
特点：这类自准直望远镜的优点为暗背景亮线，因此自 准象的亮度大，衬度好。其主要缺点是失调，而且视场 被照明棱镜挡去一部分，故测量范围小。也由于亮十字 线中心偏离物镜光轴，因此，当反射镜距离物镜太远时， 如物镜口径不大，就找不到自准象，因此使用距离受到 限制。
3、双分划板型自准直望远镜
双分划板型自准直望远镜的光学原理如图4—12所示。 两块分划板2和7的刻线面都分别位在物镜焦面上，十 字线中心都位在物镜光轴上。使用中分划板7的自准象 能落在分划板2上。
这类内准直望远镜兼有上述两种自准直望远镜优点和缺 点。