自准直平行光管

实验一 平行光管调校一． 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. 了解利用自准直法、五角棱镜法调校平行光管的原理，并熟练掌握它们的调校方法。

3. 分析自准直法、五角棱镜法的调校误差，并比较这两种方法的优缺点。

二． 测量原理和方法平行光管是最基本的测试设备，用来提供无限远的目标或给出一束平行光。

其外貌如图1所示。

平行光管使用时，因测试的需要，常常要换上不同的分划板（平行光管常用分划板如图2所示），每次更换后都必需对平行光管进行调校。

包括两个方面的调校，1.纵向调校，其目的是使平行光管分化板的刻线面准确地调整到平行光管物镜的焦面位置上。

2.横向调校，其目的是调整十字分划板中心在平行光管主光轴上。

图 1 平行光管外貌1. 纵向调校。

调整分划板座的中心使其位于平行光管的主光轴上，且使分划板严格位于物镜的焦平面上。

实现该调校方法很多，这里只介绍最常见的两种方法：自准直法和五角棱镜法。

（1）自准直法将待调校的平行光管的分划板座上装上一十字分划板，并在该分划板后面配置一自准直目镜，这时由平行光管和自准直目镜一起构成自准直望远镜。

调校时，在平行光管物镜前放置一个平面度良好的平面反射镜，如图3所示。

人眼通过自准直目镜观察分划板和由平面镜反射回来的分划板的像，当人眼判断分划板和分划板的像在纵向（即平行光管的分划板图2十字分划板)(a 号鉴别率板2)(b 玻罗板)(e 号鉴别率板3)(c 星点板)(d 插头变压器 照明灯座 分划板调节螺钉 镜管底座 十字旋手 物镜组 .8.7.6.5.4.3.2.1光轴方向）一致时，则认为平行光管已调校好。

4-平行光管分划板 5-自准直目镜（2）五角棱镜法不同方向入射的光线，经五角棱镜后，其出射光线相对于入射光线转折90°。

五角棱镜法即是利用这一特点对平行光管进行调校的，调校原理如图4所示。

将五角棱镜放置在平行光管物镜前的工作台上，五角棱镜可在工作台上平滑地移动。

一、用途：内调焦平行光管是一种具有多种用途的，使用方便的光学检调仪器。

它可以作为自准直光管和可调焦望远镜使用。

因此它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。

例如：用来检验长导轨的“直线度”基面之间的“垂直度”，平面之间的“平行度”，孔径之间的“同轴度”等等。

二、主要数据：（1）光学规格望远物镜：焦距：f∞=576.8mm口径：D=Ф75.2mm视场角：2ω=2°分辨率角：1″测微目镜：焦距：f=16.7mm放大倍率：Γ=15x视场角：2ω=40°转向棱镜：倍率：1x（2）结构性能测量精度：当用作自准直光管时精度优于1″当用作内调焦望远镜时，检验孔径间同轴性精度（在米范围内）为0.01mm，即2″精度观测范围：-1050mm～-∞；+∞～2000mm，其余为盲区。

测微目镜手轮分度值：0.01mm，代表光束角度为4″(f∞=576.8mm时)调节范围：俯仰角：±4°周视角：±4°升降移动：48mm水平移动：44mm光源：白光LED瞄准用激光光源三、工作原理：图一光学系统图一所示，由光源（1）发出的光束经过聚光镜（2）及反射棱镜（3）均匀地照明球面反射镜（4），球面反射镜上镀以铝全反膜并刻去十字形膜层，当调焦物镜（5）被调在无穷远位置时，十字线恰好位于物镜系统（5），（6）的焦平面上，因而此时由十字线射出的光速通过物镜系统后，以平行光束射出，光束被反射面（7）（欲测物）反射回来后又通过物镜系统将十字线的像成在球面反射镜的镀铝面，通过平面反射镜（8）及转向物镜（9），在测微目镜（11）的分划板（10）上人们可以观察到十字线及其反射像的重合程度，偏离值可在测微目镜的视场及测微手轮上读出。

调焦镜（5）可前后移动，使不同距离的目标成像于球面反射镜上，不仅能观察到仪器前方的实像，还能观察到仪器后方的虚目标。

四、结构说明：仪器由两部分组成：内调焦平行光管和调整架。

HC1000型大口径自准直平行光管产品简介：平行光管由一组经过像差、色差和畸变优化设计的物镜、位于物镜焦平面的分划板和照明光源构成。

本机采用了专门设计的大口径长焦距消色差物镜设计，焦距覆盖了1米、1.5米和1.9米三种规格，图像传感器则选用了多种高分辨率探测器，最大可选靶面可覆盖36mm×24mm像方视场，结合专门设计的测量软件，适用于多种光学测量应用。

