光学测量

随机误差、粗大误差） 精度： 偶然误差： 标准偏差： 正态分布： 算术平均值： 残差： 算术平均值的标准偏差： 算术平均值的标准偏差最佳估计值： 等精度测量： 不等精度测量： 不确定度： 有效数字：
1.1.2 数据处理
一、粗大误差判断步骤 a) 将测得值从小到大排列为x1,x2,x3,…xn； b) 选定风险率a,一般取5%或1%； c) 计算判定值T，如果x1或xn是可疑的，则
检测原理： 通过调整标准平面相对检测面的倾斜，即改变空气锲的方位和大小，则
两相干光束的光程差沿空气锲主截面方向逐渐变化，形成等厚干涉条纹。通 过干涉条纹的特征定性判别面形偏差的种类和相对大小。
二、影响检测精度的要素分析 1）标准平面的偏差 2）准直物镜的相差 3）面形偏差的误差判读
3.1.2菲索球面干涉仪检测面形偏差
2
2
2
v

v x1

2 x1


v x2

2 x2

.
.
.

v xn

2 xn
c) 由σ v确定测量结果的有效数字。
1.2 目视光学仪器的对准误差和调焦误差
基本概念 对准（横向对准）： 调焦（纵向对准）： 对准误差： 调焦误差： 人眼的对准误差和调焦误差： 望眼镜观察时的对准误差和调焦误差： 显微镜观察时的对准误差和调焦误差： 调焦方式的分类： 清晰度法： 消视差法：
2.2 光学玻璃的双折射测量
双折射： E光： O光： 光学玻璃双折射产生的原因： 光学玻璃的双折射性能δn：
光学玻璃按照其n 双 n折0 射 n性e 能 的d((ncmm))
分为四类：
2.2.1 干涉色法
一、测量原理 干涉色法事利用线偏振光的干涉，由干涉色的识别来确定光程差大小
的。 自然光经过起偏器后变成线偏振光入射，使检偏器的主方向与起偏器
1.4 准直检测新技术
1.4.1 Talbot成象法
用改进光栅的Talbot干涉术进行准直检测 S—单色点光源；L—聚焦正透镜；G1,G2—光栅 光栅由单一单色准直光束照明时，在垂直于光传播方向的一些特定 平面内将形成准确的光栅自身象。 在光栅自身象处放置第二块光栅，则可观测到Morre条纹。 光束的非准直会引起Morre条纹的变化，反之由Morre条纹的的变化， 即可检测光束的准直性。
2.1 光学玻璃折射率与色散的测量
光学玻璃的主要光学性能：折射率、色散系数、双折射性能、光谱特 性、光学均匀性、条纹度、气泡度、耐辐射性能
光学玻璃的分类： 根据光学玻璃的折射率允许差值分为六类： 根据光学玻璃的色散系数允许差值分为六类：
根据折射率及色散系数的最大差值分为四级别：
2.1.1 V棱镜法
2.1.2 最小偏向角法
一、检测原理
最小偏向角法测折射率原理图
单色平行光沿PM入射棱镜后，将沿M′P′方向出射。当棱镜处于最小偏 向角位置时，求得棱镜的折射率n为：
sin A 0
n
2
sin A
2
二、检测方法
精密测角仪主要由平行光管、自准望远镜、轴系和读数系统 组成。
用单色光照明平行光管分划板，则平行光经棱镜偏折一角度，用 望远镜瞄准分划像。
二、仪器简介 （图略）
三、检测方法 1.球面局部偏差、带区误差的检测 依据条纹变形的部位、所占范围、弯曲的程度以及弯曲变化的顺序，就可判 别待检球面偏差的分布、性质及大小。 1）对于待检凹球面 若待检面沿远离标准面的方向移动，则诸带的曲率中心将依次沿边缘带的、 中间带的、中心区域的曲率中心，顺序走过标准面球心。 2）对于待检凸球面 各带区的曲率半径大小判别与凹球面的相反。

离子着色的选择吸收玻璃，该类玻璃对光谱区有显著的吸收或透过作用，其光谱特性曲线
有明显的峰或谷；来自中性玻璃布会改变光谱成分，其光谱特性曲线近似于平行横坐标的直线；

