平行光管的基本原理及使用方法

第27卷第6期增刊　2006年6月

仪　器　仪　表　学　报

Chinese Journal of Scientific Instrument

Vol.27No.6

J une.2006　

平行光管的基本原理及使用方法

王　磊1,2　王守印1　周　虎1,2　张余彬3

1(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所　长春　130033)

2(中国科学院研究生院　北京　100039)

3(天津钢管集团股份有限公司　天津　300301)

摘　要　平行光管是最基本的校验仪器。为了便于光学仪器的安装和校验,着重介绍了平行光管的基本原理及结构组成。它主要由物镜、分划板和毛玻璃组成,五种分划板决定了平行光管的不同用途。根据生产实践要求而设计的平行光管,可以在室内提供有限距离的目标。它可以用于仪器的装校,光学系统特性常数的测定等。

关键词　平行光管　光学系统　焦距

B asic principles and use method of collimator

Wang Lei1,2　Wang Shouyin1　Zhou Hu1,2　Zhang Yubin3 1(CA S Changchun I nstitute of O ptics,Fine Mechanics and Physics,Changchun130033,China)

2(Graduate S chool of the Chinese A cadem y of Sciences,B ei j ing100039,China)

3(Tianj in S teel T ube Com pany,Tianj in300301,China)

Abstract　Collimator is t he most basic calibrating instrument.For easy to install and checkout optical instrument, here primarily introduces t he basic principles and struct ure component of collimator,which is composed of object lens、divisional board and ground glass.Five kind divisional board determines t he different uses of the collimator. Collimator is designed by t he request of production practice,it can offer t he object in finite farness location indoor. It is used to install and checkout instrument,and mensurate t he characteristic of optical system.

K ey w ords　collimator　optical system　foci

1　引 言

根据几何光学原理,无限远处的物体经过透镜后将成像在焦平面上;反之,从透镜焦平面上发出的光线经透镜后将成为一束平行光。如果将一个物体放在透镜的焦平面上,那么它将成像在无限远处。

图1为平行光管的结构原理图。它由物镜及置于物镜焦平面上的分划板,光源以及为使分划板被均匀照亮而设置的毛玻璃组成。

由于分划板置于物镜的焦平面上,因此,当光源照亮分划板后,分划板上每一点发出的光经过透镜后,都成为一束平行光。又由于分划板上有根据需要而刻成的分划线或图案,这些刻线或图案将成像在无限远处。这样,对观察者来说,

分划板又相当于一个无限远距离

图1　平行光管的结构原理

的目标。

2　平行光管的分划板

2.1　分划板的形式

根据平行光管要求的不同,分划板可刻有各种各样的图案。图2是几种常见的分划板图案形式。图2 (a)是刻有十字线的分划板,常用于仪器光轴的校正;

　第6期增刊平行光管的基本原理及使用方法981

　图2(b )是带角度分划的分划板,常用在角度测量上;图2(c )是中心有一个小孔的分划板,又被称为星点板;图2(d )是鉴别率板,它用于检验光学系统的成像质量。鉴别率板的图样有许多种,这里只是其中的一种;图2(e )是带有几组一定间隔线条的分划板,通常又称它为玻罗板,它用在测量透镜焦距的平行光管上

。

图2　分划板的几种形式

2.2　平行光管分划板的计算

用于测量角度的平行光管分划板上刻有角度刻线,见图3。每一条刻线到分划板中心的距离为:

y =f ′tg

β(1)式中:y 为刻线至分划板中心距离,f ′为平行光管的

物镜焦距,β为分划线对物镜光轴的张角。

图3　分划板的角值刻线

3　平行光管的精度

平行光管分划板在按计算出的y 值进行刻制的过程中,由于工艺等原因,必然会有刻制误差Δy 。也就是说,标准值为β的刻线实际已位于y +Δy 处;同样,

f ′的实际值与设计值也存在一定的误差Δf ′。这样,由

于Δy 和Δf ′而产生了角度的示值误差Δ

β。假设平行光管的分划板能准确地置于物镜焦平面上,通过数学分析可得到分划板刻制误差Δy 和物镜焦距误差Δf ′与平行光管角度误差Δ

β的关系为:Δββ=Δy y -Δf ′

f ′

(2)

当Δy =0时,f ′的实际值若比设计值大1%,则β的实际值将比设计值小1%。当Δf ′=0时,将y ≈f ′β代入式(2)后可看出Δβ与Δy 成正比,而与f ′成反比。由于减小Δy 和Δf ′总有一定限度,所以为了减小Δβ,可以增加f ′。这就是说,长焦距平行光管的精度比较高。

除了在设计和制造时保证平行光管的精度外,在

使用之前一般还需要对仪器进行校正。通过校正要达到以下要求:分划板地刻度平面和物镜焦平面相重合;分划板地刻度中心与物镜光轴重合。

4　平行光管的结构

平行光管按焦距的不同可分为短焦距、中等焦距和长焦距平行光管。这种划分并不是很严格。我国已对平行光管的焦距制定了系列标准,生产平行光管时采用了标准的焦距值。由于焦距的不同,使用条件的不同,平行光管采用了不同的结构形式。

4.1　直管式平行光管

焦距较短的平行光管常做成直管式,形式如图1所示。这种平行光管分划板位置一般为固定的,可根据不同的需要安置各种形式的分划板,能满足一般使用要求,便于搬运。

4.2　可调视度式平行光管

如图4所示,视度是指光学仪器出射光束会聚或发散的程度。这种平行光管的分划板装在可以动的伸缩筒一端,当分划板位于物镜焦平面时,可成像于无限远;离开焦平面时可成像于有限距离处,见图4(b )。这种平行光管常作为通用仪器的部件

,其分划板一般

可根据不同需要方便地进行更换。

图4　可调视度式平行光管

4.3　分离式平行光管

当平行光管的焦距很长时,采用金属镜管很困难,所以常做成分离式。如图5所示。这种设备占据空间较小

,缺点是容易受到杂光及气流的影响。

图5　分离式平行光管