光学测试第一章4节教程文件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一来自百度文库 基本光学测量技术
第三节 焦距和顶焦距的测量
§3 焦距和顶焦距的测量
由于科学技术的相互渗透，现代光学仪器已是光、 机、电的装置，而透镜作为光学仪器的基本单元， 组成各种物镜和光学系统，不仅用于目视成像系 统，而且在光电、电视摄像、遥感等诸多技术中， 已作为图像或能量的转换器广泛使用。
转换过程的放大、聚焦作用，主要取决于光学系 统的焦距。光学系统和透镜的重要参数----焦距 迄今已有多种行之有效的测量方法。
§3 焦距和顶焦距的测量
一、放大率法
放大率法是目前最常用的方法，这种方法主要用于测量望
远物镜、照相物镜和目镜的焦距和顶焦距，也可以用于生产
中检验正、负透镜的焦距和顶焦距。
（一）测量原理
被测透镜位于平行光管物镜前，平行光管物镜焦面上的分
划板的一对刻线就成像在被测物镜的焦面上。这一对刻线的
间距 y和它的像的间距 与y 平行光管物镜焦距 和f c被测透镜 焦距f 的 关系：
负透镜焦距的测量，其光路如图所示，焦距计算公式为：
ffcyy
(130 )
l F
y 2
2
y
f c
f
注意：由于负透镜成虚像，用测量显微镜观测这个像时，显 微镜的工作距离必须大于负透镜的焦距，否则看不到刻线像。
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
（二）用GXY-08A型光具座测量的测试技术
以焦距210mm、相对孔径1/4.5的照相物镜为例说明其主要 测
以几何光学成像理论为基础的测量方法：
§3 焦距和顶焦距的测量
以几何光学成像理论为基础的测量方法：
1、放大率法----是以几何光学原理为基础的最基本的测量 焦距和顶焦距的方法。 2、自准直法和附加透镜法----为了提高测量正负透镜顶焦 距和焦距的精度。 3、精密测角法----当对较大口径光学系统或透镜的焦距要 求很准确。 4、附加接筒法----对于短焦距（如显微物镜的焦距）。 5、固定共轭距离法、附加已知焦距透镜法、反转法 有时也会用到。
§3 焦距和顶焦距的测量
基于物理光学原理的一些测量焦距的新方法。
1、光栅法测量透镜焦距。 2、激光散斑法测量透镜焦距。 3、莫尔条纹同向法测量透镜焦距。 本节中主要介绍放大率法测量焦距和顶焦距，这是目前在 生产中最常用的测量透镜焦距的方法，因为它可以在光具座 上实现，所需设备简单，测量操作比较方便，测量准确度较 高。另外还将介绍一种现代光学研究中常用的光栅法测量透 镜焦距，这是方法可在全息和信息处理实验装置上测量焦 距，而且具有较高的准确度。
为了简化焦距的计算，要求目镜测微器测 y 时 得到的读数
再乘以整数，就等于被测焦距值，为此，需要合理选择光具 座的一些参数，因为GXY-08A型光具座的目镜测微器的读数
为实际的4倍，所以当测某对刻线像的间距 y得 到读数为D
时，设显微物镜的垂轴放大率为 ，则 D。4y
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
自身光轴转动显微镜，使目镜测微器活动分划板的竖线与刻
线像平行。 用目镜测微器测出某对刻线像
0 5 10 15 20 25 30
的间距 f， 即可计算出被测物镜 的焦距 y 。
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
（二）用GXY-08A型光具座测量的测试技术
轴向移动显微物镜到调焦在照相物镜最后一个表面的顶点 上（即清晰看见透镜最后一个表面上的灰尘和脏点），移动 的距离即为照相物镜的后顶焦距。 将镜头调转180，用与测后顶焦距相同的方法测出前顶焦 距。
ta n2yfc,t而a n：2yf
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
所以： y yffc 或 ffcy y
(12)9
式中 f和c 是y可以预先准确测定的。只要测出刻线像的间距
y再 乘以已知系数 fc，/ y即可得到被测透镜焦距 。f
被测物镜
显微镜
平行光管物镜
y 2
f c
2 y l F
f
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
（二）用GXY-08A型光具座测量的测试技术
代入式（1-29），得到被测焦距与D的关系式为：
f4fcyD
(13)1
式中 fc/4为y仪器常数，以 表示C 0，于是得：
f C 0 D
