光学测量基础目视光学仪器的对准误差和调焦误差光学
光电测量 第四讲 对准与调焦
面与理想波面之间的光程差叫波象差。
目标 标志 目标像 标志像
.
.
De
' Um
e
.
.
' U m：像方孔径角
波象差计算公式：w
●不确定度合成： '
n' 2 ' tg (U m ) l 2
'2 1
：介质折射率折射率
'2 k
e De
8 KD 2 e
250
第四讲 对准与调焦
2.调焦不确定度
[1]望远镜的调焦误差
① 清晰度法（？2：给出证明：望远镜的成像特点）
1'
2
●几何焦深: 1
e
2 De
●物理焦深: 2
2'
2
8 K 2 De2
第四讲 对准与调焦
② 消视差法
人眼的左右摆动距离受出瞳的限制 眼瞳的实际移动距离不等于其有效移动距离 眼瞳中心移至出瞳边缘处的眼睛最大移动距离
（1）正确调焦状态下，J1的像如图中所 示位置, 此时∆1＝ ∆2 ， ∆I=0 （2）离焦状态， ∆1≠ ∆2 ， ∆I ≠ 0 物近了像远，物远了像近。 光强改变，因为光阑在变。 ∆I=可以用作调焦的反馈控制信号
第四讲 对准与调焦
2、斜光束自动调焦系统
（1）物距正确时，狭缝α在 像面I上的像α’’位于视场中 央且影像清晰； （2）如果物面在其法线N的 方向上离焦，则狭缝α在像 面I上的像α’’（弥散斑）将 位移一个距离y’. 位移信号y’可以用作调焦 的反馈控制信号
2）扫描振子
狭缝振荡式扫描 ①直线位移位式振子
光学仪器的校准与精确测量
光学仪器的校准与精确测量作为一种重要的科学工具，光学仪器在各个领域中都扮演着重要的角色。
然而，为了确保光学仪器的准确性和可靠性，在使用之前通常需要进行校准和精确测量。
本文将探讨光学仪器的校准和精确测量的重要性以及常用的方法和技术。
首先，让我们了解一下为什么光学仪器的校准和精确测量是如此重要。
光学仪器的校准是为了确保仪器测量结果的准确性和一致性。
一个未经校准的光学仪器可能会产生误差或偏差，从而导致测量结果的不准确。
而精确测量则是为了获得更加精确和可靠的测量结果，以满足科学研究或工程应用的要求。
光学仪器的校准可以通过多种方法进行，其中一种常见的方法是使用标准物体进行比较测量。
例如，光强度的校准可以使用标准光源或光电二极管进行比较测量。
通过将光学仪器与标准物体进行比较，可以确定仪器的误差，并进行相应的校正。
另一种常见的校准方法是使用干涉仪进行测量。
干涉仪利用光波的干涉现象进行测量，可以精确测量光学仪器的各种参数，例如波长、角度和光程差。
通过将光学仪器与干涉仪进行比较，可以确定仪器的精确性和稳定性，并进行相应的调整和校准。
除了校准，精确测量也是光学仪器使用过程中不可或缺的一部分。
光学仪器的精确测量通常包括测量光线的位置、角度、强度和波长等参数。
为了获得准确的测量结果，需要注意以下几个方面。
首先，光学仪器的环境条件对测量结果的精确性有很大影响。
温度、湿度和压力等环境因素都可能导致光学仪器的性能发生变化，因此在进行精确测量之前，需要确保仪器的环境条件稳定并符合要求。
其次，选择合适的测量方法和技术也是精确测量的关键。
根据不同的测量需求和光学仪器的特性，选择合适的方法和技术可以提高测量结果的准确性和可靠性。
例如，使用适当的滤波器可以减少光线的干扰，从而提高测量的精确性。
此外，仪器的校准和维护也是确保精确测量的重要环节。
定期对光学仪器进行校准和维护，可以确保仪器的性能保持稳定，并减少测量误差的产生。
校准和维护包括对仪器进行清洁、检查和调整等步骤，以确保其能够正常工作和提供准确的测量结果。
光学测量原理与技术
第一章、对准、调焦•对准、调焦的定义、目的；1.对准又称横向对准，是指一个对准目标与比较标志在垂直瞄准轴方向像的重合或置中。
目的：瞄准目标（打靶）；精确定位、测量某些物理量（长度、角度度量）。
2、调焦又称纵向对准，是指一个目标像与比较标志在瞄准轴方向的重合。
目的：--使目标与基准标志位于垂直于瞄准轴方向的同一个面上，也就是使二者位于同一空间深度；--使物体（目标）成像清晰；--确定物面或其共轭像面的位置——定焦。
人眼调焦的方法及其误差构成；清晰度法：以目标和标志同样清晰为准则；消视差法：眼睛在垂直视轴方向上左右摆动，以看不出目标和标志有相对横移为准则。
可将纵向调焦转变为横向对准。
清晰度法误差源：几何焦深、物理焦深；消视差法误差源：人眼对准误差；几何焦深：人眼观察目标时，目标像不一定能准确落在视网膜上。
但只要目标上一点在视网膜上生成的弥散斑直径小于眼睛的分辨极限，人眼仍会把该弥散斑认为是一个点，即认为成像清晰。
由此所带来的调焦误差，称为几何焦深。
物理焦深：光波因眼瞳发生衍射，即使假定为理想成像，视网膜上的像点也不再是一个几何点，而是一个艾里斑。
若物点沿轴向移动Δl后，眼瞳面上产生的波像差小于λ/K(常取K=6)，此时人眼仍分辨不出视网膜上的衍射图像有什么变化。
