3. 自准直仪工作原理与光路搭建
自准直仪是显微物镜定心与干涉仪装调中最常用的角度基准工具之一。它把“光源—分划板—物镜—被测反射面—再成像”串成一条自返回光路，使反射面的微小倾角变化被放大成目镜视场中分划板像的位移。理解这条光路如何形成、分划板与光源如何配合、光轴基准如何建立，是后续把自准直仪真正用于定心和准直的前提。
一、自准直原理：把角度变化变成像的位移
自准直的核心是“自返回成像”。光源照亮位于物镜焦平面附近的分划板，分划板上的十字线或刻度经物镜准直成平行光束射出。若前方放置一面与光轴垂直的平面反射镜，平行光被原路反射回物镜，再次聚焦在焦平面上，形成与分划板等大、方向相反的自准直像。此时分划板刻线与自准直像重合，说明反射面法线与光轴平行。
当反射镜倾斜一个小角度 θ 时，反射光方向改变 2θ，自准直像在焦平面上产生位移。设物镜焦距为 f，像位移量 Δ 与倾角的关系为：
Δ = f · tan(2θ) ≈ 2f·θ （θ 以弧度计）这个“2 倍角”关系是自准直仪灵敏度高的根本原因。举例来说，若 f = 200 mm，反射镜倾斜 10″（约 4.85×10⁻⁵ rad），则 Δ ≈ 2×200×4.85×10⁻⁵ ≈ 0.019 mm，即约 19 μm。若目镜或分划板刻度能分辨 5 μm，则对应可分辨约 2.6″ 的倾角。实际选型时，正是用焦距和分划板分辨力共同决定仪器的角度分辨力，而不是只看“精度”标签。
二、分划板与光源配置
分划板是自准直仪的“读数基准”，常见形式有十字线、双十字线、带角度刻度的分划板等。十字线用于判断两个方向的倾斜，带刻度分划板可直接读出像的位移量。分划板必须精确位于物镜焦平面上，否则出射光不是严格平行光，自准直像会离焦模糊，读数灵敏度下降。
光源配置要解决“看得清、不干扰”两个问题。常用做法是用 LED 经毛玻璃或积分球匀光后从分划板侧面或背面照明，使刻线在视场中呈亮线或暗线。亮度不宜过高，否则刻线边缘发晕、对比度下降；也不宜过低，否则弱反射面（如未镀膜玻璃表面）的自准直像难以辨认。对于反射率差异较大的被测面，可通过调节光源亮度或加装衰减片来保持视场舒适。
分划板与光源的配合还体现在“半透半反”结构上：不少自准直仪在光路中放置分光棱镜，使照明光进入光路、返回像被目镜或 CCD 接收，二者共用同一物镜。这种共光路设计能减小装调误差，但也要求分光面与光轴严格对正，否则会引入固定的像偏移。
三、光轴基准建立与初步准直操作
光轴基准的建立，本质上是让“自准直仪光轴”与“机械基准”一致。实际操作可按以下思路推进：
- 机械预对准：将自准直仪安装在可二维微调的支架上，先用人眼沿物镜外圆和支架基准面粗调，使物镜大致对准被测反射面，距离控制在物镜工作距离内。
- 寻找自准直像：缓慢调节俯仰与方位微调，同时观察目镜。当视场中出现分划板像时，先不追求重合，只求像完整、清晰。
- 调焦与消视差：轻微前后移动或调节调焦机构，使分划板刻线与自准直像同时清晰。若两者存在视差（眼睛左右移动时刻线相对像错动），说明像未准确落在分划板平面上，需继续微调焦。
- 重合判读：调节微调使分划板十字线与自准直像十字线重合，记录此时读数作为基准零位。若使用带刻度分划板，应记录像的位移格值，并按格值换算倾角。
初步准直的判断依据是：像清晰、无显著视差、十字线重合稳定，且轻敲支架后读数回零无明显漂移。若像始终模糊或偏移很大，应检查反射面是否垂直于光轴、反射面是否太小导致回光不足，以及分光棱镜或分划板是否松动。
四、常见问题与判读要点
初步准直阶段最常见的问题是“找不到像”。原因通常有三类：一是反射面偏离光轴太多，回光没有进入物镜；二是反射面反射率太低或面积太小；三是分划板照明不足或分划板位置偏离焦平面。排查时应先确认反射面大致垂直于光轴，再逐步微调支架，而不是盲目大幅转动微调螺钉。
另一个常见问题是“像能看见但读数不稳”。这往往与支架刚性、反射面振动或分划板松动有关。轻敲仪器或支架观察读数回零情况，是判断系统稳定性的简单有效方法。若回零后仍有固定偏差，应检查分划板十字线是否与机械轴一致，必要时用已知垂直的基准镜进行零位校准。
需要强调的是，自准直仪读数反映的是反射面法线相对光轴的倾角，而不是反射面本身的绝对位置。因此在实际定心中，通常把自准直仪光轴作为角度基准，配合显微物镜或干涉仪的机械基准，才能把“角度重合”转化为“定心完成”。理解这一点，才能避免把自准直读数误当作位移量使用。