第四章2节

θ1
11
三,反射棱镜光学平行度的测量
实际上,这就是由反射棱镜所展开成的大小平板玻璃的平 行性误差θ .光学平行差θ 在棱镜主截面P上的分量,称为第 一光学平行差θ1;即由角度误差造成的两平面在在光轴截面内 的不平行;在过光轴且与棱镜主截面垂直的平面Q上的分量, .即由棱差则造成两平面在垂直于光轴 称为第二光学平行差θ11 截面内的不平行,反射棱镜D1-90°的两个光学平行差θ1 和θ11 ,如图所示. θ11
B
δ 45
2
0
4
2
θ1 =δ45
0
2
C
A
2θ1
2
2nθ1
4
2
′ 11
4
1′
(一)直角棱镜DⅠ-90°
因横刻尺与棱镜入射光轴截面的方向平行,故由横刻尺读出 ′ 的角度 1′ = nθ1 ,同理,由竖刻尺读出的角度 11 = nθ11 (由 于分划板上所刻的数字为实际角值的一半,故读数 ′ = / 2 = nθ θ ).其中θ1 = δ 45 为 ∠A 与 ∠B 的差值,11 = 1.4γ A , γ A 为C棱与AB 面的平行度.如果 ∠A = ∠B (不一定要等于45度),C棱平 行于AB面,则自准直像合而为一.
θ
′
被测平板 自准直望远物镜 分划板 目镜
二,测量光学平行度的一般原理
θ= ′
n ( 4 18)
n 为被测玻璃平板的折射率; ′为自准直望远镜中与平板两表
面反射的自准直像间距对应的角度读数值(远物镜 分划板 目镜
二,测量光学平行度的一般原理
如图所示表示自准直望远镜视场中看到的两个自准直像(小十 字线)的相对位置.设分划板上的格值为15′′ ,则两个像的间 距的读数值为 ′ = 22 + 2.252 = 3′ ,当折射率n为1.5时,平板平 行度误差θ = 3 / 1.5 = 2′
第二节 自准直法测量平面光学零件光学平行度
常见的用于测量光学平行度的自准直望远镜有两种: 1.带阿贝目镜(简称阿贝自准直望远镜),测量范围± 60′ ; 2.带测微自准直目镜(简称测微自准直望远镜),测量范围 ±10′ 绝大多数自准直望远镜的分划板上所刻数字为实际对应角度 的一半,这时测量范围分别为±30′和±10′,测量不确定 度分别为±20′和 ±10′(有的测微自准直望远镜可高达 ± 0.3′ ). 二,测量光学平行度的一般原理 测量各种平面光学零件小角度的自准直法的基本原理与自准 直法测量透明玻璃平板不平行度的原理相同.
这后两个像的角距离为经两个屋脊面反射从第二折射面折射 出去的两个像对应的角距离(称为双像差S, = 4n900 cos β S ,n为棱镜材料的折射率,β 为垂直屋脊棱的平面与入射光轴 的夹角)的两倍.由于分划板上的读数已减半,故读得的这 两个像对应的角度就直接等于双像差.
1′
θ1 = δ67 30′
∠BAC之差;γ C 称C棱差,为屋脊AB
在包括AB棱并垂直于图4-12 纸面的平面内的偏折角,
①
′ 11
δ 67030′ 为图中的棱镜∠ABC
0
A
′ 11
B
C
s
2nθ1
(三)等腰屋脊棱镜DⅢ-45°
对着棱镜的AC面哈一口气,视场中的亮度不变的那一个像就 是从入射面BC反射的像,即图4-12(b)中的像.即可从视场 ′ ′ 中①读的 1 = nθ1,11 = nθ11 和S,如图4-12(b)所示,其中 ′ 11应从像②和③的中间算起.θ1,θ11与角度误差,棱差的光 系分别为:1 = δ 67030′,θ11 = 0.76γ C . θ
θ1
P Q
三,反射棱镜光学平行度的测量
为了了解两种光学角度误差和棱差所引起的不平行度在总 的不平行度中各自所占的比重,以便改进工艺,减小误差, 提高生产效率,需要分别测出θ1 和 θ11 .
4
θ1 = δ 45
0
B
δ 45
2
A
2
0
4
2
C
2θ1
2
4
2nθ1
2
′ 11
4
1′
三,反射棱镜光学平行度的测量
反射棱镜的光学平行差与其各个面,棱的实际误差有一定的 关系.对反射棱镜D1-90°来说,应用几何光学的理论可以 推知:它的第一光学平行差等于两个基本角度为45°的二面 角的实际值之间的差θ1 = δ 45 ;它的第二光学平行差等于 直角棱A与其相对的斜面BC的夹角(即棱差 γ A)的 2 倍, θ11 = 1.4γ A .这样的角度关系式,还可以从有关的光学仪器设 θ1 θ11 计手册中查出.
n sin 2θ = sin
二,测量光学平行度的一般原理
由平板前后两表面反射的两束光之间的夹角与平板不平行 度θ 之间有以下关系:sin = n sin 2θ 作小角度近似后有: = 2nθ 由于阿贝式目镜的分划板是按"二倍关系刻度法"刻线的, 也 ′ 就是说,从黑色标尺上读出的两个亮标尺之间的角距离 是 ′ 上式中的 的一半,即自准直望远镜读数减半后得: θ= (4 18) n
望远镜2 角镜4,5 望远镜1
平面镜3
(二)五棱镜WⅡ-90°
远镜2实现自准直,将45°镜中的一块平面镜和平面镜3各绕 垂直轴微调,微调量各占自准直偏离原分划板中心距离的一 半.再将45°角镜转回(图中实线位置),看望远镜1是否 对平面镜3实现自准直,若未自准直,仍用各调一半的办法 使之自准直.这样反复几次,直至45°角镜在两个位置上, 望远镜1和望远镜2都分别对平面镜3严格实现自准直为止.