（清晰度）人眼调焦扩展不确定度：（消视差法）人眼调焦扩展不确定度：人眼摆动距离为b•对准误差、调焦误差的表示方法；对准：人眼、望远系统用张角表示；显微系统用物方垂轴偏离量表示；调焦：人眼、望远系统用视度表示；显微系统用目标与标志轴向间距表示•常用的对准方式；22221228ee eD KDαλφφφ⎛⎫⎛⎫'''=+=+⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭12111eel lDαφ'=-=2221118el l KDλφ'=-=ebδφ'=• 光学系统在对准、调焦中的作用； 望远系统：对准扩展不确定度 调焦显微系统：对准 调焦 借助光学系统提高对准和调焦对准度 • 提高对准精度、调焦精度的途径； 书上没有？？？ 补充：消视差法特点：将纵向调焦转变为横向对准；可通过选择误差小的对准方式来提高调焦精确度；不受焦深影响第二章 自准仪基本部件• 光具座的主要构造；• 平行光管（准直仪）• 带回转工作台的自准直望远镜（前置镜） • 透镜夹持器• 带目镜测微器的测量显微镜 •底座e γδ=Γ2φφ'=Γ'250e e e f y δδβ∆==Γ'''1e eq n f D NA x D δ∆=-()222'226e eq N n f NA x A n αλ⎛⎫⎛⎫∆=+ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭2228e D KD αλφ⎛⎫⎛⎫+ ⎪ ⎪Γ⎝⎭⎝⎭()232'110eD δφ-=Γ-⨯()222'226e eq n f n x NA NA αλ⎛⎫⎛⎫∆+ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭'''1e eq nf D x NA D δ∆=-e γδ=Γ'250e e ef y δδβ∆==Γmin 11 1.02~,610D λγαα⎛⎫== ⎪⎝⎭min 110.51~,610y NA λεε⎛⎫∆==⎪⎝⎭1'e eD φα=22'8e KD φλ=2212'''φφφ+'e bφδ=•什么是平行光管；平行光管又称自准直仪，它的作用是提供无限远的目标或给出一束平行光。
第1章 基本光学量测试技术 20 30 48 63 76 105
轴放大率。 250mm为人眼明视距离； 为人眼的对
准标准不确定度(rad)。
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关于对准标准不确定度的讨论 由公式 = / 和 y = 250 / 可以看出，对准的 标准不确定度与放大率 成反比。那么是否就可以 认为，只要单纯增大 ，对准的标准不确定度必然
光电对准按工作原理分类： 光度式：普通光度式、差动光度式
相位式
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光度式光电对准基本原理 根据刻线像相对仪器的狭缝位置不同，通过狭缝
到达光电接收器的光通量不同，因此产生的光电流也
不同。根据这一原理，通过检测出最小输出光电流为 依据，来判定刻线像中心与狭缝中心的重合对准。 相位式光电对准基本原理 在光度式光电对准基本原理基础上，加一调制器 (镜动或缝动)即成为相位式光电对准。具有对光电接收 器稳定性和刻线质量要求低、对准准确度高等优点。
定焦以后，人眼的调焦不确定度是以目标和标志到 眼瞳距离的倒数之差表示;
2018/12/23 2
眼睛通过光学系统去对准或调焦的目的是利用系统
的有效放大率和有利的比较标志以提高对准和调焦
的准确度。所以对准和调焦不确定度应以观察系统 的物方对应值表示，如下图中的y、、x、 。
Δy
Δx l0 = ∞ R = 1/ F′
x [n e f 'eq /( 2 NA)] [2n /( 6( NA) )]
2 2
2
单次调焦的标准不确定度为: 1 uMP [n e f 'eq /( 2 NA)]2 [2n /( 6( NA)2 )]2 3
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3) 显微镜的调焦标准不确定度——消视差法 消视差法求调焦标准不确定度的方法与清晰 度法的方法相似。换算到显微镜物方有：
光电测试技术-第1章基本光学量的测试技术1
2
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11
第1章 基本光学量的测试技术
§1-1 光电系统的对准和调焦技术
1. 目视系统的对准和调焦
1.2 望远镜的对准不确定度和调焦不确定度 2）望远镜的调焦标准不确定度——消视差法 将人眼的消视差法调焦不确定度换算到望远镜物方
Γ 2b
注意：眼瞳的有效移动距离b不等于眼瞳的实际移动距 离t，而等于出瞳中心到进入眼瞳的光束中心的距离。 如图所示。
清晰度法是以目标与比较标志同样清晰为准。调焦不确定 度是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。
几何焦深是指当弥散圆直径等于人眼分辨极限时，目标至 标志的距离δx的两倍2δx。
由几何焦深造成的人眼调焦标准不确定度为
1'
1 l2