硒镉玻璃的光谱曲线有相当宽的高透过区和高吸收区，两区之间有一过渡区。
第三章 光学零部件的基本量测量
本章知识结构
光学面形偏差的检测
球面曲率半径的测量 平面光学零件光学不平行度测量
点光源位于准直透镜焦内、焦点和焦外时的 Morre条纹
采用两个光栅的原因是用于对比，使条纹的倾斜度更加直观。 思考：实际应用中，不一定要求两光栅的频率及两半部栅线倾角必 须相等，只需要两光栅的参考线平行，即可用于检测。想想为什 么？
1.4.2 双楔板剪切干涉法
准直检测用双楔板剪切干涉仪（楔棱与剪切均沿x轴方向） S—单色点光源；L—聚焦正透镜；P1,P2—两块楔角薄端反向放置的楔板
二、检测方法
a) 先调节仪器的起偏器，检偏器的主方向p1和p2相互垂直，此时 视场最暗。
b) 放入1/4波片并绕光轴转动至视场又变为最暗，此时1/4波片的 两主方向分别和p1和p2重合。
c) 测量时，在起偏器和1/4波片之间放试件，并绕光轴转动，当 看到试样被测点最暗时，继续将试样转45°，此时试件的两个 主方向x和y与p1和p2各成45 °。
二、其他光谱特性参数的计算 利用点测法测得光谱透射比τλ，然后作出τλ—λ曲线。 其他光谱特性参数通过计算得到：吸收比αλ=lgτλ；反射光密度修正值Dr=-2lg(1-ρ)；光密度
Dλ=αλl+Dr。 根据光谱特性曲线的不同，有色玻璃分为三类：
光谱特性曲线 a—离子着色选择吸收玻璃；b—中性玻璃；c—硒镉玻璃
d) 判断粗大误差，如果有粗大误差，应剔除粗大误差数据然后重新计 算 x 、vi和σ ；
e) 求算术平均值的标准偏差估计值 x ；
f) 求测量的不确定度s；
g) 写出测量结果x x S
。
三、等精度间接测量数据处理步骤
a) 计算间接测量值v，v=f(x1,x2,…xn)； b) 计算间接测量值的标准偏差估计值
从参考图中可以看到，如果入射光楔的是平行光束，则通过光楔后 形成的干涉图中，两组干涉条纹的夹角为零；反之非平行光束入射光楔， 通过光楔后形成的干涉图中的水平条纹具有一定夹角。
第二章 光学玻璃的主要光学性能测量
本章知识结构 光学玻璃折射率与色散的测量 光学玻璃的双折射测量 有色光学玻璃光谱特性的测量
一、测量原理
¼ 波片法的光学系统 1—光源；2—毛玻璃；3—起偏器；4—试样；5—1/4波片；6—检偏器；7—干涉滤光片
白光经起偏器形成线偏振光，再通过具有双折射的试样后形成椭圆偏振光。椭 圆偏振光通过1/4波片后合成为线偏振光，且合成的线偏振光相对入射的线偏振光 已偏转θ 角， θ 取决于试样的o光和e光之间的相位差φ ，从而求出光程差，并确 定双折射类别。
3.1 光学面形偏差的检测
光学面形偏差的表征参数： 半径偏差N： 象散差Δ1N： 局部偏差Δ2N：
3.1.1 斐索平面干涉仪检测面形偏差 一、检测原理
斐索平面干涉仪主要用途：检测平 面面形偏差。
斐索平面干涉仪光路 1—光源；2 —扩束镜；3 —分束镜；4 —
准直物镜；5 —标准平面；6 —待检面
一、检测原理
当单色平行光垂直入射到V棱镜的ED面时，若被检玻璃的折射率n与V棱镜 折射率n0相同，则出射光不发生任何偏折地从GH面射出。
若n与n0不相等，则出射光相对入射光有一偏折角θ 。测量出θ ，则可 计算出待检式样对入射光波长的折射率。
n n02 sin (n02 sin2 )1/2
测量时一边绕仪器光轴转动试样，一边观察干涉色变化，找出试样中 干涉色变化较大的某一部位，并确定最高色序和最低色序的两个位置。 根据干涉色查表求出双折射性能δn值。想想为什么？
三、偏光干涉系统测试δn实例
偏光仪光学系统 1—光源；2 —隔热片；3 —聚光镜；4 —反射镜；
5 —起偏器；6 —全玻片；7 —发散透镜； 8 — 台面玻璃；9 —待检玻璃；10 —起偏器
棱镜分光光度计 1 —光源；2 —光阑；3 —聚光镜；4 —入射狭缝；5 、8 —球面镜；6 —平面镜；7 —色散棱镜；
9 —出射狭缝；10、12 —透镜；11 —试样；13 —挡板；14 —光电管；15 —接收器
仪器由三部分组成：光源、单色仪和接收器。凹面镜将从色散棱镜出射的各 波长的平行光会聚于其焦平面上，此处安置出射狭缝。当色散棱镜和平面镜一起 转动时，不同波长的准单色光依次由狭缝射出，经试样后由光电管接受。从检流 计上读出相应的光电管受光面的照度读数。
d) 用白光照明找到零级黑条纹位置；然后用纳光灯照明，读出零 级黑条纹到靠近中部检测点条纹的级数N；再转动起偏器，使 靠近中部的条纹靠拢重合，读出检偏器转角θ ，计算出双折射 光程差Δ 。
N
2.3 有色光学玻璃光谱特性的测量
一、光谱透射比的测量方法 光谱α特λ、性光参密数度：D主λ。要指透射比τλ、吸收比 光谱透射比：
一、检测原理 He-Ne激光器产生的光束经过扩束镜聚焦于小孔光阑S处，由S发出的球面波依
次经过分光镜组合固定镜组后，形成准直光射向标准镜组。入射光在标准面处有 部分光沿原路自准回去，形成标准的参考波∑r，另一部分光经待检面反射后沿原 路自准回去，形成测试波面∑t，两波面重合后产生干涉，人眼在观察孔处便可看 到相应的干涉条纹。
T x x1 或T x xn
d) 根据n和a查表得T(n,a)值。如果T>T(n,a)值，则相应的x1或
xn应舍弃。 PS: 粗大误差如果存在的话，它存在于从小到大排列的数列的起
始端或者尾端。想想为什么？
二、等精度直接测量数据处理步骤
a) 计算算术平均值 x ；
b) 计算残差 vi； c) 计算标准偏差估计值σ ；
的主方向正交。若玻璃不产生双折射，则仍以线偏振光射出，则人眼看 到的是暗视场。若玻璃具有双折射，则出射的o光和e光之间具有稳定光 程差，通过检偏器将发生干涉。由干涉色可判定光程差，并确定双折射 等级。
双折射光程差与干涉色序对照表： 二、检测方法
起偏器与检偏器正交，两者之间放有全玻片，全玻片的两个主方向 与起偏器的主方向成45°。
1.3 光学测量仪器的基本部件
1.3.1 平行光管及其调校方法
平行光管的构成： 平行光管在光学测量中的作用： 平行光管的调校目的： 平行光管的调校方法： a) 可调前置镜法： 可调前置镜的构成： 可调前置镜法的调校步骤： 可调前置镜法的误差分析： b) 自准直法： 自准直法的调校步骤： 自准直法的误差分析： c) 五棱镜法： 五棱镜法的调校步骤：
单楔板剪切干涉仪可用于光束的准直检测，如果楔板的棱边平行于x 轴（棱边 呈水平状态），并倾斜地放入光路中。如果入射楔板的光束是非准直的，则干涉 条纹是一组与x轴倾斜的直线族；反之如果入射楔板的光束是准直的，则干涉条纹 是一组与x轴平行的直线族。
用双楔板代替单楔板，是为了使干涉条纹的倾斜度直观化。
楔棱平行剪切方向的干涉图 (a)、(b)、(c)分别表示光源s位于焦内、焦点和焦外的干涉图
慢慢转动载物台，望远镜跟踪分划像也慢慢转动，直到分划像 欲往相反方向转动的出射光线的位置，即使以最小偏向角出射的位 置。想想为什么？
取最下小棱偏用镜向望，角远再δ镜0为使瞄：望准远该镜位直置接的对分准划平像行，光并管从分读划数像系，统读中出读角出度角β度′2β，′1则，
0
2