2nθ1
2 2
4
′ 11
4
1′
三,反射棱镜光学平行度的测量
下面介绍三种反射棱镜的测量. 直角棱镜DⅠ 90° DⅠ(一)直角棱镜DⅠ-90°(等腰,一次反射,使光轴偏转 90°)见图4-9,将棱镜放在自准直仪上,调整自准直望远镜 和工作台,可以从望远镜视场中找到自棱镜两个折射面AC和 AB面反射回来的两个十字线像,使其中一个的竖线与刻尺的 4 长竖线重合,另一个的横线与长横线重合,
望远镜2 角镜4,5 望远镜1
平面镜3
(三)等腰屋脊棱镜DⅢ-45°
如图4-12,如果存在角度误差和棱差,在自准直望远镜视场 中也要出现两个自准直像;如果屋脊角不等于90,则从第二 个折射面反射回来的像要被分成两个,这时视场中共有三个 像.
1′
θ1 = δ 67 30′
0
A
′ 11
2nθ1
B
C
s
(三)等腰屋脊棱镜DⅢ-45°
θ
′
被测平板 自准直望远物镜 分划板 目镜
实际测量中,光束不一定要严格垂直于前表面入射,只要入射 角较小(例如小于 6 0 ),式(4-18)仍然是成立的.
二,测量光学平行度的一般原理
由此可见,自准直测角法的基本原理很简单,但其应用却非 常广泛,不仅在光学行业,而且在机械制造等行业都有着广 泛应用. 由几何光学可知,在计算反射棱镜的外形尺寸和像差时, 可以以其反射面为对称面,把它展开成等效平板玻璃,反射 棱镜展开后与平板等效,为保证光学系统的性能和像质,等 效平板玻璃的入射面和出射面必须严格平行.然而由于棱镜 加工中不可避免的误差,使得它们不可能绝对平行,这就造 成了反射棱镜的光学平行差.因此上述测量平板平行度测量 原理完全适用于反射棱镜的平行度的测量.
三,反射棱镜光学平行度的测量
所有反射棱镜.当入射光轴截面内的各个角度没有误差和 各个棱彼此平行(棱的不平行偏差称为棱差或塔差)时,都 能展开成入射面和出射面严格平行的等效玻璃平板.如果有 角度误差和棱差,展开后的平板入射面和出射面将不平行. 光学平行差:当光线从反射棱镜的入射面垂直入射时,它在 出射前相对于出射面法线所偏离的角距离. θ
0
2
B
δ 45
4
0
2
θ1 = δ45
0
2
C
A
2 2
4
′ 11
2θ1
2nθ1
4
1′
(二)五棱镜WⅡ-90°
如图所示没有误差的五角棱镜应有∠A = 900 , ∠C = 450 ,A棱和 C棱在AC连线方向是平行的,这时 A′′D ′ 面平行于AB 面.如果 A′′ D′ AB 存在角度误差和棱差, 面和 A′′D ′ 面将不平行,这时在自准直望远镜 1′ 中出现两个自准直像,读出的角度 B′ 3 2 ′ 分别为1′ = nθ1 , 11 = nθ11 C A′ ′ 11 1 3 2 1 0 0 θ 其中 :1 = 2 45 90 ,θ11 = 1.4γ B 1 2 3
0
Q
′ 11
1′
三,反射棱镜光学平行度的测量
为此要求自准直望远镜分划板上的两条互相垂直的刻度尺分 别平行和垂直于入射光轴截面,利用这两条刻线尺即可分别 ′ 测出θ1 和θ11,如图4-9(b)所示(图中 1′ = nθ1 , 11 = nθ11 ).
4
B
δ 45
2
A
0
2
4
θ1 = δ45
2
0
C
2θ1
望远镜2 角镜4,5 望远镜1
平面镜3
(二)五棱镜WⅡ-90°
这时即达到平面镜3的法线与两测微自准直望远镜的瞄准轴 严格垂直(若测微自准直望远镜的测角误差不大于2′,则 其垂直度不大于1′).撤去45°角镜换上被测五棱镜,使 望远镜1的瞄准轴大致垂直于五棱镜的入射面(从入射面反 射回望远镜1 的分划像大致位于分划中心),用望远镜1的 测微器测出平面镜3反射的分划像偏离分划中心的角值,它 的一半就是五棱镜的入射光束与出射光束的垂直度.
第二节 自准直法测量平面光学零件光学平行度
一,概述 差(反映屋脊棱镜的屋脊角误差)就可以知道棱镜误差和 棱的偏差是否在允许的范围内,不必测量各个角度的实际 大小和各个棱之间的夹角. 本节主要介绍应用自准直望远镜测量那些能够沿入射光 轴展开成等效玻璃平板的棱镜的光学平行度.这些棱镜有 直角棱镜,五棱镜,列曼棱镜等,还包括直角屋脊棱镜, 列曼屋脊棱镜等多种屋脊棱镜.以上各种棱镜统称为反射 棱镜.还有等边三棱镜,角隅棱镜等.当然也包括平面平 行玻璃板,但不包括道威棱镜,因其光轴不与折射面垂 直,不能同时看到两个折射面的自准直像.