适用范围：本机适合于要求极高测量精度的应用场合，如航空航天、高精度光学系统装配等，同时也是各省市计量机构、高等院校和科研院所作为基准角度参考器具的理想选择。

应用场合：1、实验室基准角度器具;2、精密旋转台检测;3、航空航天;4、光学产品装配及调整;5、精密机械安装定位;6、计量机构;7、机械产品直线度、平面度、垂直度、平行度等精度保障;8、物理及光学实验室;性能特点：●大口径长焦距物镜;●超大靶面高分辨率图像传感器;●支持用户自定义配置;●集成测量分划板的实时视频影像;●全数字信号处理;●丰富的测量配附件及软件;技术指标：标准配置：1、主机2、反射镜3、电源4、随机文件可选附件：1、二维可调底座二维调整底座与本自准直仪配合使用，可在水平和俯仰独立大范围精密调整，并提供标准三脚架安装接口。

²配合本系列准直仪使用²中心高度：105mm²调整范围：水平和垂直各±3°²安装孔：2³φ8mm + 1个1/4安装孔²提供三脚架接口²底座尺寸：164mm(L) X 111mm(W)·配合全系列准直仪使用·中心高：82.5mm·底座尺寸：130(L)³90(W) mm·安装孔：无·角度调整范围：水平及垂直各±3°2、专用三脚架专用三脚架专为本自准直仪系列产品设计，具有稳定度高，调整范围大的特点，可配合全系列自准直仪产品使用。

实验报告实验名称：自准直仪测直线度误差*****李常业自准直仪测直线度误差一、实验目的：①了解自准直测量原理②了解自准直仪的光路原理与测微原理，③了解并掌握自准直仪测量直线度的方法及数据处理。

二、实验原理：⑴自准直测量原理：①平行光管原理如上图所示，当位于物镜焦面上的分划板被光源照亮后，从分划板上发出的光，经过物镜后，即形成平行光，这样的光学系统结构，就叫做平行光管。

其工作原理如下为：十字线与其倒像之间将错开距离t为：=⋅tan2t fαt---称为偏离量当α很小时，2=t fα⑵应用自准直光管的工作原理，再加上测微机构而设计制造的计量仪器，被称之为自准直仪。

自准直仪的光路原理如下：1-光源；2-滤光片；3-分划板；4-立方直角棱镜； 5、6-反射镜；7-物镜；8-体外反射镜；9-固定分划板；10-活动分划板； 11-目镜； 12-测微螺杆；13-测微鼓轮求偏离量t:当反射镜8严格垂直于光轴时，十字线成像在固定分划板9的正中央，目镜视场如若反射镜8对光轴有一微小倾角α ，则十字线像将产生偏离，偏离量t 由自准直原理可得仪器的f 物为400mm ，测微螺杆12的螺距和固定分划板9上刻线的分度间隔都是0.4mm ，即测微螺杆每转一圈，活动分划板10上的长刻线在固定分划板9的刻度上移动一格，其对应的反射镜的倾角α为： 0.41224002000t f α===⨯物弧度 测微螺杆12同轴相连的测微鼓轮13上有100格圆周刻度，每格代表反射镜的倾角α为0.005/1000弧度。

⑶自准直仪结构图如下：tan 22t f f αα=≈⋅物物1-测微鼓轮；2-活动分划板；3-目镜；4-固定分划板；5-定位螺钉；6-十字线分划板（带保护玻璃）；7-滤光片；8-光源；9-立方直角棱镜；10、11-体内反射镜；12-物镜；13-体外反射镜三、实验步骤：仪器安装调试：将自准直仪安装在稳固可靠的位置，将反射镜装在桥板上，使桥板跨角处在分段的第1和第2点处。

课程名称：应用光学实验项目名称：平行光管及透镜焦距测量实验的毛玻璃组成。

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的目标。

图1.1 平行光管的结构原理图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1.2是几种常见的分划板图案形式。

图1.2(a)是刻有十字线的分划板，常用于仪器光轴的校正；图1.2(b)是带刻度分划的分划板，常用在距离测量上；图1.2(c)是中心有一个小孔的分划板，又被称为星点板；图1.2(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1.2(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1.2分划板的几种形式用平行光管法测量凸透镜焦距的光路图如图1.3所示，由光路图1.3的几何关系可知：图1.3平行光管法测量凸透镜焦距光路图tanφ=y′f0′(1)tanφ1′=y′f x′(2)φ=φ′=φ1=φ1′(3)y f0′=y′f x′(4)镜f x=y′yf0′(5)其中o f 为平行光管物镜焦距，y为玻罗板上线对的长度，'y为用CCD采集得到的玻罗板上线对像的距离。

本实验中实际测量凸透镜焦距和凹透镜焦距的光路图如图1.4、图1.5和图1.6所示。

图1.4凸透镜焦距测量光路图图1.5凹透镜成像规律图1.6凹透镜焦距测量光路图如图1.6所示，平行光管将物y发出的光线准直，准直光经过待测凹透镜时会在f x′焦平面上成一虚像，这个虚像可作为自准直透镜组的虚物再次成像在相机上，即像y′。

测量凹透镜焦距需要将一自准直透镜组与待测凹透镜组成伽利略望远系统，通过测量CCD中采四、实验内容与步骤：要求：简要列出实验要求的内容和主要步骤。