(1 3)2
要使C等0 于整数，必须使 fc为/ 4 的 整y数倍。表1-2给出 G间X距Y-y0对8应A型的光C值具0 。座（fc/43）00的六种放大率 和4对刻线
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
（二）用GXY-08A型光具座测量的测试技术
被测正透镜的焦距最大值受仪器导轨长度的限制；负透镜 焦距的最大值则受显微镜工作距离的限制。表1-2所列的焦 距测量范围是根据导轨长度只有2m，显微镜的工作距离随 的增大而迅速减小，以及D值太小会影响测量精度（通常令 D在2.5-24范围内）这样一些限制条件确定的。能测顶焦距 的最大值也大致与表中所列举的焦距最大值相同。 由于被测透镜球差的影响，全口径对应的最佳像点位置一 般不与近轴焦点重合，因此，应尽量测量被测透镜全口径工 作时的焦距。为此除要求平行光管口径大于被测透镜有效口 径外，还要求测量显微镜的数值孔径大于或等于被测透镜相 对孔径的一半（即被测透镜轴上点成像光束全部进入显微镜 成像）。
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
（二）用GXY-08A型光具座测量的测试技术
轴向移动透镜夹持器，用一张描图纸承接被测物镜焦面上
的刻线像，当清晰的像距离显微物镜约190mm时，固紧夹持
器底座，在用显微镜对刻线像小量调焦，以看到清晰无视差
的刻线像为准，这时显微镜已调焦在被测物镜的后焦面上。
上下和横向移动显微镜使刻线像成像在视场中央，再绕
试技术。 照相物镜装在透镜夹持架上，它工作时的物方对向平行光 管，并注意不要使其光轴倾斜。平行光管用玻罗分划板，它 上面的4对刻线的间距分别为30mm、12mm、6mm、3mm。
调好 它的伸缩筒的零位。 根据被测物镜焦距的名义值210mm（也可以是粗1 略估计值） 可知最外一对刻线在被测物镜焦面上的间距约为5mm，小于 目镜测微器的测量范围，因此测量显微镜可以选用 显微 物镜，其工作距离约为190mm。
§3 焦距和顶焦距的测量
（5）测量焦距时所用的分划板往往刻有成对的刻线，安置 分划板时，应使光轴通过这些成对刻线的对称中心。最外面 一对刻线的间距应远小于平行光管的有效视场范围。否则轴 外像差将严重影响测量结果。 （6）如果测量时观测系统的出瞳直径等于或大于2mm，则
调 焦时不仅要成像清晰，而且有无视差。
第三节 焦距和顶焦距的测量
§3 焦距和顶焦距的测量
由于科学技术的相互渗透，现代光学仪器已是光、 机、电的装置，而透镜作为光学仪器的基本单元， 组成各种物镜和光学系统，不仅用于目视成像系 统，而且在光电、电视摄像、遥感等诸多技术中， 已作为图像或能量的转换器广泛使用。
转换过程的放大、聚焦作用，主要取决于光学系 统的焦距。光学系统和透镜的重要参数----焦距 迄今已有多种行之有效的测量方法。
§3 焦距和顶焦距的测量
一、放大率法
放大率法是目前最常用的方法，这种方法主要用于测量望
远物镜、照相物镜和目镜的焦距和顶焦距，也可以用于生产
中检验正、负透镜的焦距和顶焦距。
（一）测量原理
被测透镜位于平行光管物镜前，平行光管物镜焦面上的分
划板的一对刻线就成像在被测物镜的焦面上。这一对刻线的
间距 y和它的像的间距 与y 平行光管物镜焦距 和f c被测透镜 焦距f 的 关系：
负透镜焦距的测量，其光路如图所示，焦距计算公式为：
ffcyy
(130 )
l F
y 2
2
y
f c
f
注意：由于负透镜成虚像，用测量显微镜观测这个像时，显 微镜的工作距离必须大于负透镜的焦距，否则看不到刻线像。
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
（二）用GXY-08A型光具座测量的测试技术
以焦距210mm、相对孔径1/4.5的照相物镜为例说明其主要 测
以几何光学成像理论为基础的测量方法：
§3 焦距和顶焦距的测量
以几何光学成像理论为基础的测量方法：
1、放大率法----是以几何光学原理为基础的最基本的测量 焦距和顶焦距的方法。 2、自准直法和附加透镜法----为了提高测量正负透镜顶焦 距和焦距的精度。 3、精密测角法----当对较大口径光学系统或透镜的焦距要 求很准确。 4、附加接筒法----对于短焦距（如显微物镜的焦距）。 5、固定共轭距离法、附加已知焦距透镜法、反转法 有时也会用到。
§3 焦距和顶焦距的测量
基于物理光学原理的一些测量焦距的新方法。