1 l1
ae De
单式位中为，ra1 'd。以m-1为单位，这时l1、l2和De的单位为m，αe的
λ/K（常取K＝6）时，人眼仍分辨不出此时视网膜上的衍
射图像与艾里斑有什么差别。即如果目标与标志相距小于
dl时眼睛仍认为二者的像同样清晰，通常将2dl称为物理
焦深。由物理焦深造成的人眼调焦的标准不确定度由下式
求得
De2 De2
k 8l2 8l1
2 '
1 l2
1 l1
8
KDe2
式中，l2＝l1±dl；De为眼瞳直径（De与波长λ的单位皆
光电对准分类： 光度式：普通光度式、差动光度式 相位式
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第1章 基本光学量的测试技术
§1-1 光电系统的对准和调焦技术
2. 光电对准
光敏电阻
鉴别器
放大器
指零仪表
测微器
第二节目视学仪器的对准误差和调焦误差
第二节目视光学仪器的对准误差和调焦误差一、与光学测量有关得人眼特性1、 眼睛的瞳孔D e 与视场亮度有关 （1——8mm ），（1.5——2）mm 成象质量最好，D e 小视差小，一般测量仪器出瞳1——2mm 。
2、 视场2W 不动50 动 上600 下720 外950 内 650 3、 眼睛的调节能力 与年龄有关 成年正常人–250mm —— —∞，-4（屈光度）——0 调节 -5米—— —∞，-0.2——0 不用调节 4、 眼睛的光谱灵敏度大照度 0.570μ 中照度 0.555μ 小照度 0.512μ 5、 眼睛对衬度的灵敏度B B /∆ B ∆目标与背景亮度差B 背景亮度在正常情况下为1.7%≈2%6、 眼睛的分辨率人眼能分辨两个邻近点的能力 正常照度瞳孔直径2毫米时2~1''=α 与瞳孔直径、照度、衬度、波长有关 参考公式分）(/13.0618.01eD -=α7、 双眼视觉1）、体视效应 2)、体视锐度2211,D B D B ==θθ 21θθθ-=∆ 1θ，2θ视差角：物体对双眼的张角，θ∆眼睛能分辨两个物体有远近差别时，所对应的示差角之差值。
称为体视锐度。
一般06~03''经过训练可达01'。
8、 眼睛的横向对准误差眼睛的对准误差与对准方式有关游标~ 51~01'''' 01~6''''二、眼睛通过光学系统观测时的对准误差和调焦误差1、 对准与调焦的概念 对准：在垂直于瞄准轴方向上时目标和比较标记重合或置中的过程，横向对准 调焦：目标和比较标记在沿瞄准轴方向上重合或置中的过程，纵向对准2、 对准误差 1）、用望远镜观察=δγ2）、 用显微镜观察在明视距离，人眼直接观察对准误差)(073.03438250mm a y δδ=⨯=通过显微镜观察)(073.0mm a a y x Γ=Γ=δ例：万能工具座的测量显微镜，其物镜的轴向放大率⨯=10β，NA=0.25,目镜放大率⨯=Γ10,用叉丝对准方式1.0'=δ测量显微镜的对准误差为)(0073.010101.0073.0mm =⨯'=α3、 对准误差与鉴别率的关系对准：目标和分划线的重合和置中的问题 分辨：分辨两个靠近标记的问题 均受衍射影响有一定的联系 1）、望远镜的理论分辨率（秒）（秒）或望望DD 014012''=''=αα设计望远镜时一般应保证仪器和人眼能同时鉴别Γ=''=Γ=''=αααD D 014012或望 2）、显微镜的理论分辨率NANA λλ61.052.0=∆=∆或，λ的单位μm 设计显微镜时一般应保证仪器和人眼能同时鉴别Γ≤=∆αλ7352.0NA 对准只有一个目标经物镜成像因此受衍射影响比较小同时对准是目标和分划线的重合和置中所以对应误差小于理论分辨率值。
§1.2 目视光学仪器的对准误差和调焦误差
7、双眼的立体视觉
③ 体视半径
人眼能够分辨远近的最大距离为体视半径。在 体视半径以外的物体，人眼已分辨不出远近。 由成年人的双眼基线平均长度62mm，当 b L = Δθ=10″时，通过 m 可导出体视半径约为 ∆θ 1200m。
长春理工大学光电工程学院 牟达
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7、双眼的立体视觉
④ 体视阈值
能分辨出不同远近的两点间的最小距离ΔL0，称 为体视阈值，对视差角公式微分得 ， 当 Δθ=10″，b=0.062m时 ，可得ΔL0=8×10-4m。
长春理工大学光电工程学院 牟达
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5、对准误差与分辨率的关系
对准：目标和分划线的重合或置中的问题 分辨：分辨两个靠近标记的问题 对准只有一个目标经物镜成像因此受衍射影响比 较小，同时对准是目标和分划线的重合或置中所以对 应误差小于理论分辨率值。
长春理工大学光电工程学院 牟达
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5、对准误差与分辨率的关系
α= 50~ 120 ″ ； 在良好的照明条件下，一般认为α = 60 ″ = 1 ′ 认为人眼的极限分辨角为1′ 。 在设计光学系统时就必须考虑眼睛的分辨率。
