1、平行光管的調(diào)節(jié)與應(yīng)用第1頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三綱要預(yù)習(xí)問題研究背景實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)要求實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟最新研究進(jìn)展第2頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三預(yù)備問題及課堂討論題1測凸透鏡焦距和分辨率時(shí)，透鏡與平行光管間的距離對結(jié)果有無影響？2如何用一元線性回歸方法來計(jì)算透鏡焦距，特別是有多個(gè)但不完整的玻羅板線對的數(shù)據(jù)時(shí)，還能獲得焦距的測量值嗎？3. 導(dǎo)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(yuǎn)處（例如10 m處）能分辨的最小距離（眼瞳直徑的調(diào)節(jié)范圍約為28 mm）5. 測量透鏡分辨率時(shí)，若將鑒別率板的

2、成像再進(jìn)行一級放大，是否能提高透鏡的分辨率（設(shè)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3頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三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(yuǎn)的光束，此光束謂之平行光。是裝校調(diào)整光學(xué)儀器的重要工具，也是光學(xué)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(zhì)量。將附配的調(diào)整式平面反光鏡固定于被檢運(yùn)動(dòng)直線的工件上，用附配于光管的高斯自準(zhǔn)目鏡頭，通過光管上的高斯目鏡觀察，可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)工件的直線性檢驗(yàn)。 第4頁，共26頁，2022年，5月20日

3、，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)要求 了解平行光管的結(jié)構(gòu)，掌握平行光管的調(diào)節(jié)方法。 學(xué)習(xí)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(lǐng)；第5頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三 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?yàn)樗詫?shí)驗(yàn)原理 -透鏡焦距測量式中 f 1為被測透鏡焦距， f 為平行光管焦距實(shí)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(shí)測值(實(shí)驗(yàn)中為名義值)，h1 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6頁，共2

4、6頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)原理 -透鏡焦距測量光路圖演示物鏡待測透鏡f f 1hh1第7頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)原理 -透鏡的分辨率(a) (b) (c) 分辨率與瑞利判據(jù) 光學(xué)系統(tǒng)的鑒別率是該系統(tǒng)成像質(zhì)量的綜合性指標(biāo)，按照幾何光學(xué)的觀點(diǎn)，任何靠近的兩個(gè)微小物點(diǎn)，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后成像在像平面上，仍然應(yīng)是兩個(gè)“點(diǎn)”像。事實(shí)上，這是不可能的。即使光學(xué)系統(tǒng)無像差，通過光學(xué)系統(tǒng)后，波面不受破壞，而根據(jù)光的衍射理論，一個(gè)物點(diǎn)的像不再是“點(diǎn)”，而是一個(gè)衍射花樣。光學(xué)系統(tǒng)能夠把這種靠得很近的兩個(gè)衍射花樣分辨出來的能力，稱為光學(xué)系統(tǒng)的鑒別率。 瑞利提出了一

5、個(gè)判據(jù)：如果一個(gè)物點(diǎn)的衍射圖樣中央主極大與另一個(gè)物點(diǎn)的衍射中央主極大傍的第一極小相重合時(shí)，這兩個(gè)物點(diǎn)是恰可分辨的。第8頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三 根據(jù)衍射理論和瑞利準(zhǔn)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(dāng)平行光管物鏡焦平面上的鑒別率板產(chǎn)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(shí)，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(zhì)量高，在視場里觀察到能分辨的單元號碼越高。仔細(xì)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(shí)驗(yàn)原理

6、-透鏡的分辨率第9頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)儀器5W-F550型平行光管的結(jié)構(gòu)圖測微目鏡分劃板第10頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)儀器(一)平行光管平行光管主要是用來產(chǎn)生平行光束的光學(xué)儀器，是裝校和調(diào)整其他光學(xué)系統(tǒng)的重要工具之一 ，也是光學(xué)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(xué)系統(tǒng)的焦距、分辨率及其成像質(zhì)量。光源發(fā)出的光經(jīng)聚光鏡會(huì)聚與分光板反射后均勻照亮分劃板。當(dāng)分劃板位于物鏡的焦面上時(shí)，分劃板的像在物鏡像空間的無窮遠(yuǎn)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，

7、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(zhuǎn)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(diǎn)板。4 - 物 鏡：平行光管物鏡第11頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)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(gè)單元圖案，每個(gè)單元有四個(gè)方向，每個(gè)方向都由一些平行的刻線所組成的。3號板則從40m遞減到10m。第12頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)儀器(四)測微目鏡 帶

8、測微裝置的目鏡，由目鏡、 可動(dòng)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(shí)放大，其放大倍數(shù)不影響測量數(shù)據(jù)大小，但可以提高測量準(zhǔn)確程度。旋轉(zhuǎn)鼓輪，刻有十字叉絲的可動(dòng)分劃板就可以左右移動(dòng)。它的位置可以在外面直接讀出。測量時(shí)，應(yīng)先調(diào)節(jié)目鏡，看清楚叉絲，然后轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，使基準(zhǔn)線與被測物的像的一端重合，便可得到一個(gè)讀數(shù)。再轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，使基準(zhǔn)線與被測物像的另一端重合，又可得到一個(gè)讀數(shù)。兩讀數(shù)之差，即被測物的尺寸。實(shí)驗(yàn)中用兩種測微目鏡，如圖示。第13頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)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

