一篇图文彻底搞懂光学装调/测量中的平行光管与自准直仪的“复杂”关系

二、自准直仪

1. 核心定义：
自准直仪是一种利用“自准直原理”进行高精度测量的光学仪器。它不仅能发射平行光，还能接收并检测从反射镜反射回来的光线，从而实现对微小角度、直线度、平面度等的高精度测量。

它的主要目的是测量，实物参考下图：

2. 核心结构与工作原理：
自准直仪在平行光管的基础上，增加了一套“接收和观测系统”。这是自准直仪区别于平行光管的关键因素。

• 发射部分： 它本身就是一个平行光管，包含光源、分划板和物镜。
• 分光元件： 这是关键部件，通常是一块半透半反镜（分光棱镜）。
• 接收/观测系统： 一个目镜或一个光电探测器（如CCD相机）。

工作原理（自准直原理）：

1. 光源发出的光，照亮分划板。
2. 光线经过分光镜，被反射后通过物镜，变成平行光射出。
3. 这束平行光照射到放在前方的平面反射镜上。
4. 如果平面反射镜严格垂直于光轴，平行光会沿原路返回。
5. 返回的平行光再次通过物镜，会汇聚在分划板的同一个焦平面上，并形成一个与原始分划板图案完全重合的像。
6. 返回的光线透过分光镜，被目镜或探测器接收到。观测者就能看到两个重合的像。

测量过程：
当反射镜发生微小倾斜时（例如倾斜一个角度α），返回的平行光会以2α的角度偏转。这束光经过物镜后，会汇聚在分划板焦平面上的另一个位置，形成一个与原始图案分离的像。通过测量这个像的位移量，就可以非常精确地计算出反射镜的倾斜角度α。

3. 主要用途：

• 小角度测量： 高精度测量零件或平台的微小倾角。
• 直线度/平面度测量： 通过移动一个反射镜并在不同位置测量，可以评估导轨的直线度或平台的平面度。
• 部件准直： 确保多个光学元件的表面相互平行或垂直。

自准直仪工作原理图

为了明显起见，咱们还是用一个表格来展示一下两者的区别与联系：

这样是不是更加直观明了？再来进行一下最后的总结：

1. 从属关系： 自准直仪是在平行光管的基础上发展而来的。你可以把自准直仪看作是一个“高级版”或“智能版”的平行光管。
2. 功能差异： 平行光管只是一个光源发生器，而自准直仪是一个完整的测量系统。前者提供“问题”（一束平行光），后者不仅能提出问题，还能“解答问题”（通过分析反射光来得到角度值）。
3. 应用场景： 当你只需要一个无限远的目标或一个方向基准时，使用平行光管就足够了。但当你需要进行高精度的角度、直线度等测量时，就必须使用自准直仪。

虽然它们在外观上可能有些相似，都有一个物镜筒，但其内部结构和核心功能有着本质的区别。

在日常口语中，有时人们会混用这两个词，但作为懂光学的你要明白，在严谨的技术语境下，它们是不同的两类仪器。