平行光管的基本原理及使用方法

1、982仪器仪表学报第 27 卷平行光管的基本原理及使用方法王 磊1 ,2 王守印1 周 虎1 ,2 张余彬31 （中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 长春 130033）2 （中国科学院研究生院 北京 100039）3 （天津钢管集团股份有限公司 天津 300301）摘 要 平行光管是最基本的校验仪器。为了便于光学仪器的安装和校验，着重介绍了平行光管的基本原理及结构组成。 它主要由物镜、分划板和毛玻璃组成,五种分划板决定了平行光管的不同用途。根据生产实践要求而设计的平行光管，可以 在室内提供有限距离的目标。它可以用于仪器的装校,光学系统特性常数的测定等。关键词 平行光管 光学系统 焦距Ba

2、sic principles and use method of collimatorWang Lei1 ,2 Wang Shouyin1 Zhou Hu1 ,2 Zhang Yubin31 (CAS Changchun Institute of Optics , Fine Mechanics and Physics , Changchun 130033 , China)2 ( Graduate School of the Chinese Academy of Sciences , Beijing 100039 ,China)3 ( Tianjin Steel Tube Company , T

3、ianjin 300301 , China)Abstract Collimator is the most basic calibrating instrument . For easy to install and checkout optical instrument , here primarily int roduces t he basic principles and st ruct ure component of collimator , which is composed of object lens 、divisional board and ground glass. F

4、ive kind divisional board determines the different uses of the collimator. Collimator is designed by the request of production practice , it canoffer the object infinitefarness location indoor. It is used to install and checkout instrument , and mensurate t he characteristic of optical system. 1994-

5、2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, Key words colli mato r op tical syst em foci1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

6、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图 1 平行光管的结构原理的目标。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

7、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。图2分划板的几种形式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:y=ftgB式中:y为刻线至分划板中心距离,f为平行光管的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。也就 是说，标准值为B的刻线实际已位于y + Ay处；同样, f的实际值与设计值也存在一定的误差Af。这样，由 于Ay和Af而产生了角度的示

8、值误差A。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Ay和物镜 焦距误差Af与平行光管角度误差A的关系为：Ag_Ay AftB = y - f(2)当Ay = 0时,f的实际值若比设计值大1 %,则B 的实际值将比设计值小1 %。当Af = 0时，将yefB 代入式(2)后可看出A与Ay成正比,而与f成反比。由于减小Ay和Af总有一定限度，所以为了减小A , 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

9、地刻度中心与物镜光轴重合。4平行光管的结构平行光管按焦距的不同可分为短焦距、中等焦距 和长焦距平行光管。这种划分并不是很严格。我国已 对平行光管的焦距制定了系列标准,生产平行光管时 采用了标准的焦距值。由于焦距的不同,使用条件的 不同 ,平行光管采用了不同的结构形式。4.1直管式平行光管焦距较短的平行光管常做成直管式,形式如图1 所示。这种平行光管分划板位置一般为固定的,可根 据不同的需要安置各种形式的分划板,能满足一般使 用要求 ,便于搬运。4.2 可调视度式平行光管如图 4所示,视度是指光学仪器出射光束会聚或 发散的程度。这种平行光管的分划板装在可以动的伸 缩筒一端,当分划板位于物镜焦平面

10、时,可成像于无限 远;离开焦平面时可成像于有限距离处,见图 4(b) 。 这种平行光管常作为通用仪器的部件,其分划板一般 可根据不同需要方便地进行更换。4.3 分离式平行光管当平行光管的焦距很长时 ,采用金属镜管很困难 , 所以常做成分离式。如图 5 所示。这种设备占据空间 较小 ,缺点是容易受到杂光及气流的影响。图5分离式平行光管4.4折转式平行光管折转式平行光管的主要性能与直管式相同,不同 的是利用平面镜将光路进行了折转,如图6 所示。采用这种结构可以缩小仪器的体积 ,操作方便。图 6 折转式平行光管4.5反射式平行光管口径300mm、焦距3000mm以上的大口径平行光 管，一般采用非球面

11、反射物镜，如图7所示图 7 反射式平行光管反射物镜与折射物镜相比有以下优点:(1) 不受光学材料折射率、均匀性、条纹度等 影响;(2) 没有色差 ;(3) 结构简单 ;(4) 对光学材料要求主要是应力消除程度和气 泡度;反射式平行光管的主要缺点是(1) 反射零件表面形状误差要求比对折射零件的 要求严格;(2) 反射物镜采用了非球面,磨制较困难;5结论平行光管是校正过程中常用的一种基本光学工 具，了解平行光管的基本原理和使用方法，对光学仪器 的安装和校正具有非常重要的意义。参考文献1 机械工业部仪器仪表工业局.光学测量M.北京:机 械工业出版社,1985(9) :19225.2 邱松发.光学仪器装配与校正M.北京：国防工业出 版社 ,1980(4) :95298.3 曹根瑞.一种新概念平行光管J.北京:北京理工大 报 ,2003 :4532456.4 甘永立