平行光管的调节与使用

1、2.24 平行光管的调节与使用目的1了解平行光管的构造及原理;2掌握平行光管的调节方法;3学会使用平行光管测量透镜焦距及分辨率的方法.仪器及用具550型平行光管、可调式平面反射镜、分划板一套(包括十字分划板、玻罗板、分辨率板和星点板)、测微目镜及待测透镜.实验原理一、 平行光管的结构12345678910图2.24-1 1.可调式反射镜;2.物镜;3.分划板;4.光阑;5.分光板;6.目镜;7.出射光瞳;8.聚光镜;9.光源;10.十字螺钉.平行光管主要是用来产生平行光束的,它是校验和调整光学仪器的重要工具,也是重要的光学量度仪器.若配用不同的分划板及测微目镜或读数显微镜,可测定和检验透镜或透

2、镜组的焦距、分辨率及其成像质量实验室中常用的CPG550型平行光管,附有高斯目镜和可调式平面反射镜,其光路图如图2.24-1所示.由光源发出的光,经分光板后照亮分划板,而分划板被调节在物镜的焦平面上.因此,分划板的像将成于无穷远,即平行光管发出的是平行光束,可用高斯目镜根据自准直原理来检验.二、平行光管的规格及附件1平行光管:焦距f为550mm(名义值),使用时按实测值.口径D=55mm,相对孔径D: f=1:10.2高斯目镜:焦距为44mm,放大倍率5.7.(a)(b)12345610111516202122232425(c)(d)图2.24-2 分划板3分划板:图2.24-2(a)为十字分

3、划板,其作用是用来调焦和光路共轴的.图2.24-2(b)为玻罗板,它与测微目镜或显微镜组组合,用来测定透镜或透镜组的焦距. 玻罗板的玻璃基板上,用真空镀膜的方法镀有五组线对,各组线对之间距离的名义值分别为1.000mm;2.000mm;4.000mm;10.000mm和20.000mm,使用时应以出厂的实测值为准.图2.24-2(c)为分辨率板,该板有两种(号、3号),可以用来检验物镜和物镜组件的分辨率,板上有25个图案单元,对于2号板,从第1单元到第25单元每单元条纹宽度由20递减至5,而3号板则由40递减至10m.图2.24-2(d)为星点板,星点直径0.05mm,通过光学系统后产生该星点

4、的衍射花样,根据花样的形状可以定性检查系统成像质量的好坏.实验内容一、 平行光管的调节为了正确使用平行光管和确保平行光管的出射光线严格平行,必须在使用前对平行光管进行调节.(一)调节要求1使十字分划板严格处于物镜的焦平面上.2使十字分划板十字线中心同平行光管的光轴相重合.(二)调节步骤1将仪器按图2.24-1所示放置.2调节目镜,使在目镜中能清楚地观察到十字分划板的十字线.3调节平面反射镜,使平行光管射出的光束返回平行光管,即在目镜视场中能见到十字叉丝的反射像且与物像重合.4细心调节分划板座的前后位置,在目镜中不仅能同时清楚地看到十字线并且与反射回来的像无视差.这时分划板已基本调整在物镜的焦平

5、面上了.(为什么?)5松开平行光管的十字螺钉,将平行光管绕光轴转过180度,若分划板十字线的物与像不重合,这说明十字线中心同光轴不重合.6分别调节平面反射镜及分划板座中心调节螺钉,两者各调一半,使分划板十字线的物与像重合.7重复步骤5和6,反复调节直到转动平行光管时,十字线的物与像始终重合.至此,平行光管已调节完毕.二、 测定透镜的焦距波罗板y-ffx-yFLLX平行光管物镜待测透镜图2.24-3(一)原理如果平行光管已调节好,并使玻罗板位于物镜L的焦平面上,那么,从玻罗板出射的光,经物镜L后变成平行光,平行光通过待测透镜Lx后,将在Lx的第二焦平面F上会聚成像,其光路如图2.24-3所示,因

6、而玻罗板上的线对必然成像于F面上.由图2.24-3可以得到待测透镜的焦距为光源玻罗板平行光管待测透镜测微目镜图2.24-4式中y是玻罗板上所选用线对间距的实测值,y是玻罗板上对应像的间距的实测值,f是平行光管物镜第二焦距的实测值.(二)步骤1将平行光管中的分划板换成玻罗板,并调节使之位于平行光管物镜的焦平面上.按图2.24-4放置好平行光管、待测透镜及测微目镜,并使之共轴,测微目镜放在待测透镜第二焦平面附近.2沿光轴前后移动透镜,使在测微目镜中看到清楚的玻罗板线对的像.3选用玻罗板上的不同线对,用测微目镜测出玻罗板线对像的间距y,重复三次,取平均值,计算待测透镜的焦距.三、测透镜的分辨率(一)

7、原理分辨率(或分辨本领)是指光学系统能够分辨细微结构的能力,它是光学系统成像质量的综合性指标.按照几何光学的原理,任何靠近的两个物点,经光学系统后所成的像也应该是两个“点”.但这是不可能的,因为即使光学系统无像差,由于光的衍射作用,一个物点的像不再是一个“点”，而是一组衍射花样.根据衍射理论,一个透镜的分辨率用它能够分辨两组衍射花样的最小角距离表示.若D为透镜孔径,为光波波长,则最小角距离为 如图2.24-4所示,若将分辨率板置于平行光管的物镜焦平面上,那么,在待测透镜的第二焦平面附近,将得到分辨率板的像.用测微目镜观察此像,待测透镜的质量越高,观察到的能分辨的单元号码就越高,找出分辨率板上刚

8、能分辨的单元号码,然后按下式计算透镜可分辨的最小角距离式中2a为相邻两条刻线的间距,a为刻纹宽度(单位毫米,由附表可以查得), f为平行光管焦距的实测值(二)测量分辨率的方法1如图2.24-4所示,安排好仪器,将玻罗板换3号分辨率板.2调节各光学元件,使之共轴,并将测微目镜放置在待镜的第二焦平面附近.3沿光轴前后移动透镜,使测微目镜中能够看到分辨率板的像,并读出分辨率板上刚能被分辨的单元号码.查阅附表,计算出.4测出透镜的孔径D,由(2.24-2)式计算与由(2.24-3)式测得的进行比较(取=550.0nm).思考题1平行光管是怎样产生平行光束的?2平行光管调节的具体要求是什么?附表 分辨率板条纹宽度及最小分辨角(3号分辨率板)单元号单元中每一组的条纹数条纹宽度(m)当平行光管f=550时最小分辨率角 (秒)1440.030.002437.828.353435.626.704533.625.205531.723.786530.022.507628.321.238626.720.039625.218.9010723.817.8511722.516.8812821.215.9013820.015.0014918.914.18