平行光管的調節(jié)與應用

平行光管的調節(jié)與應用第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日綱要預習問題研究背景實驗目的和教學要求實驗儀器實驗原理實驗內容與步驟最新研究進展第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日預備問題及課堂討論題1．測凸透鏡焦距和分辨率時，透鏡與平行光管間的距離對結果有無影響？2．如何用一元線性回歸方法來計算透鏡焦距，特別是有多個但不完整的玻羅板線對的數(shù)據時，還能獲得焦距的測量值嗎？3.導出分辨率的測量公式，式中206265″是怎么來的？4.討論人眼在明視距離和遠處（例如10m處）能分辨的最小距離（眼瞳直徑的調節(jié)范圍約為2～8mm）5.測量透鏡分辨率時，若將鑒別率板的成像再進行一級放大，是否能提高透鏡的分辨率（設放大系統(tǒng)的分辨率高于透鏡）？6.玻羅板放不到位，對測量的焦距值有什么影響？第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日研究背景平行光管的用途：

平行光管是通過它取得來自無遠的光束，此光束謂之平行光。是裝校調整光學儀器的重要工具，也是光學量度儀器中的重要組成部分，配用不同的分劃板，連同測微目鏡頭，或顯微鏡系統(tǒng)，則可以測定透鏡組的焦距，鑒別率，及其他成像質量。將附配的調整式平面反光鏡固定于被檢運動直線的工件上，用附配于光管的高斯自準目鏡頭，通過光管上的高斯目鏡觀察，可以進行運動工件的直線性檢驗。

第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日實驗目的和教學要求了解平行光管的結構，掌握平行光管的調節(jié)方法。學習使用平行光管測定薄透鏡的焦距。了解分辨率的概念，利用平行光管測量透鏡的分辨本領；第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日如圖示，選用測微目鏡，使被測透鏡焦平面上所成玻羅板的像也在測微目鏡的焦平面上，便可測量。因為所以實驗原理

-----透鏡焦距測量式中f1’為被測透鏡焦距，f’為平行光管焦距實測值（貼于平行光管管壁上，單位毫米）,h為玻羅板上所選用線距實測值(實驗中為名義值)，h’1為玻羅板線對像的線間距(測量值)。1.玻羅板2.平行光管物鏡3.被測凸透鏡4.測微目鏡第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日實驗原理

-----透鏡焦距測量光路圖演示物鏡待測透鏡f’f1’hh1’第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日實驗原理

-----透鏡的分辨率(a)(b)(c)分辨率與瑞利判據

光學系統(tǒng)的鑒別率是該系統(tǒng)成像質量的綜合性指標，按照幾何光學的觀點，任何靠近的兩個微小物點，經光學系統(tǒng)后成像在像平面上，仍然應是兩個“點”像。事實上，這是不可能的。即使光學系統(tǒng)無像差，通過光學系統(tǒng)后，波面不受破壞，而根據光的衍射理論，一個物點的像不再是“點”，而是一個衍射花樣。光學系統(tǒng)能夠把這種靠得很近的兩個衍射花樣分辨出來的能力，稱為光學系統(tǒng)的鑒別率。瑞利提出了一個判據：如果一個物點的衍射圖樣中央主極大與另一個物點的衍射中央主極大傍的第一極小相重合時，這兩個物點是恰可分辨的。第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日根據衍射理論和瑞利準則，儀器的最小分辨角為=1.22/D式中的單位為弧度，D為入射光瞳直徑，為光波波長。當平行光管物鏡焦平面上的鑒別率板產生的平行光（將平行光管的分劃板換成鑒別率板）射入被測透鏡時，在被測透鏡的焦平面附近，用測微目鏡可觀察到鑒別率板的像。如果被檢透鏡質量高，在視場里觀察到能分辨的單元號碼越高。仔細找出盡可能高的分辨單元號碼，由下式測定鑒別率角值式中為角值，a為條紋寬度,f’為平行光管焦距。實驗原理

