用平行光管测透镜的焦距及鉴别率

实验8 平行光管的调整及使用

平行光管是装、校、调整光学仪器的重要工具之一，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，与测微目镜（或显微镜系统），可以测定透镜或透镜组的焦距、鉴别率及其它成像质量。为了保证检查或测量精度，被检透镜组的焦距最好不大于平行光管物镜焦距的二分之一（其物镜焦距我们经常说成是平行光管的焦距）。【实验目的】

1.了解平行光管的结构及工作原理，掌握平行光管的调整方法。

2.学会用平行光管测量凸透镜的焦距。

3.会用平行光管测定鉴别率。

【实验仪器】

平行光管、平面反射镜、平行光管分划板、测微目镜、凸透镜等。平行光管是产生平行光束的装置，其外形如图1所示。

平行光管的型号很多，常见的有 CPG550 型、 CTT 型，下面主要以 CPG550为例介绍平行光管的构造：

１． CPG550 型平行光管主要规格

(1)物镜焦距 f '：550毫米（名义值），使用时按出厂的实测值。

(2)物镜口径 D：55毫米。

(3)高斯目镜：焦距 f ' 为44毫米，放大倍数为×。

２．分划板

有 5 种分划板，如图2所示：

（１）十字分划板：调节平行光管的物镜焦距并将十字分划板的十字

心调到平行光管的主光轴上，若拿掉十字分划板换上其它分划板，此分划板的中心也在平行光管的主光轴上。

（２）鉴别率板：可以用来检验透镜和透镜组的鉴别率，板上有25个图案单元，每个图案单元中平行条纹宽度不同，对2号鉴别率板，第1单元到第25单元的条纹宽度由20微米递减至5微米；而对3号鉴别率板25单元，则由40微米递减至10微米。

（３）星点板：星点直径为φ毫米，通过被检系统后有一衍射像，根据像的形状作光学零件或组件成像质量定性检查。

（４）玻罗板：它与测微目镜（或读数显微镜）组合在一起使用，用来测量透镜组的焦距。玻罗板上每两条等长线之间的间距有不同的尺寸，其名义尺寸为：1毫米、2毫米、4毫米、10毫米、20毫米，使用时应依据出厂时的实测值。

【实验原理】

当调试好平行光的分划板严格位于物镜的焦平面上且十字分划板的中心与平行光管的主光轴共轴以后，先拆下高斯目镜光源，再拆下十字分划板，换上玻罗板、鉴别率板等，如图3所示，接上直筒式光源。由于分划板放在平行光管物镜的焦平面上，灯光通过毛玻璃扩展后散射出来的光照射在分划板上，所以，分划板上各种划痕通过物镜折射后，都成为平行光。

１．用平行光管测量焦距

如图4所示，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 '

'

y y

f f = （1） 式中f 为被测透镜焦距，f ' 为平行光管焦距实测值，y' 为玻罗板上所选用线距实测值（A' B'=Y ' ），y 为测微目镜上玻罗板刻线的距离（AB =Y ，即测量值）。

２．用平行光管测定凸透镜、透镜组的鉴别率

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。根据衍射理论和瑞利准则，仪器的最小分辨角为

D

λ

α22

.1= （2）

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，查表可得鉴别率角。 【实验内容和步骤】 1. 平行光管的调节

（１）调整分划板严格位于物镜的焦平面上。 平行光管使用时，因测试的需要，常常要换上不同的分划板，为了保证出射光线严格平行，每次调换后都必须使分划板严格处于物镜的焦平面上。

①将十字分划板装在平行光管的分划板座上，然后再装上高斯目镜。 ②调节高斯目镜(即拉伸目镜)，眼睛对着目镜观看时，能清楚地看到十字叉丝。

③调节放在平行光管前的平面镜（平面镜上有调节水平螺丝和垂直螺丝），使平行光管射出的光线重新返回平行光管。这时能通过高斯目镜看到分划板上有一个反射回来的像，摆动眼睛用视差法判断十字叉丝的物像是否重合，前后调节物镜（旋转物镜），直到目镜里清楚地观察到十字叉丝的像。表明分划板已经调整在物镜的焦平面上了，锁紧物镜。

（２）调整十字分划板中心在平行光管主光轴上。

①将平面镜暂时用纸遮住，在目镜上看到十字分划板,粗调分划板的上、下和左、右螺丝，使分划板的十字心在平行光管的管心。

②拿走平面镜上的纸片，在目镜上又看到十字叉丝像，调节平面镜的俯仰角，观察叉丝的像与十字叉丝重合。

③松开平行光管的两只“十字旋手”，将平行光管以轴心为准线旋转180度，观察叉丝与其像的横线是否重合。如果不重合，调节分划板座的上、下螺丝，使叉丝的横线与像的横线接近一半，再调平面镜的角度使横线重合（半调法）。如此重复旋转，直至横线在任何角度下都重合。

④调节分划板座的左、右螺丝，使十字叉丝垂直线与其像的垂直线重合。直至转动平行光管时，十字叉丝物像始终重合。这表示分划板座的中心与平行光管的主光轴已经重合。

2.测量凸透镜的焦距

①调节好平行光管后，拿下平面镜，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。调共轴且尽量让测微目镜拉近到实验人员方便观察的位置。

②将平行光管的十字分划板换成玻罗板，并拿下高斯目镜上的灯泡，放在直筒形光源罩上，然后装在平行光管上。

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、标尺为止（调视度）。

④前后移动凸透镜，使被测凸透镜把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10毫米两刻线间距的测量值y，读出平行光管的焦距实测值 f '和玻罗板两刻线的实测值y'（出厂时仪器说明书中给定），重复五次。

3.用平行光管测凸透镜的鉴别率

（１）取下玻罗板，换上2号鉴别板，装上光源。

（２）移动被测透镜的位置，使被测透镜在平行光管的2号鉴别率板成像于测微目镜的焦平面上。用眼睛认真地从鉴别率板上1号单元开始朝下看，分辨出是哪一个号数单元的并排线条，记下号码。（３）在附表中查出鉴别率角值。

将测得的鉴别率角值与用瑞利判据测算出的鉴别率角值比较。