长春理工大学光电工程学院 牟达
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7、双眼的立体视觉
① 体视效应 体视效应是双眼所特有特性，单眼没有体视效应。 正常情况下人们总是用双眼观察一个物体，双眼视 觉能提高视力锐度，同时也将产生空间深度感觉。 两眼瞳间的距离称为眼基线，一般为62～65mm ，正是由于基线的存在，离观察者不同远近的物体 在两眼网膜上成像的相对位置不同（视差角不同） ，从而产生体视效应。
1、人眼的构造
6
2、人眼的调节功能 视度调节
如果要看清物体，人眼就要自动地调节眼睛的焦距， 使像落在网膜上，眼睛自动改变焦距的这个过程称为眼睛 的视度调节。 为了表示人眼调节的程度，引入了视度的概念。与网 膜共轭的物面到眼睛距离的倒数称为视度，用SD（屈光度） 表示： 1 SD = -1 l (m ) 距离l以米为单位，且有正有负。 一般人阅读或操作时常把被观察目标放在250mm处， 此距离称为明视距离。
光学测试技术复习资料讲解
光学检测原理复习提纲第一章 基本光学测量技术一、光学测量中的对准与调焦技术1、对准和调焦的概念(哪个是横向对准与纵向对准？) P1对准又称横向对准，指一个目标与比较标志在垂轴方向的重合。
调焦又称纵向对准，是指一个目标像与比较标志在瞄准轴方向的重合。
2、常见的五种对准方式。
P2 压线对准，游标对准。
3、常见的调焦方法最简便的调焦方法是：清晰度法和消视差法。
p2 二、光学测试装置的基本部件及其组合1、平行光管的组成、作用；平行光管的分划板的形式（abcd ）。
P14 作用：提供无限远的目标或给出一束平行光。
组成:由一个望远物镜（或照相物镜）和一个安置在物镜 焦平面上的分划板。
二者由镜筒连在一起，焦距 1000mm 以上的平行光管一般都带有伸缩筒，伸缩筒 的滑动量即分划板离开焦面的距离，该距离可由伸 缩筒上的刻度给出，移动伸缩筒即能给出不同远近 距离的分划像（目标）。
2、什么是自准直目镜（P15）（可否单独使用？），自准直法？一种带有分划板及分划板照明装置的目镜。
Zz 自准直：利用光学成像原理使物和像都在同一平面上。
3、；高斯式自准直目镜（P16）、阿贝式自准直目镜（P16）、双分划板式自准直目镜（P17）三种自准直目镜的工作原理、特点。
P15—p17（概念，填空或判断）1高斯式自准直目镜缺点--分划板只能采用透明板上刻不透光刻线的形式，不能采用不透明板上刻透光刻线的形式，因而像的对比度较低，且分束板的光能损失大，还会产生较强的杂光。
2阿贝式自准直目镜---特点射向平面镜的光线不能沿其法线入射，否则看不到亮“+”字线像。
阿贝目镜大大改善了像的对比度，且目镜结构紧凑，焦距较短，容易做成高倍率的自准直仪。
主要缺点：直接瞄准目标时的视轴（“+”字刻度线中心与物镜后节点连线）与自准直时平面（a ）"+"字或"+"字刻线分划板； （b ）分辨率板； （c ）星点板； （d ）玻罗板镜的法线不重合；且视场被部分遮挡。
光学实验中的误差分析和校正方法
光学实验中的误差分析和校正方法在物理学的研究中，光学实验是一个重要的领域。
然而，在进行光学实验时，误差的存在往往是不可避免的。
这些误差可能会影响实验结果的准确性和可靠性，因此，对误差进行分析和校正就显得尤为重要。
一、误差的来源1、仪器误差光学实验中使用的仪器本身可能存在误差。
例如，测量长度的尺子刻度不准确，测量角度的仪器精度有限等。
2、环境误差实验环境的变化也会导致误差。
温度、湿度、气压的波动可能会影响光学元件的性能和光线的传播，从而产生误差。
3、人为误差实验操作人员的操作不规范、读数不准确、观察判断失误等都可能引入人为误差。
4、理论误差实验所基于的理论模型可能存在局限性，与实际情况存在偏差，从而导致误差。
二、误差的分类1、系统误差系统误差是指在相同条件下，多次测量同一物理量时，误差的大小和方向保持不变或按一定规律变化的误差。
例如，仪器的零点漂移、刻度不均匀等引起的误差。
2、随机误差随机误差是指在相同条件下，多次测量同一物理量时，误差的大小和方向随机变化的误差。
它是由不可预测的因素引起的，例如测量时的环境微小变化、人员操作的细微差异等。
三、误差分析方法1、数据分析法通过对实验数据的整理、分析和统计，可以发现数据的分布规律，从而判断误差的类型和大小。
例如，可以计算平均值、标准差等来评估数据的离散程度。
2、对比分析法将实验结果与已知的标准值或其他可靠的实验结果进行对比，分析差异，找出可能存在的误差。
3、误差传递分析法对于复杂的实验，需要分析各个测量量的误差如何传递到最终结果中，从而找出对结果影响较大的因素。
四、误差校正方法1、仪器校准对于存在系统误差的仪器，进行定期校准是非常必要的。
通过与标准仪器对比，调整仪器的参数，减小仪器误差。
2、环境控制尽量保持实验环境的稳定，例如控制温度、湿度和气压在一定范围内，以减少环境因素对实验的影响。
3、多次测量取平均值对于随机误差，可以通过多次测量同一物理量，然后取平均值的方法来减小误差。