-----透鏡的分辨率第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日實驗儀器5W-F550型平行光管的結構圖測微目鏡分劃板第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日實驗儀器(一)平行光管平行光管主要是用來產生平行光束的光學儀器，是裝校和調整其他光學系統(tǒng)的重要工具之一，也是光學度量儀器的重要組成部分。若配用不同的分劃板，并選用讀數(shù)顯微鏡或測微目鏡，可以測定光學系統(tǒng)的焦距、分辨率及其成像質量。光源發(fā)出的光經聚光鏡會聚與分光板反射后均勻照亮分劃板。當分劃板位于物鏡的焦面上時，分劃板的像在物鏡像空間的無窮遠處，即由平行光管發(fā)出的光是平行光束。1-光源：在平行光管中，利用白熾燈作為光源2-毛玻璃：由于燈絲發(fā)出的光不是均勻的面光源，因此需要通過毛玻璃將其轉換成均勻的面光源照射分劃板。3-分劃板：十字叉絲，波羅板，鑒別率板，星點板。4-物鏡：平行光管物鏡第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日實驗儀器波羅板。分劃板上用真空鍍膜的方法鍍上五組線對，各線對間距名義值分別是：1mm，2mm，4mm，10mm，20mm。3號分辨率板。每板上面都有25個單元圖案，每個單元有四個方向，每個方向都由一些平行的刻線所組成的。3號板則從40μm遞減到10μm。第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日實驗儀器(四)測微目鏡

帶測微裝置的目鏡，由目鏡、可動分劃板、讀數(shù)鼓輪與連接裝置等組成。目鏡把叉絲和被觀測的像同時放大，其放大倍數(shù)不影響測量數(shù)據大小，但可以提高測量準確程度。旋轉鼓輪，刻有十字叉絲的可動分劃板就可以左右移動。它的位置可以在外面直接讀出。測量時，應先調節(jié)目鏡，看清楚叉絲，然后轉動鼓輪，使基準線與被測物的像的一端重合，便可得到一個讀數(shù)。再轉動鼓輪，使基準線與被測物像的另一端重合，又可得到一個讀數(shù)。兩讀數(shù)之差，即被測物的尺寸。實驗中用兩種測微目鏡，如圖示。第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日實驗儀器其讀數(shù)方法和螺旋測微器差不多，毫米以上的刻度在固定套管上直接讀出；毫米以下的刻度在鼓輪上讀出。讀數(shù)鼓輪每旋轉一周，叉絲移動1mm，鼓輪上有100個分格，故每一格對應的讀數(shù)為0.01mm，再估讀一位。實驗中有兩種測微目鏡,不同之處在于鼓輪刻度如同所示.012345678

（a）（b）10504.059mm7075805103.737mm雙基準線，測量時，此線夾住待測刻線時讀數(shù)，整數(shù)位在視野中讀取，小數(shù)位在鼓輪上讀取豎線為基準線，測量時，豎線對準讀數(shù)，數(shù)值均在鼓輪上讀取。注意：整數(shù)位是反的。第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日實驗儀器測微目鏡注意事項：(1)測量時，鼓輪應沿同一方向旋轉，不得中途反向，以避免空程誤差。(2)被測量物的線度方向必須與基準線方向平行，否則會引入系統(tǒng)誤差。(3)被測量物的像與基準線重合，不能存在視差(4)雖然測微目鏡測量范圍為0～10mm，但一般測量應盡量控制在1～9mm范圍內進行，以保護測微裝置的準確度，切忌讀出負值。(5)零點修正值的存在，注意整數(shù)位的讀法。第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日實驗內容與步驟（一）實驗中平行光管以調整好，不再需要調節(jié)。（二）測量凸透鏡的焦距１）將被測凸透鏡置于平行光管的前方，在透鏡的前方放上測微目鏡，調節(jié)平行光管、被測凸透鏡和測微目鏡，使它們大致在同一光軸上，盡量讓測微目鏡拉近到實驗人員方便觀察的位置。２）將玻羅板放入平行光管中，罩上直筒形光源。３）轉動測微目鏡的調節(jié)螺絲，直到從測微目鏡里面能看到清晰的叉絲或標尺為止。４）前后移動凸透鏡，使被測凸透鏡在平行光管中的玻羅板成像于測微目鏡的標尺和叉絲上，表明凸透鏡的焦平面與測微目鏡的焦平面重合。５）用測微目鏡測出玻羅板像中20、10、4mm兩刻線的位置，并計算線對間距的測量值，重復六次，將各數(shù)據填入自擬表中。