1
想想该方法是如何使用平行光管和自准望远镜实现入射光束和 出射光束的？
光学测量
第一章 光学测量基础
本章知识结构
测量误差与数据处理 目视光学仪器的对准误差和调焦误差
光学测试仪器的基本部件 准直检测新技术
1.1 测量误差与数据处理
1.1.1 基本概念
计量单位： 量值： 测量： 测试： 光学测量： 测量方法的分类： 直接测量： 间接测量： 真值： 残差：
测量误差的分类： （测量装置误差、环境误差、方法误差、人员误差；系统误差、
例： 某试样厚5cm，在最高色序位置呈靛蓝色，查表得Δ =24nm；试样 转过90 °后，同一部位处于最低色序位置呈火红色，查表得Δ =29nm。 取 表二知者为平二均类值双，折即射。Δ =（24+29）/2=26.5nm，n0-ne=Δ /d=5.3nm，查 想想该测试方法的误差来源？
2.2.2 四分之一波片法
二、V棱镜折光仪
V棱镜折光仪的光学系统 1—平行光管；2—对准望眼镜；3—读数显微镜；4—度盘
由平行光管射出的单色平行光束经V棱镜和待检式样后，产生偏折角θ，转动 望眼镜对准平行光管的刻线象。
当望眼镜对准时，带动度盘转动。由读数显微镜读出角θ，其整数部分由度盘 读出，小数部分由测微目镜读出。
想想用平行光管和对准望远系统模拟入射光束和出射光束是如何实现的？