一种分光计辅助调节反射镜

本专利涉及一种分光计辅助调节装置，特别涉及一种分光计辅助调节反射镜。

背景技术：

1、分光计是一种高精度的角度测量仪器，可用于测量光线偏转角度，主要应用于测量棱镜两个反射面夹角及其折射率、光谱衍射角和波长等方面。该仪器的自准直望远镜和载物台调节主要依靠内置十字形光源发出的光线经垂直于载物台反射镜反射回来，并通过观察在分划板上所成的十字像位置进行判断和调整。对于一般分光计而言，只有当粗调反射镜法线与自准直望远镜轴线夹角在正负1°以内时才能观察到反射回来的十字像。因此使用者需要具备丰富的调节经验和熟练技巧，初次接触该仪器的学生常常会遇到困难并耗费大量时间在调节过程中。

2、为了节省调节时间，专利文献1（zl201620113635.7）提出了一种加装摄像头和显示器辅助调节的方法；专利文献2（zl201710327953.2）公开了数字式角位移测量仪辅助调节分光计的方法；而专利文献3（zl201720570888.1）和4（zl200610020486.0）则介绍了激光辅助调节分光计的方法。此外，专利文献5（zl201820135580.9）还揭示了一种电机驱动自动调整分光计载物台的装置。

3、专利文献6（zl 201320014863.5）公开了一种双面镜调节仪，依靠观察反射回自准直望远镜的十字光源的像调节分光计载物台。 专利文献7（zl 201110099418.9）公开了一种分光计多斜面镜，在一个圆桶外圆上分布24个平面镜，任何两个平面镜之间的夹角为2°。专利文献1至5需要加装复杂的激光光源或者机电装置，结构相对复杂，成本较高。专利文献6只有一个双面镜，自准直望远镜的十字光源的像往往很难找到。专利文献7由24面平面镜构成，结构相对复杂。

技术实现思路

1、本专利针对上述问题提供一种分光计辅助调节反射镜。该装置结构简单成本较低，适用于目前市场上常用分光计的调节。

2、在分光计调节中，难点在于使载物台旋转轴与望远镜主光轴垂直。市场上分光计望远镜的物镜焦距约为170毫米，而分划板口径约为12毫米。如图1所示，当望远镜内部的分划板位于物镜焦平面时，并且载物台旋转轴与望远镜主光轴垂直时，从十字形光源射出的光线经过望远镜物镜折射后变成平行光线。这些平行光线通过放置在载物台上并垂直于其表面的平面反射器反射回来进入望远镜，在最终落到分划板上形成清晰明亮的十字像。

3、如果载物台旋转轴线与望远镜主光轴不垂直且偏差角度较大，则载物台上的平面镜反射回的平行光将成像在分划板有效口径之外，导致实验者无法观察到十字像（如图2所示）。如果反射镜由两块相互夹角一定的平面镜构成（如图3所示），并且载物台旋转轴线与图2中所述情况相同，则该拼接而成的反射镜会产生两个像，一个位于分划板外部，另一个可能会出现在分划板上。这样实验者就有更多机会观察到其中一个十字像。只要看到一个十字像，我们就知道另一个十字像位于其上方或下方，从而有助于快速调节分光计。

4、本发明提出一种分光计辅助调节反射镜，由5片平面反射镜粘贴在支架6上构成5片式分光计辅助调节反射镜，其特征在于：主平面反射镜1的中心位于笛卡尔坐标系{o-xyz}的原点o处，主平面反射镜1在坐标平面xoy内，辅助反射镜2、3，以及辅助反射镜4、5分别并排在主反射镜1的两侧，辅助平面反射镜2所在平面由坐标平面xoy先绕x轴反向旋转α角，然后绕y轴反向旋转β角得到，其中0.5°<α<0.8°，0.1°<β<0.3°，辅助平面反射镜3与2关于坐标平面yoz镜像对称，辅助平面反射镜4和5分别与辅助平面反射镜2和3关于坐标平面xoz镜像对称。