光学测试技术-第1章-基本光学测量技术1
② 消视差法 其推导过程与清晰度法一致。对消视差法在像方的调焦不确定度
换算至物方，换算公式为：
x
'
nf
'2 eq
可得到调焦误差为：
x
2n e
D'1
f '2 eq
n e
f
' eq
NA
D' D'1
其单次调焦标准不确定度为 x / 3
列表比较经过不同光学系统后的对准误差与调焦误差
武汉大学 电子信息学院
23
武汉大学 电子信息学院
5
§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
三、人眼的对准误差和调焦误差 1、人眼的对准误差
在正常照度下，人眼的对准误差主要取决于对准方式。 表1-1（p2）给出了5种不同对准方式下人眼的对准误差。 可见，随对准方式的不同，人眼对准误差在10″-120″之间。
2、人眼的调焦误差 要知道人眼的调焦误差，必须首先知道人眼是如何调
17
§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
②消视差法 人眼通过望远镜调焦时，眼睛在出瞳面上摆动的最大距离受出瞳直径 的限制。同时，在视网膜上像的位置由进入眼瞳的成像光束的中心线 与视网膜的交点决定。因此眼瞳的有效移动距离为b，实际移动距离
为t，且： b t
b b
t
武汉大学 电子信息学院
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§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
焦的。人眼常用的调焦方式有两种：清晰度法、消视差法。
武汉大学 电子信息学院
6
x
§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
清晰度法 以目标和比较标志同样清晰为准，这时的调焦误差由几何焦 深和物理焦深造成。 ①几何焦深 标志严格成像在视网膜上，则在视网膜上的像是一个几何点。 调焦时目标不一定与标志在同一平面上。但只要目标在视网 膜上生成的弥散圆直径小于人眼的极限分辨率，人眼仍然认 为所成的像是一个点，即认为目标和标志同样清晰，或目标 与标志在同一平面上。 当弥散圆直径等于人眼的极限分辨率时，目标与标志之间的 距离δx即为调焦极限误差。称2δx为几何焦深。可见几何焦深 的大小主要取决于人眼的极限分辨率αe。
目视光学仪器的对准误差和调焦误差
5
人眼的构造剖视图
巩膜
角膜
脉络膜
1 巩膜是眼球的第一层保护膜，白色、不透明、坚硬；
2 角膜是巩膜的最前端部分，无色而透明；有感觉神经，无血管
眼睛内的折射主要发生在角膜上（三分之二的屈光度）； 3 脉络膜是眼球的第二层膜，上面有供给眼睛营养的网状微血管；
b
min 约为10”，有可能达到5”或3”
b2 a2
a1 b1
30
当物点对应的视角差α等于 min时，人眼刚能
分辨出它和无限远物点之间的距离差别 min 10"
即反映了人眼可能分辨出物点远近的最大距离
人眼瞳孔之间的平均距离为b=62mm，
b
Lmax称为立体视觉半径
l
lm in
10
人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜
巩膜
角膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
前室
晶状体
盲斑
后室
角膜和晶状体之间的空间称为前室；充满1.336的水状液；房水 晶状体和网膜所包围的空间称为后室;充满1.336的玻状体； 叫玻璃体，具有支撑，减震，代谢作用。玻璃体混浊（飞蚊症1）1
人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜
角膜
1.376
小数法，分数法，5分纪录法
38
对准精度
经常需要将一条直线重合到另一条直线，但是，要使两条直 线完全重合是不可能的
眼睛虽具有发现一个平面上两根平 行直线的不重合能力，但也有一定 的限度
这个不重合限度的极限值称为人眼 的对准精度。
人眼的瞄准精度一般用角度值来表示
39
即两线宽的几何中心线对人眼的 张角小于某一角度值α 时，虽然 还存在着不重合，但眼睛已经认 为是完全重合的，这时α 角度值
光学测量1.1
e 8 2 D KD
2
2
(m )
1
望远镜的调焦误差
消视差法
物镜 分 划 板 A″ O
b
目镜
A
b
X′
-fe
b
2
望远镜的调焦误差
b值的确定
bMAX D' / 2 De / 4
b t
望远镜的调焦误差
例子 校正平行光管的分划板位置，要求分划板位于平 行光管物镜焦面上。设平行光管口径Dc=50mm，物 镜焦距fc′=550mm。用一个望远镜对向平行光管， 观察它的分划板像，当看到这个像与望远镜的分划 板刻线同样清晰和消视差时，则认为平行光管已校 正好。设望远镜入瞳直径DT=100mm，物镜焦距 f0′=1200mm，放大率为40。问调焦误差有多少?
