分光计的广角倍率物镜设计

　　1.引言

　　分光计实验是大学物理实验课程中一个非常重要的基本实验，其实验内容丰富，可以完成顶角测量、折射率测量、光栅常数测量等多个实验内容[1][2]。其中望远镜光轴、待测角平面与公共转轴垂直的调整，是该实验的一个难点。在分光计的调整过程中，首先利用目测粗调尽快找到反射十字像是整个调整的关键。经过实际测试，用眼睛目测平面镜和望远镜的垂直度，一般判断的误差约2度，有些学生的判断误差要远大于2度，而分光计最大视场范围小于，所以在一般情况下，反射十字像很难在望远镜视场范围内出现，学生在找反射像时需要花费大量的时间和精力，用于分光计调整的时间约占整个实验时间的一半。由于实验时间的限制，这将对学生在实验现象的认真观察、准确测量以及顺利完成整个实验内容等方面造成较大的影响。为了解决该问题，我们设计了一个可迅速找到反射像的广角倍率物镜，借助该装置，学生经过目测粗调就可以很容易的找到反射像，从而大大地提高分光计的调整速度。

　　2.广角倍率物镜的设计

　　采用的变焦距(即变视场角)设计方案，可以很好解决快速找像问题。该方法在卫星和导弹跟踪测量系统中已得到了广泛的应用。把分光计中的望远物镜改为变焦距系统，是一个可行的方案。利用短焦距广角端方便找像和长焦距望远端保证照准精度用于测量的特点，可以较好地解决找像难的问题。但是把该方法应用在分光计实验中，需对分光计望远镜的结构做较大改动。为了不改动原分光计的仪器结构，我们设计了一个广角倍率物镜装置，作为附件直接安装在分光计望远镜的物镜前使用，无须对分光计进行任何改动就可以达到快速找到反射像的目的。广角倍率物镜的系统光路如图一所示:

　　图中虚框内是广角倍率物镜装置，f为分光计望远镜物镜，a为没放广角倍率物镜装置时的视角，为放上广角倍率物镜装置后的视角，放大倍率。

　　为了选取合理的放大倍率，我们进行了多次的实际操作和测量。根据我们实验的结果，分光计的望远镜视场角约为1040‘左右，如果能把分光计望远镜系统视场角增至左右，自准直反射的小十字像就很容易出现在视野中。据此我们选择前置广角倍率物镜的放大倍数为3倍。

　　考虑到成像质量和制作难度，为了减少相对孔径，在可能的范围之内，透距应尽量选取大一些的透镜焦距组合。考虑到分光计的物镜前可使用空间长度D为45毫米，透镜焦距的选取应满足如下条件:

　　一个伽里略望远镜，与分光计望远镜镜筒衔接，组成了如图一所示的前置广角倍率物镜(倒里的伽利略望远镜)。在分光计调节找像时，加上广角倍率物镜扩大视野，测童时取下广角倍率物镜保证照准精度。