分光计望远镜与平行光管的共轴调节

翁存程 蔡清标 张 静

（福建师范大学物理与光电信息科技学院，福建 福州 350007）

分光计望远镜与平行光管的共轴调节

翁存程 蔡清标 张 静

（福建师范大学物理与光电信息科技学院，福建 福州 350007）

目前分光计的调节方法仅能实现望远镜、平行光管的轴线相互平行，但无法实现共轴且垂直相交于中心转轴.这种调节方法虽然不影响夹角的测量，但是无法准确确定光束的传输方向.在本论文中，我们给出了一种调节望远镜、平行光管的轴线共轴且垂直相交中心转轴的方法.

分光计；望远镜；平行光管

1 引言

分光计是测量夹角的精密光学仪器，如光束、棱镜顶角等.目前分光计的调节方法仅能实现望远镜、平行光管的轴线相互平行，却无法实现共轴且垂直相交中心转轴［1～4］.这种调节方法虽然不影响夹角的测量，但是无法准确确定光束的传输方向.

2 分析

JJY-1型分光计的结构如图1所示.A为望远镜俯仰调节螺钉；B为望远镜水平调节螺钉；C为平行光管水平调节螺钉；D为平行光管俯仰调节螺钉.

图1 JJY-1型分光计

目前分光计望远镜的调节采用一半法.调节望远镜俯仰螺钉及载物台螺钉，直到望远镜看到的反射镜两面（载物台转过180°）反射的十字叉丝像与测量叉丝重合.很显然，这种调节方法仅能实现望远镜轴线与中心转轴垂直，却无法确定与中心转轴相交.

利用上述方法调节好的望远镜调节平行光管.调节平行光管俯仰调节螺钉直到望远镜看到的水平狭缝像与测量叉丝重合.显然，这种调节方法仅能实现平行光管与望远镜的轴线相互平行，无法确定平行光管的轴线与中心转轴相交.

综上分析，目前的调节方法只能实现望远镜和平行光管的轴线互相平行且垂直中心转轴，却无法确定与中心转轴相交，如图2所示.

图2 平行光管与望远镜的轴线平行不共轴示意图

图2中，点O为分光计刻度盘的圆心，虚线为望远镜与平行光管的轴线，实线为过圆心的辅助直线.

望远镜的轴线偏离中心转轴对夹角测量是否有影响？另外，如何调节可实现望远镜和平行光管的轴线垂直且相交于中心转轴？

如图3所示，实线为望远镜轴线与中心转轴相交的情况，虚线为望远镜轴线偏离中心转轴的情况，α为两实线的夹角，β为两虚线的夹角.根据几何知识，α＝β，也就是夹角的测量与望远镜轴线是否偏离中心转轴无关.很显然，望远镜轴线偏离中心转轴影响光束传输方向的确定.望远镜轴线偏离中心转轴对光束方向的确定影响有多大？

望远镜轴线偏离中心转轴的平面简图如图4所示.

如图4所示，OH 为光束的传输方向，AF为望远镜的轴线，OH与AF相互平行，a为望远镜俯仰调节螺钉A与水平调节螺钉B间的距离，b为望远镜水平调节螺钉B到中心O的距离，BE为水平调节螺钉的最大调节范围，OF垂直AF，三角形EAB为一顶角为θ的等腰三角形，OF与BE的长度分别为h、c.θ实际上就是轴线偏离中心转轴的望远镜测量得到的光束传输方向与实际方向的偏差，而且θ与水平调节螺钉B的位置有关.

根据三角定律，我们有

根据JJY-1型分光计的测量结果：a≈8.00cm，b≈11.50cm，c≈0.40cm 以及方程（1）和（2），望远镜轴线偏离中心转轴的最大距离h＝0.97cm，最大偏离角度θ＝2°51′，也就是角度测量误差为±1°26′.实际上对于JJY-1型分光计来说，当θ大约大于±1°，望远镜中就观察不到反射叉丝像，因此测量角度的最大误差应为±1°.

分光计测量角度的精度为1分度，然而利用轴线偏离中心转轴的望远镜测量的光束传输方向的最大误差为1°.因此，望远镜的轴线偏离中心转轴就不能准确确定光束传输方向且误差较大.

3 调节方案

下面，我们给出了一种调节望远镜的轴线垂直且相交中心转轴的方法.具体调节步骤如下：

① 粗调望远镜、平行光管的轴线垂直且相交于中心转轴.

② 通过望远镜看到的十字叉丝像如图5（a）所示，采用一半法调节望远镜俯仰螺钉使十字叉丝像下移h／2到如图5（b）所示的位置，然后调节载物台螺钉直到十字叉丝的位置如图5（c）所示.

③转动望远镜直到十字叉丝像的位置如图5（e）所示，并记录此时刻度盘读数.

④根据步骤3刻度盘读数，分光计内盘（与平面镜一起）转过180°，采用步骤2的方法调节直到十字叉丝的位置如图5（c）所示.

⑤ 转动分光计内盘使十字叉丝像左移l／2到如图5（d）的位置，然后调节望远镜的水平调节螺钉直到十字叉丝像的位置如图5（e）所示，并记录此时刻度盘读数.

⑥ 重复步骤④和⑤，直到平面镜两面（内盘转过180°）反射的十字叉丝像的位置如图5（e）所示.

⑦利用上述方法调节好的望远镜调节平行光管.调节平行光管的俯仰调节螺钉及水平调节螺钉直到望远镜看到的水平狭缝像与测量叉丝无视差.

图5 十字叉丝像位置

利用上述调节方法可实现望远镜、平行光管的轴线共轴且垂直相交于中心转轴.

4 结论

本文指出了当前分光计的调节方法无法实现望远镜、平行光管的轴线垂直且相交中心转轴.但是，这种调节方法虽不影响夹角的测量，却无法确定光束的传输方向.基于此，我们提出了一种调节望远镜、平行光管的共轴且垂直相交中心转轴的方法.

［1］ 贾玉润，王公治，凌佩玲.大学物理实验［M］.上海：复旦大学出版社，1987

［2］ 吴泳华，霍剑青，熊永红.大学物理实验［M］.北京：高等教育出版社，2001

［3］ 余虹，秦颖，王艳辉，戴忠玲.大学物理实验［M］.北京：科学出版社，2007

［4］ 黄志高，郑卫峰，赖恒.大学物理实验［M］.北京：高等教育出版社，2008

COAXIAL ADJUSTMENT OF TELESCOPE AND COLLIMATOR OF SPECTROMETER

Weng Cuncheng Cai Qingbiao Zhang Jing

（School of Physics and Optoelectronics Technology，Fujian Normal University，Fuzhou，Fujian 350007）

The telescope and collimator of spectrometer can be adjusted to be parallel to each other but not be coaxial and intersect its central spin axis by the current methods.This adjustment method does not affect the measurement of intersection angle，but cannot confirm the transport direction of light beams.In this paper，a new method is put forward to adjust the telescope and collimator of spectrometer to be coaxial and intersect its central spin axis.

spectrometer；telescope；collimator

2011-07-07；

2011-12-26）

1.福建师范大学本科教学改革研究立项项目：突出创新，强化特色－物理学国家级实验教学示范中心的可持续发展研究.2.国家级大学物理实验教学团队经费.