显微镜的对准误差
Δy β δ -fe
250 y
光电对准
光电对准
人眼的调焦误差
最常用的调焦方法：
几何焦深
清晰度法深
1 1 e l 2 l1 De
' 1
物理焦深
l
De
h
1 1 8 1 (m ) 2 l2 l1 KDe
' 2
人眼的调焦误差
清晰度法产生的人眼的调焦不确定度：
2 2 8 2 1 e ' '1 '2 ( m ) 2 D KD 2 e e
单次测量的标准不确定度：
ED
2 2 1 e 8 2 D KDe 3 e 1 2
光学测量
一、目视光学仪器的对准误差和调焦误差对准是指在垂直于瞄准轴方向上，使目标像和比较标记重合或置中的过程，又称横向对准。
调焦是指目标像和比较标记沿瞄准轴方向重合或置中的过程，又称纵向对准。
（一）人眼的对准误差和调焦误差人眼的极限分辨角与瞳孔直径、被观察景物的照度及照明光的波长有关，参考公式为=在正常照度下，白光照明，人眼瞳孔直径时=人眼的对准误差与对准方式有关，表1-5列出常用对准方式的对准误差。
对准与分辨即有联系，又是两个不同的概念。
后者是分辨两个靠近目标的问题，前者是使目标和比较标记重合或置中的问题。
（二）人眼通过望远镜时的对准误差和调焦误差1．对准误差=式中——人眼通过望远镜观察时的对准误差；——人眼对准误差；——望远镜视放大率。
2．调焦误差常用的调焦方式有清晰度法和消视差法。
清晰度法是以目标像和比较标志同样清晰为准，其调焦误差由几何景深和物理景深决定。
消视差法是以眼睛垂直于瞄准轴摆动时看不出目标像和比较标志有相对错动为准调焦误差受对准误差影响。
清晰度法：极限误差()标准偏差=()式中D——望远镜物方的有效通光孔径；——照明光波长（）；——人眼极限分辨角（分）。
消视差法：极限误差()标准偏差()式中——人眼对准误差（分）；——望远镜出瞳直径；——眼瞳直径。
二、光学玻璃折射率测量（一）V棱镜法V棱镜法测量精度高、速度快、范围大，该法是由仪器的标准块是一个V型棱镜而得名。
V棱镜法是通过测量光通过棱镜后的偏折角来求得折射率的。
原理图如下当单色平行光垂直地入射到V棱镜的ED面时，若被检玻璃折射率n与V棱镜折射率完全相同，则出射光不发生任何偏折地从GH面射出，仪器的读数系统指示为零。
若n 与不相等，则出射光相对入射光有一偏折角。
若测出角，则可算出待检试样对入射光波长的折射率。
根据折射定律，有上图写出下面公式：联合上式可得：当时，取“+”号；时，取“-”号。
用不同单色平行光，可测得不同波长的折射率,并由此求出色散，确定玻璃的类和级。
(光学测量技术)第1章光学测量基础知识
第1章 光学测量基础知识 4. 按测量目的的数目多少分类 按照测量目的数目的不同，测量可分为独立测量和组合 测量。 独立测量:只有一个量作为测量目的的测量。一般说来， 它的测量原理可用一个方程式来表示。 组合测量:测量目的为两个及两个以上的测量。此时， 测量原理必须用方程组来表示。
第1章 光学测量基础知识 5. 按测量时所处的条件分类 按照测量时所处条件的不同，测量可分为等精度测量和 非等精度测量。 等精度测量:在同一条件下进行的一系列重复测量，称 为等精度测量。如每次测量都使用相同的方法、相同的仪器、 在同样的环境下进行，而且每次都以同样的细心和注意程 度来工作等。 非等精度测量:在多次测量中，进行每一次测量时，若 对测量结果精确度有影响的一切条件不能完全维持不变，则 所进行的一系列重复测量称为非等精度测量。
第1章 光学测量基础知识 1. 1. 4 测量的分类 对测量的分类可以从以下几个不同的角度进行。 1. 按获得测量结果的方式分类 从获得测量结果的方式来分，测量可分为直接测量和间 接测量。 直接测量:测量目的就是被测量，此时，测量目的直接 与标准量进行比较，从而求得测量目的的大小。 间接测量:在这种测量中，被测量不是测量目的。测量 目的的大小，是通过与它有一定关系的被测量的测量，而间 接地按已知的函数关系求得的。
第1章 光学测量基础知识 各测得值与算术平均值之差代表残差。残差有以下两个 性质: (1)当 n →∞ 时，残差代数和为零，即
(2)残差的平方和为最小，即
第1章 光学测量基础知识 1. 2. 5 算术平均值的标准偏差 真值往往是无法确切知道的，只能用算术平均值代替真 值，又由于测量次数总是有限的，因此标准偏差只能由残差 计算出的所谓标准偏差来估计。 在有限次数的测量中，用残差求出的 σ 估计 σ 0 的计算 公式如下:
光学测量
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
光学实验的实验误差分析