9、輪上讀出。 讀數(shù)鼓輪每旋轉(zhuǎn)一周，叉絲移動(dòng)1mm，鼓輪上有100個(gè)分格，故每一格對應(yīng)的讀數(shù)為0.01mm，再估讀一位。實(shí)驗(yàn)中有兩種測微目鏡,不同之處在于鼓輪刻度如同所示.0 1 2 3 4 5 6 7 8 （a） （b）10504.059mm7075805103.737mm雙基準(zhǔn)線，測量時(shí)，此線夾住待測刻線時(shí)讀數(shù)，整數(shù)位在視野中讀取，小數(shù)位在鼓輪上讀取第14頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)儀器測微目鏡注意事項(xiàng)：(1) 測量時(shí)，鼓輪應(yīng)沿同一方向旋轉(zhuǎn)，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(zhǔn)線方向平行，否則會(huì)引入系統(tǒng)誤差。(3) 被測量物的像與基準(zhǔn)

10、線重合，不能存在視差(4) 雖然測微目鏡測量范圍為010mm，但一般測量應(yīng)盡量控制在19mm范圍內(nèi)進(jìn)行，以保護(hù)測微裝置的準(zhǔn)確度，切忌讀出負(fù)值。(5) 零點(diǎn)修正值的存在，注意整數(shù)位的讀法。第15頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（一）實(shí)驗(yàn)中平行光管以調(diào)整好，不再需要調(diào)節(jié)。（二）測量凸透鏡的焦距 ）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(diào)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(shí)驗(yàn)人員方便觀察的位置。 ）將玻羅板放入平行光管中，罩上直筒形光源。 ）轉(zhuǎn)動(dòng)測微目鏡的調(diào)節(jié)螺絲，直到從測微目鏡里面能看到清晰的叉絲或

11、標(biāo)尺為止。 ）前后移動(dòng)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(biāo)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。 ）用測微目鏡測出玻羅板像中20、10、4mm兩刻線的位置，并計(jì)算線對間距的測量值，重復(fù)六次，將各數(shù)據(jù)填入自擬表中。 6 ）讀出平行光管的焦距實(shí)測值和玻羅板兩刻線的實(shí)測值（出廠時(shí)儀器說明書中給定）第16頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三0 1 2 3 4 5 6 7 8 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)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17頁，共26

12、頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（三）用平行光管測凸透鏡的分辨率（）取下玻羅板，換上3號鑒別板，裝上光源。（）將測微目鏡、被測透鏡、平行光管依次放好。（）移動(dòng)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(rèn)真地從分辨率板1號單元上開始往下數(shù)，數(shù)出哪一個(gè)號數(shù)單元的線條能被剛好分辨清楚，記下此號碼。（）在表中查出條紋寬度值，將條紋寬度值和平行光管焦距實(shí)測值代入公式，求出分辨率角值。第18頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 不得用手觸摸儀器的光學(xué)元件及其測量附件的表面 調(diào)節(jié)螺絲時(shí)，不得用力硬擰以免造成滑絲和儀器變形 必須記錄使

13、用的平行管的焦距及玻羅板線距值。 測量時(shí)單向測量 分劃板放到位 4小格算一個(gè)單元格第19頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三數(shù)據(jù)處理要求1測量透鏡焦距 自行設(shè)計(jì)記錄表格，根據(jù)測量數(shù)據(jù)分別計(jì)算凸透鏡的焦距，即各組線對分別對應(yīng)的焦距值，即最終的平均值。2測量透鏡的分辨率 計(jì)算分辨率角值和單位mm的線數(shù)N第20頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三最新進(jìn)展平行度測試儀是檢測大型光電經(jīng)緯儀多光軸系統(tǒng)平行度的設(shè)備,要求平行度測試儀的精度要達(dá)到0.5.方法是利用一塊反射鏡和兩塊五棱鏡將一束準(zhǔn)直光束分光成兩束平行光束,大型經(jīng)緯儀的兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)分別接收這兩束平行光,兩束平行光

14、所成像的脫靶量差值即為兩光學(xué)系統(tǒng)的光軸平行度.利用兩個(gè)精度為0.1的自準(zhǔn)直平行光管和一塊平面反射鏡檢測平行度測試儀精度.經(jīng)檢測標(biāo)定后平行度測試儀的精度可達(dá)到0.5,能夠很好的滿足檢測平行度為2的光學(xué)系統(tǒng)的檢測. 第21頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三最新進(jìn)展激光平行光管，是一種通常對無窮遠(yuǎn)調(diào)焦，提供高平行度，低發(fā)散度光束的激光器，其光學(xué)系統(tǒng)由高質(zhì)量的高級望遠(yuǎn)物鏡組成。激光平行光管具有以前平行光管的優(yōu)點(diǎn),且可以與數(shù)字相移干涉儀對接,直接進(jìn)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(shí)光斑尺寸變化甚小，亦可按用戶需要提供異形

15、光斑的激光平行光管。 激光平行光管被廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺，工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域作為照明光源。該產(chǎn)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(shí)物保持同等外形，在輪胎，香煙，五金檢測方面游刃有余。 第22頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三最新進(jìn)展JZC型自準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)室中不可缺少的測試儀器之一.其主要用途如下:1、測量機(jī)床表面及其它平面的平直度;2、測量長導(dǎo)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(xué)平面間的角度。 本儀器可以直接測量微小角度偏差。 第23頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三最新進(jìn)展NWJ-3 內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡是一種多用途的、使用方便的光學(xué)檢測調(diào)整儀器，可以作為自準(zhǔn)直光管和可調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡使用。廣泛地應(yīng)用于光學(xué)實(shí)驗(yàn)室和光學(xué)車間作為檢驗(yàn)和調(diào)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(chǎn)貼片等，導(dǎo)軌的直 線性以及基準(zhǔn)面的垂直度等。 第24頁，共26頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)5分，星期三相關(guān)文獻(xiàn)1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)華中科技大學(xué)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(shù)