光电测试第一章-1讲解

光电测试技术
第 1章
§1-1
基本光学量的测试技术
光电系统的对准和调焦技术
§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 对准又称横向对准，是指一个目标与比较标志在
垂直瞄准轴方向的重合或置中。
调焦又称纵向对准，是指一个目标与比较标志在
瞄准轴方向的重合。
调焦的目的主要是使物体（目标）成像清晰， 其次是为了确定物面或它的共轭像面的位置， 后者往往称为定焦。
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：

D D k 8l 2 8l1
2 e
2 e
1 1 8 2 ' 2 l2 l1 KDe
式中，l2＝l1±dl；De为眼瞳直径（De与波长λ 的单位皆为m）。
§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 对准以后，眼睛的对准不确定度是以对准 残余量对眼瞳中心的夹角表示的。 定焦以后，眼睛的调焦不确定度以目标和
标志到眼瞳距离的倒数之差表示。
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。
消视差法是以眼睛在垂轴平面上左右摆动也看不
出目标和标志有相对横移为准的。
1）由于无相对横移时目标不一定与标志同样清
晰，所以消视差法不受焦深的影响； 2）由于消视差法把纵向调焦变成横向对准，从 而可通过选择准确度高的对准方式来提高调焦准 确度。
1．1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度 设眼睛摆动距离为b，所选择对准方式的对 准标准不确定度为δ，定焦时目标和标志到眼 睛的轴向距离分别为l1和l2，此时人眼直接观
两条实线重合时，设线宽分别为b1，b2(′)， 则δ＝（b1+b2）/2（′）实线与虚线重合时， 设虚线宽为b1，b2≤b1＜b2+1时，δ＝1′
a
a
15
线宽不宜大于1′ 分界线aa应细而整齐
三线严格平行。两平行线中心间距最好 等于粗直线宽度的1.6倍 直线应与叉线的一条角等分线重合 直线与狭缝严格平行
察的调焦标准不确定度可由定义式为
1 1 l2 l1 b
式中，δ的单位为rad，b的单位为m。
§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
人眼通过望远镜或显微镜去对准和调焦是为了提 高对准与调焦准确度。 1）望远镜的对准标准不确定度
设人眼直接对准的对准标准不确定度为δ，望远 镜的放大率为Γ，通过望远镜观察时物方的对准 标准不确定度设为γ，则有


Γ
例：V棱镜折光仪的望远镜放大率：
6

入瞳直径
D 12mm
对准方式是夹线对准，其扩展不确定度：
常见的对准方式和人眼的对准标准不确定度见表。
对准方式 压线对准 （单线与单线重合） 游标对准 （一直线在另一直线 延长线上） 夹线对准（一条稍粗 直线位于两条平行细 线中间） 叉线对准（一条直线 位于叉线中心） 狭缝叉线对准或狭缝 夹线对准 示 意 图 人眼的对准 标准不确定 度δ(″) 60~120 附 注
由几何焦深造成的人眼调焦标准不确 定度为： 1 1 ae 1 ' l2 l1 De
1 ' 以m-1为单位，这时l1、l2和 式中， De的单位为m，αe的单位为rad。
公式推导
l2 De l1 l’1 l’2
ae
1 1 1 l l' f ' 1 1 1 1 1 ' ' l l f 2 2
2 2 2
2
在光瞳边缘上的 OPD为：
D D W 8l2 8l1
2 e
2 e
De 2 ( x 2 y 2 ) max
§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 1．1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度 由清晰度法产生的人眼调焦合成标准不确定度为 几何焦深和物理焦深造成的调焦标准不确定度的 平方和再开方。即
§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
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。
Δy
γ
R0 = ∞
Δx
F′
R = 1/φ
观察系统物方的对准和调焦不确定度的表示
1．1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度
光瞳处球面波方程可近似表示为 x,y<<R
：
x y z 2R
2
2
因此波面分布：
x y W ( x, y ) 2R
2
2
对应于R=l1和R=l2两种情况，波面的相对改变量为：
x y x y W ( x, y) W2 ( x, y) W1 ( x, y ) 2l2 2l1
10 10 10
§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
1．1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度
最简便最常用的调焦方法是清晰度法和消视差法。 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。
1 1 1 1 ' ' l2 l1 l2 l1
De ' ' 1 e ' (l1 l2 ) ' l2 l1
1 1 1 1 e ' ' l2 l1 l2 l1 De
物理焦深
根据衍射理论，由于眼瞳大小有限，即使是理想
成像，一物点在视网膜上的像也不再是一个点而 是一个艾里斑。当物点沿轴向移动dl后，在眼瞳 面上产生的波差小于或等于λ/K（常取K＝6）时， 人眼仍分辨不出此时视网膜上衍射图像与艾里
a 8 e 2 12 2 D KD 2 e e
2 2 1/ 2
(m-1)
§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 1．1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度