光学实验的实验误差分析本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March光学实验所涉及计算表达和误差传递公式1 薄透镜焦距测定ll l l f 444222∆-=∆-= 22441l l f ∆+=∂∂ ll f 2∆-=∂∂ ()()()∆∆+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=22222224441u l l u l f u 对于同一透镜，焦距为一定值，l 取大些，∆也随之增大，因此224l ∆这一比值如何变化不好判断，但容易由焦距表达式来求得：l f ll l f -=∆−−→−∆-=4144412222整理得 因此误差传递公式可以写成：()()()∆⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2224121u l f l u l f f u 这样就容易看出：实验测量时1字屏到像屏之间的距离l 取得越大，同样()l u 和()∆u 的前提下，误差越大，因此l 只要稍大于f 4即可，这样有利于减小焦距测量不确定度。
2 分光计的调节和使用⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+--︒=2''1802211θθθθA ()()()''21222112θθθθ-+-=u u A u 其中()'11θθ-u 、()'22θθ-u 分别代表'11θθ-和'22θθ-的综合不确定度3 迈克尔孙干涉仪测钠灯波长Nd2=λ()()()()()()()222222222⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡=N N u d u N N N u d u d N N u d d u u λλλλλ 对于同一光源而言，波长为一定值，由上式容易分析得出：实验测量过程转动微动手轮使得从环心处涌现的条纹数目N 尽可能多，这样有利提高波长的测量精度。
4 光栅衍射测汞灯光谱 j d or d j /sin sin θλθλ==（实验时测量1级谱线的衍射，因此j 取1） 00sin θλj d = ()()()0000200cot sin cos θθθθθλu d u j d u == 由此可知：测量光栅常数d 宜选择衍射角较大的谱线，这有利于提高光栅常数的测量精确度，因此实验过程我们选择绿色谱线。
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5
人眼的构造剖视图
巩膜 角膜 脉络膜
1 巩膜是眼球的第一层保护膜，白色、不透明、坚硬； 2 角膜是巩膜的最前端部分，无色而透明；有感觉神经，无血管 眼睛内的折射主要发生在角膜上（三分之二的屈光度）； 3 脉络膜是眼球的第二层膜，上面有供给眼睛营养的网状微血管；
6
人眼的构造剖视图
瞳孔 角膜 虹膜 巩膜 脉络膜
1.376
虹膜
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹 视轴
前室
1.336
晶状体 后室 1.336
光轴
盲斑
眼睛的像方节点与中心凹的连线为眼睛的视轴, 在观察物 体时眼睛本能地把物体瞄准在这根轴上。
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从光学角度看，最主要的是：水晶体、和瞳孔和视网膜。
眼睛和照相机很相似，如果对应起来看：
人眼瞳孔 水晶体 ↕ ↕ ↕ 照相机光阑 镜头
4 虹膜是脉络膜的最前端部分，含有色素细胞，决定眼的颜色；（不同的人 种和物种有不同的颜色）
5 瞳孔是虹膜中间的小孔，随着外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直径
在2--8mm范围内变化；它是人眼的孔径光阑。（瞳孔可以不是圆的，猫眼） 7
人眼的构造剖视图
瞳孔 角膜 虹膜 巩膜 网膜 脉络膜 黄斑中心凹
1 SD l
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远点距倒数
近点距倒数
1 R r
1 P p
称为远点视度，
称为近点视度。
在医院和眼镜店通常把1屈光度称为100度。
人眼的调节能力随年龄的增加而变化。
随着年龄的增大，近点位置往远移，远点位置往近移，因 而调节范围减少。
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正常眼在肌肉完全放松的自然状态下，能够看清楚无限远处的物体，即远 点应在无限远（R = 0）， 像方焦点正好和视网膜重合 若不符合这一条件就是 非正常眼，或称视力不正常 最常见的有近视眼和远视眼
15
明视距是指正常的眼睛在正常照明（约50勒克斯）下最方 便和最习惯的工作距离，约250mm。 它不同于人眼的近点距，两者不能混淆 人眼的调节能力是用远点距r的倒数和近点距p的倒数之 差来描述，用A来表示，即
