光学测量的基本知识

光学测量的基本知识

一.典型的光学测试装置-----光具座

光具座的类型一般以其上的平行光管EFL的长短来区分,例如: GXY---08A型之EFL=1200mm.

我们的光具座:MSFC---Ⅳ型有3个准直镜头,

EFL1=550mm,F/NO=10

EFL2=200.61mm,F/NO=4

EFL3=51.84mm,F/NO=4 其组成如下:1.平行光管. 2.透镜夹持器. 3.V型座. 4测量显微镜.

5.导轨底座.

6.光源.

7. 光源变压器.

8.光源调压器.

9.附件.

1.平行光管

又称准直仪,它的作用是提供无限远的目标或给出平行光.其组成如下:

物镜EFL=550mm 分划板

分划板的形式有多种,例如(1)十字或十字刻度分划板,(2)分辨率板,(3)星点板,

(4)玻罗板(PORRO).

2.透镜夹持器

用来夹持被测镜片或镜头,並保持光轴的一致性.

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3.V型座

用来放置EFL=200.61mm和EFL=51.84mm准直物镜, 並保持光轴一致性.

4.测量显微镜

是一个带有目镜测微器的显微镜. 用来进行各种测量. 目镜测微器有多种.最常用的是螺杆目镜测微器,其螺距为0.02mm,则每格值为

0.002mm.

5.导轨底座

导轨很精密,用它把1.平行光管. 2.透镜夹持器. 3.V型座. 4测量显微镜等联在一起,称为光具座.

6.附件:各种倍数和不同数值孔径的显微镜物镜,各种分划板.

光具座主要测量(1)正,负透镜和照相物镜,望远物镜的焦距(EFL).

(2)正,负透镜和照相物镜,望远物镜的截距(BFL)

(3)检测照相物镜,望远物镜的分辨率.

(4)检测照相物镜,望远物镜的星点.

(5) 照相物镜,望远物镜的F/NO.

(6)加上其它光学器件和机械装置,可以组成多种

光学测量装置.

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一.焦距(EFL)的测量

光学系统和透镜的重要参数---焦距(EFL),迄今已有多种行之有效的测量方法.

1.放大率法.

2.自准直法.

3.附加透镜法.

4.精密测角法.

5. 附加接筒法.

6.固定共軛距离法.

7. 附加已知焦距透镜法.

8.反转法.

9.光栅法.

10.激光散斑法.11.莫尔条纹同向法.

(一)放大率法测量原理

是目前最常用的方法,主要用于测量望远物镜,照相物镜,目镜的焦距(EFL)和后截距(BFL).也可以用于生产中检验正,负透镜的焦距(EFL)

和后截距(BFL).

被测透镜或物镜位于平行光管前, 平行光管物镜焦面上分划板的一对刻线就成像在被测物镜的焦面上.这对刻线的间距y和它的像的间

距y¹与平行光管物镜焦距f c和被测物镜的焦距f¹有如下关系:

y¹/y = f¹/f¹

c 或 f¹ = f¹

c

(y¹/y)

必须指出,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.

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(二)一种简易测量焦距的方法

在没有光具座的情况下,可用下面简易方法,但精度差.

方法:用两次测量不同物距上被测物镜的横向放大率求焦距.

根据高斯公式: F*=βX=-X*/β可得

F*=E/γ2-γ1

γ1=1/β1=Y1/Y1 , γ2=1/β2=Y2/Y2*

A. 这种方法存在理论误差,必须要加以修正. 修正系数为:√1+(H/F*)2,所

以:

F*实际=F*×√1+(H/F*)2

B. 镜头的球差对测量有很大影响,所以测出的焦距值是近似值.

C. 测量人员的技术和对E,Y1,Y2,Y1*,Y2*测量的准确性非常重要,否则测

出的焦距值将远远偏离真正值,而不能相信和使用.

D. 焦距的准确测量,必须在光具座上用其它方法进行.

E. 为了用这种方法测量, 必须有以下设备:简易导轨,夹持器,白色屏幕,有

毫米刻度的物,精度为0.01mm的长度量测仪器.

F. 要多次重复量测,取平均值.

二.星点检验

(一)原理

星点检验法是对光学系统进行像质检验的常用方法之一,在光学系统设计,制造及使用中,人们关心的是其像质,並希望将像质与各种影响

因素联系起来,借以诊断问题,提出改进措施, 星点检验在一定程度上可

胜任上述工作.

光学系统对非相干照明物体或自发光物体成像时,可将物光强分布看成是无数多个具有不同强度的独立发光点的集合,每一个发光点经

光学系统后,由于衍射和像差以及工艺庇病的影响,在像面处得到的星点

像光强分布是一个弥散斑,即点扩散函数(PSF).

像面光强分布是所有星点像光强的叠加结果.因此, 星点像光强

分布规律决定了光学系统成像的清晰程度,也在一定程度上反映了光学

系统成像质量.上述点基元观点是进行星点检验的依据.

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按点基元观点,通过考察一个点光源(星点)经过光学系统所成像,以及像面前后不同截面衍射图形的光强变化及分布,定性地评价光学系统成像质量,即是星点检验法.

上面图形是艾里斑光强分布.

(二)星点检验装置

1.平行光管,

2.光源,

3.星孔(星点板),

4.观察显微镜.

对平行光管的要求:物镜像质要好,通光孔径要大于被检镜头

.并用聚光镜照明星孔.

星孔直径应小于:D max=0.61λf¹/D其中D---被检镜头入瞳直径

f¹---平行光管物镜焦距

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