平行光管的基本原理及使用方法

　　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;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。

　　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:

　　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Δβ。

　　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Δβ的关系为:

　　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。