1 1 A RP r p
近点和远点间 l 处，总能清晰地成像在视网膜上。 A称为眼睛的调节范围或调节能力。 单位为米，则其倒数称为视度，单位为屈光度
6 视网膜是眼球的第三层膜，上面布满着感光元素，即锥状细胞和杆状 细胞（视锥/杆细胞），锥状细胞直径约5微米，长35微米；杆状细胞直径2微米 ，长约60微米。它们在网膜上的分布式不均匀的。在黄斑中心凹处 是锥状细胞的密集区而没有杆状细胞，由中心向外，逐渐相对变化；
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人眼的构造剖视图
瞳孔 角膜 虹膜 巩膜 网膜 脉络膜 黄斑中心凹
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人眼的构造剖视图
瞳孔 角膜 前室 晶状体 后室
角膜和晶状体之间的空间称为前室；充满1.336的水状液；房水 晶状体和网膜所包围的空间称为后室;充满1.336的玻状体； 叫玻璃体，具有支撑，减震，代谢作用。玻璃体混浊（飞蚊症） 11
虹膜
巩膜
网膜 脉络膜 斑中心凹
盲斑
人眼的构造剖视图
瞳孔 角膜
F'
18
所谓近视眼就是其远点在眼睛前方有限距离处（r < 0） 这是由于眼球太长，像方焦点位于视网膜的前面所致。因此，只有眼前 有限距离处的物体才能成像在视网膜上。 对应着负视度，配上适当的负光焦度眼镜后，即可使无限远物体成像于 眼睛的远点上，然后再经眼睛成像于网膜上，因而眼镜矫正了眼睛的缺 陷。 近视度数：眼睛远点的视度*100
2
第二节 目视光学仪器的对准误差和调焦误差
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第二节 目视光学仪器的对准误差和调焦误差
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第二节 目视光学仪器的对准误差和调焦误差
眼睛的结构——成像光学系统
人眼是非常精密的成像光学系统，（动物眼睛？） 但并非理想系统，也存在像差，以及缺陷 人眼本身相当于摄影光学系统，在角膜和视网膜之间的生 物构造均可以看作成像元。
第一章 光学测量基础
第二节 目视光学仪器的对准误差和调焦误差
光学测量
第二节 目视光学仪器的对准误差和调焦误差
一、与光学测量有关得人眼特性
1.眼睛的瞳孔De 2.视场2W 3.眼睛的调节能力 4.眼睛的光谱灵敏度 大照度 0.570μ 中照度 0.555μ 小照度 0.512μ 5.眼睛对衬度的灵敏度 ΔB/B ΔB目标与背景亮度差,B 背景亮度在正常情况下为 1.7%≈2% 6.眼睛的分辨率 1 (分） 0.618 0.13 / De
晶状体
7 黄斑中心凹是人眼视觉最灵敏的地方。
盲斑
盲斑
光
视神经细胞
神经纤维
大脑
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8 盲斑（点）是网膜上没有感光元素的地方，不能引起光刺激。
人眼的构造剖视图
瞳孔 角膜 虹膜 巩膜 网膜 脉络膜 黄斑中心凹
晶状体
盲斑
9 晶状体在虹膜后面，是由两个不同曲率的面组成的透明体， 似双凸透镜，是眼睛光学系统的成像元件，其密度和折射 率都是不均匀的，由里层到外层逐渐减少，有利于提高 成像质量。晶状体的平均折射率为1.40，其周围是毛状肌 能改变晶状体的表面曲率，使人眼在看远近不同的物体时。白内障，严 重时致盲！！
视网膜 底片
照相机中，正立的人在底片上成倒像，人眼也是成倒像 但我们感觉为什么还是正立的？ 这是视神经系统内部作用的结果，相当复杂，相当奇妙！ 为了方便，人们定义了标准眼模型和简约眼模型
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眼睛的调节
眼睛有两类调节功能：视度调节和瞳孔调节。
1．视度调节
远近不同的其他物体，物距不同，则不会成像在视 网膜上，这样我们就看不清。 要想看清其他的物体，人眼就要自动地调节眼睛中 晶状体的焦距，使像落在视网膜上。 眼睛自动改变焦距的过程称为眼睛的调节。
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正常人眼在完全放松的自然状态下， 无限远目标成像在视网膜上，即眼睛的像方焦点在视网膜 上。 在观察近距离物体时，人眼水晶体周围肌肉收缩，使水晶 体前表面半径变小（后表面基本不变）
眼睛光学系统的焦距变短，后焦点前移，从而使该物体 的像成在视网膜上。
当肌肉完全放松时（通过调节），眼睛所能看清的最远 的点称为远点，其相应的距离称为远点距，以 r 表示 （米），正常眼，r无限远 当肌肉在最紧张时（通过调节），眼睛所能看清的最近 的点称为近点，其相应的距离称为近点距，以 p 表示