5、在普通物理实验中，分光计的望远镜物镜焦距f=170mm，分划板有效口径φ=12mm，如图6所示。分划板处的十字光源中心a点到望远镜主光轴的距离为h，a点的像a'点到主光轴的距离也为h，与望远镜主光轴垂直的平面镜反射的平行光与主光轴的夹角为θ，有

6、 （1）

7、如果反射镜绕水平轴旋转α角，像点偏移到a''点，a''点到主光轴的距离为

8、 （2）

9、其中δh为a'点到a''点的距离，考虑到分光计中θ和α很小，则有

10、 （3）

11、分光计中的十字像由无数像点组成，因此δh为两个十字像中心之间的距离。

12、反之，要将十字像垂直移动距离δh，反射镜绕x轴旋转角度α可表示为

13、 （4）

14、同理，要将十字像水平移动距离δl，反射镜绕y轴旋转角度β表示为

15、 （5）

16、本专利所述的五片式分光计辅助调节反射镜，在分划板上形成了五个十字像，其中上下各有两个，中间一个。位于中央的是由主平面反射镜1反射形成的主十字像，作为载物台旋转轴线与望远镜轴线垂直的测量基准；在距离主十字像δh处，上下各有两个并列十字像，它们是由上下各自存在两个辅助平面反射镜反射而来，并且两个并列十字像之间的距离为δl。 针对市场上常用的分光计δh取值范围为2.97毫米至4.75毫米；δl取值范围为1.19毫米至1.78毫米。根据公式（4）和公式（5），旋转角α应在0.5°至0.8°之间；辅助反射镜旋转角β应在0.1°至0.3°之间。

17、上述分光计辅助调节反射镜的制备方法包括但不限于以下步骤：

18、①、将一个圆形双面平面反射镜切割为5块，如图7所示；

19、②、按照公式（4）和公式（5）计算出4个辅助反射镜所在平面的倾角，然后用数控雕刻机加工出主平面反射镜1和4片辅助平面反射镜所在平面，最后将各个面镂空且保留边缘0.5至1毫米，构成反射镜支架6，如图8所示；

20、③、将步骤①中的5块平面反射镜黏贴到步骤②中的支架6上。

21、作为本发明专利提出的一种分光计辅助调节反射镜的进一步改进，在上述5片式分光计辅助调节反射镜的基础上，添加6块与主平面镜具有特定角度的平面镜构成11片式分光计辅助调节反射镜（如图9所示）， 辅助平面反射镜2和3的外侧并排分布有辅助平面反射镜7、8和9，并且辅助平面反射镜4和5的外侧并排分布有辅助平面反射镜10、11和12，辅助平面反射镜8所在平面由坐标平面xoy绕x轴反向旋转2α角得到，辅助平面反射镜11与8关于坐标平面xoz镜像对称，辅助平面反射镜7所在平面由坐标平面xoy先绕x轴反向旋转2α角，然后绕y轴反向旋转2β角得到，辅助平面反射镜9与7关于坐标平面yoz镜像对称，辅助平面反射镜10和12分别与辅助平面反射镜7和9关于坐标平面xoz镜像对称。

22、本专利提出的辅助调节装置能够显著增加十字像视角范围。使用单平面镜进行分光计调节时，载物台旋转轴线与望远镜轴线垂直容差需在2°以内才能观察到十字像。采用本专利提出的辅助调节反射镜，由5片或11片平面镜拼接而成的反射镜可将十字像视角容差范围分别扩大至3.2°和4.4°，相应地增加了60%和120%。只要望远镜与反射面法线之间无明显偏差，就可以在分划板上看到1-3个十字像，并根据其相对位置找到主十字像。例如，在发现两个并排的十字像后，我们可以推断主十字像位于它们之上或之下，并通过调整载物台或望远镜使其出现在分划板上，从而显著降低了载物台调节难度。

23、本专利所提出的反射镜，其正面和背面均可成像，有助于更加精确地调节分光计载物台与望远镜轴线垂直。此装置结构简单，成本低廉且易于推广。