6）讀出平行光管的焦距實測值和玻羅板兩刻線的實測值（出廠時儀器說明書中給定）第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日012345678

實驗內容與步驟實驗裝置圖玻羅板毛玻璃測微目鏡待測透鏡物鏡消空程記錄第一組線對數(shù)值h1左記錄第二組線對數(shù)值h2左記錄第二組線對數(shù)值h2右記錄第一組線對數(shù)值h1右第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日實驗內容與步驟（三）用平行光管測凸透鏡的分辨率（１）取下玻羅板，換上3號鑒別板，裝上光源。（２）將測微目鏡、被測透鏡、平行光管依次放好。（３）移動被測透鏡的位置，使3號分辨率板成像于測微目鏡的焦平面上。用眼睛認真地從分辨率板1號單元上開始往下數(shù)，數(shù)出哪一個號數(shù)單元的線條能被剛好分辨清楚，記下此號碼。（４）在表中查出條紋寬度值，將條紋寬度值和平行光管焦距實測值代入公式，求出分辨率角值。第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日實驗注意事項不得用手觸摸儀器的光學元件及其測量附件的表面調節(jié)螺絲時，不得用力硬擰以免造成滑絲和儀器變形必須記錄使用的平行管的焦距及玻羅板線距值。測量時單向測量分劃板放到位

4小格算一個單元格第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日數(shù)據處理要求1．測量透鏡焦距自行設計記錄表格，根據測量數(shù)據分別計算凸透鏡的焦距，即各組線對分別對應的焦距值，即最終的平均值。2．測量透鏡的分辨率計算分辨率角值和單位mm的線數(shù)N第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日最新進展平行度測試儀是檢測大型光電經緯儀多光軸系統(tǒng)平行度的設備,要求平行度測試儀的精度要達到0.5".方法是利用一塊反射鏡和兩塊五棱鏡將一束準直光束分光成兩束平行光束,大型經緯儀的兩個光學系統(tǒng)分別接收這兩束平行光,兩束平行光所成像的脫靶量差值即為兩光學系統(tǒng)的光軸平行度.利用兩個精度為0.1"的自準直平行光管和一塊平面反射鏡檢測平行度測試儀精度.經檢測標定后平行度測試儀的精度可達到0.5",能夠很好的滿足檢測平行度為2"的光學系統(tǒng)的檢測.第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日最新進展激光平行光管，是一種通常對無窮遠調焦，提供高平行度，低發(fā)散度光束的激光器，其光學系統(tǒng)由高質量的高級望遠物鏡組成。激光平行光管具有以前平行光管的優(yōu)點,且可以與數(shù)字相移干涉儀對接,直接進行波前誤差的高精度測量。激光平行光管可以在長距離上提供直線度甚高的圓形光斑的光束，并且在距離變化時光斑尺寸變化甚小，亦可按用戶需要提供異形光斑的激光平行光管。激光平行光管被廣泛應用于機器視覺，工業(yè)自動化控制領域作為照明光源。該產品高平行度，低發(fā)散度的特性，能使被測物體的投影圖像和實物保持同等外形，在輪胎，香煙，五金檢測方面游刃有余。

第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日最新進展JZC型自準測微平行光管,是一種高精度測試儀器.它可以測量微小角度位移及平面的微小起伏,是目前我國工廠和實驗室中不可缺少的測試儀器之一.其主要用途如下:

1、測量機床表面及其它平面的平直度;

2、測量長導軌或平尺的直線性;

3、測量兩垂直面間的垂直度;

4、測量兩光學平面間的角度。本儀器可以直接測量微小角度偏差。

第二十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日最新進展NWJ-3內調焦望遠鏡是一種多用途的、使用方便的光學檢測調整儀器，可以作為自準直光管和可調焦望遠鏡使用。廣泛地應用于光學實驗室和光學車間作為檢驗和調整工具，如檢測平面間的平行度、孔徑間的同軸度、激光管生產貼片等，導軌的直

線性以及基準面的垂直度等。

第二十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日相關文獻1、《大學物理實驗》華中科技大學出版社，熊永紅等編著2、《基于CCD的平行光管十字叉線亞像素提取技術》，<<機電工程技術

>>2004年08期

楊斌

,劉建瓴

,林緒虹

,吳庭萬

,劉桂雄

3、《Φ300非球面激光平行光管的研制》，