[科普中國]-光具座

光具座的用途

光學(xué)測量中，需要測量的項(xiàng)目很多，例如光學(xué)零件的幾何特性參數(shù)和光學(xué)特性參數(shù);光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性參數(shù);系統(tǒng)的象差測量和象質(zhì)評價(jià)等。這些測量都可以在光具座上完成。

1、光學(xué)零件、部件的幾何特性參數(shù)和光學(xué)特性參數(shù)的測量。例如測量平面光學(xué)零件的平行度、角度誤差，屋脊棱鏡的雙象差，玻璃平板和棱鏡的最小焦距，透鏡或透鏡組的焦距、頂焦距等。

2、光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)特性參數(shù)的測量。例如測量望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的放大率、出瞳直徑和出瞳距、視度、視差，照相物鏡的人瞳等。

3、光學(xué)系統(tǒng)的象質(zhì)評價(jià)。例如用星點(diǎn)法和分辨率法評價(jià)象質(zhì)；用哈特曼(Hartman)法和焦平面法測量幾何象差等。

因此，光具座是光學(xué)實(shí)驗(yàn)室的基本儀器之一，也是光學(xué)零件生產(chǎn)、光學(xué)系統(tǒng)調(diào)試過程中的一種通用儀器。

光具座的結(jié)構(gòu)光具座的主體是一個(gè)平直的軌道，有簡單的雙桿式和通用的平直軌道式兩種。軌道的長度一般為1~2m，上面刻有毫米標(biāo)尺，還有多個(gè)可以在導(dǎo)軌面上移動(dòng)的滑動(dòng)支架。一臺性能良好的光具座應(yīng)該是導(dǎo)軌的長度較長，平直度較好，同軸性和滑塊支架的平穩(wěn)性較好。

光學(xué)實(shí)驗(yàn)室常用的光具座有GJ型、GP型、CXJ型等，它們的結(jié)構(gòu)和調(diào)試方法基本相同。右圖是CXJ-1型光具座，它是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中比較通用的一種光具座，長1520mm，中心高200mm，精度較高。1

光具座主要由以下幾部分組成：

1、導(dǎo)軌

將導(dǎo)軌置于平整的工作臺上(標(biāo)尺面為正向),調(diào)節(jié)兩端的升降螺桿,使導(dǎo)軌呈水平狀態(tài)。

當(dāng)使用折彎導(dǎo)軌時(shí)，先將導(dǎo)軌帶有刻度盤的一端抬起，再將其度盤下的中心銷插入另一端面帶中心插孔的導(dǎo)軌圓盤之中，再將兩導(dǎo)軌調(diào)至同一水平，即可構(gòu)成折彎型導(dǎo)軌鏈。

2、滑座

面向滑座標(biāo)尺，松開滑座右側(cè)的緊固鈕，將滑座底部插入導(dǎo)軌的燕尾槽內(nèi)，再平移到適當(dāng)位置(左側(cè)紅色標(biāo)線表示滑座中心)，并對準(zhǔn)導(dǎo)軌標(biāo)尺定位后，旋動(dòng)緊固鈕予以鎖定。調(diào)節(jié)滑座左側(cè)的橫向調(diào)節(jié)鈕，使滑座標(biāo)尺零位對準(zhǔn)導(dǎo)軌中央的凸棱，作為水平位的初始狀態(tài)。

注：滑座具有兩種類型:固定滑座與可調(diào)滑座橫向均可調(diào)節(jié)。可調(diào)滑座兼有垂直向的調(diào)節(jié)功能。

3、可調(diào)圓盤

擰下圓盤左右兩端的螺母，取出壓圈，待裝入圓柱形的光學(xué)組件與壓圈后再將螺母擰緊。旋動(dòng)圓盤使圓盤指針對準(zhǔn)零刻度，作為光學(xué)元件轉(zhuǎn)角的初始位。