1、光栅法测量透镜焦距。 2、激光散斑法测量透镜焦距。 3、莫尔条纹同向法测量透镜焦距。 本节中主要介绍放大率法测量焦距和顶焦距，这是目前在 生产中最常用的测量透镜焦距的方法，因为它可以在光具座 上实现，所需设备简单，测量操作比较方便，测量准确度较 高。另外还将介绍一种现代光学研究中常用的光栅法测量透 镜焦距，这是方法可在全息和信息处理实验装置上测量焦 距，而且具有较高的准确度。
为了简化焦距的计算，要求目镜测微器测 y 时 得到的读数
再乘以整数，就等于被测焦距值，为此，需要合理选择光具 座的一些参数，因为GXY-08A型光具座的目镜测微器的读数
为实际的4倍，所以当测某对刻线像的间距 y得 到读数为D
时，设显微物镜的垂轴放大率为 ，则 D。4y
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
自身光轴转动显微镜，使目镜测微器活动分划板的竖线与刻
线像平行。 用目镜测微器测出某对刻线像
0 5 10 15 20 25 30
的间距 f， 即可计算出被测物镜 的焦距 y 。
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
（二）用GXY-08A型光具座测量的测试技术
轴向移动显微物镜到调焦在照相物镜最后一个表面的顶点 上（即清晰看见透镜最后一个表面上的灰尘和脏点），移动 的距离即为照相物镜的后顶焦距。 将镜头调转180，用与测后顶焦距相同的方法测出前顶焦 距。
ta n2yfc,t而a n：2yf
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
所以： y yffc 或 ffcy y
(12)9
式中 f和c 是y可以预先准确测定的。只要测出刻线像的间距
y再 乘以已知系数 fc，/ y即可得到被测透镜焦距 。f
被测物镜
显微镜
平行光管物镜
y 2
f c
2 y l F
f
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
（二）用GXY-08A型光具座测量的测试技术
代入式（1-29），得到被测焦距与D的关系式为：
f4fcyD
(13)1
式中 fc/4为y仪器常数，以 表示C 0，于是得：
f C 0 D
(1 3)2
要使C等0 于整数，必须使 fc为/ 4 的 整y数倍。表1-2给出 G间X距Y-y0对8应A型的光C值具0 。座（fc/43）00的六种放大率 和4对刻线
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
（二）用GXY-08A型光具座测量的测试技术
被测正透镜的焦距最大值受仪器导轨长度的限制；负透镜 焦距的最大值则受显微镜工作距离的限制。表1-2所列的焦 距测量范围是根据导轨长度只有2m，显微镜的工作距离随 的增大而迅速减小，以及D值太小会影响测量精度（通常令 D在2.5-24范围内）这样一些限制条件确定的。能测顶焦距 的最大值也大致与表中所列举的焦距最大值相同。 由于被测透镜球差的影响，全口径对应的最佳像点位置一 般不与近轴焦点重合，因此，应尽量测量被测透镜全口径工 作时的焦距。为此除要求平行光管口径大于被测透镜有效口 径外，还要求测量显微镜的数值孔径大于或等于被测透镜相 对孔径的一半（即被测透镜轴上点成像光束全部进入显微镜 成像）。
§3 焦距和顶焦距的测量 一、放大率法
（二）用GXY-08A型光具座测量的测试技术
轴向移动透镜夹持器，用一张描图纸承接被测物镜焦面上
的刻线像，当清晰的像距离显微物镜约190mm时，固紧夹持
器底座，在用显微镜对刻线像小量调焦，以看到清晰无视差
的刻线像为准，这时显微镜已调焦在被测物镜的后焦面上。
上下和横向移动显微镜使刻线像成像在视场中央，再绕
试技术。 照相物镜装在透镜夹持架上，它工作时的物方对向平行光 管，并注意不要使其光轴倾斜。平行光管用玻罗分划板，它 上面的4对刻线的间距分别为30mm、12mm、6mm、3mm。
调好 它的伸缩筒的零位。 根据被测物镜焦距的名义值210mm（也可以是粗1 略估计值） 可知最外一对刻线在被测物镜焦面上的间距约为5mm，小于 目镜测微器的测量范围，因此测量显微镜可以选用 显微 物镜，其工作距离约为190mm。
§3 焦距和顶焦距的测量
（5）测量焦距时所用的分划板往往刻有成对的刻线，安置 分划板时，应使光轴通过这些成对刻线的对称中心。最外面 一对刻线的间距应远小于平行光管的有效视场范围。否则轴 外像差将严重影响测量结果。 （6）如果测量时观测系统的出瞳直径等于或大于2mm，则
调 焦时不仅要成像清晰，而且有无视差。