4、彈性鏡架

用以夾持圓形、矩形等多種形體的光學(xué)元件。

注：夾持元件大小范圍70>Φ>20。鏡架內(nèi)下夾裝有緊固螺母,可將下夾上移至適當(dāng)位置定位后鎖緊。上端為彈性夾,用以緊壓元件。

5、彈簧片架

用兩端彈簧鋼絲夾持光學(xué)元件。
6、雙面像屏

作光學(xué)成像屏板之用。

7、激光光源支架

安置激光器用。

8、延伸架

將延伸架插入滑座之中,再將光學(xué)元件插入延伸架后用螺釘緊鎖。

注：僅當(dāng)兩光學(xué)元件需很小間距時(shí)使用延伸架。

9、光源用開關(guān)電源

專供射燈或半導(dǎo)體激光器使用。電源輸入220V交流電,輸出12V直流電。

10、可調(diào)升降立柱

先將立柱對準(zhǔn)導(dǎo)軌刻度盤芯柱中的金屬轉(zhuǎn)環(huán)螺孔,用專用螺釘連結(jié)。

11、刻度載物平臺

將載物臺插桿插入可調(diào)升降立柱之中鎖緊。將光學(xué)元件按臺面刻度放置在平臺中央,并用折彎桿緊壓固定。

光具座的調(diào)節(jié)將各種光學(xué)元件 （透鏡、面鏡等）組合成特定的光學(xué)系統(tǒng)，運(yùn)用這些光學(xué)系統(tǒng)成像時(shí)，要想獲得優(yōu)良的像，必須保持光束的同心結(jié)構(gòu)，即要求該光學(xué)系統(tǒng)符合或接近理想光學(xué)系統(tǒng)的條件，這樣，物方空間的任一物點(diǎn)，經(jīng)過該系統(tǒng)成像時(shí)，在像方空間必有唯一的共軛像點(diǎn)存在，而且符合各種理論計(jì)算公式。為此，在光具座上調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)，必須滿足以下幾點(diǎn)：

1、光具座水平

調(diào)節(jié)光具座底角的水平調(diào)節(jié)螺釘 （借助水平尺），使光具座水平。

2、共軸

調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)中各光學(xué)元件的光軸，使之共軸。并讓物體發(fā)出的成像光束滿足近軸光線的要求。

3、等高

因?yàn)槌上窆街械母鞫尉嚯x，都是指光學(xué)系統(tǒng)共軸上的距離，所以要從光具座軌道上的讀數(shù)求出符合實(shí)際的距離，必須做到光學(xué)系統(tǒng)的光軸和光具座道軌的基線平行—簡稱等高。調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)各元件的共軸等高，是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一項(xiàng)基本要求，必須很好掌握，一般的調(diào)節(jié)可分粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩步進(jìn)行。

（1）粗調(diào)：先把物、透鏡、像屏等元件放置于光具座上，依次檢查并調(diào)整物、透鏡及屏:的中心，使各元件的中心大致在與導(dǎo)軌平行的同一條直線上，并使物平面、像屏平面和透鏡面相互平行且垂直于光具座導(dǎo)軌。

（2）細(xì)調(diào)：依靠成像規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如在透鏡焦距測定實(shí)驗(yàn)中 （如右圖1），若物和觀察光屏相距較遠(yuǎn)，則移動(dòng)透鏡時(shí)會有兩個(gè)不同的位置Ⅰ和Ⅱ，于屏上分別呈現(xiàn)大、小兩個(gè)實(shí)像。若物的中心處在透鏡光軸上面且光軸與導(dǎo)軌基本平行，則移動(dòng)透鏡時(shí)，大小兩次成像的中心必將重合。若物的中心偏離光軸或?qū)к壟c光軸不平行，則移動(dòng)透鏡時(shí)，兩次成像時(shí)像的中心不再重合。這時(shí)可根據(jù)像中心的偏移判斷，調(diào)節(jié)至共軸等高狀態(tài)。（如右圖2），物體P的中心偏離在透鏡光軸之下，則大小兩像P′、P″的中心均偏離光軸，分別位于光軸上方的P′和P″處，小像中心P″離軸較近。

一般調(diào)節(jié)的方法是成小像時(shí)，調(diào)節(jié)光屏位置，使P″與屏中心重合；而在成大像時(shí)，則調(diào)節(jié)透鏡的高低或左右，使P′位于光屏中心。依次反復(fù)調(diào)節(jié)，便可調(diào)好。2