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1、第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 光电测试技术 第第1 1章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术4/6/20232第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦n n对准对准对准对准又称又称又称又称横向对准横向对准横
2、向对准横向对准，是指一个目标与比较标志在垂直瞄准，是指一个目标与比较标志在垂直瞄准，是指一个目标与比较标志在垂直瞄准，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。轴方向的重合或置中。轴方向的重合或置中。轴方向的重合或置中。n n调焦调焦调焦调焦又称又称又称又称纵向对准纵向对准纵向对准纵向对准，是指一个目标与比较标志在瞄准轴方，是指一个目标与比较标志在瞄准轴方，是指一个目标与比较标志在瞄准轴方，是指一个目标与比较标志在瞄准轴方向的重合。向的重合。向的重合。向的重合。n n调焦的目的调焦的目的调焦的目的调焦的目的主要是使物体（目标）成像清晰，其次是主要是使物体（目标）成像清晰，其次是主要是
3、使物体（目标）成像清晰，其次是主要是使物体（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，后者往往称为为了确定物面或它的共轭像面的位置，后者往往称为为了确定物面或它的共轭像面的位置，后者往往称为为了确定物面或它的共轭像面的位置，后者往往称为定焦定焦定焦定焦。n n对准以后，眼睛的对准以后，眼睛的对准以后，眼睛的对准以后，眼睛的对准不确定度是以对准残余量对眼瞳中对准不确定度是以对准残余量对眼瞳中对准不确定度是以对准残余量对眼瞳中对准不确定度是以对准残余量对眼瞳中心的夹角表示的心的夹角表示的心的夹角表示的心的夹角表示的。n n定焦以后，眼睛的定焦以后，眼睛的定焦以后，眼睛的定焦以后，眼睛
4、的调焦不确定度以目标和标志到眼瞳距离调焦不确定度以目标和标志到眼瞳距离调焦不确定度以目标和标志到眼瞳距离调焦不确定度以目标和标志到眼瞳距离的倒数之差表示的倒数之差表示的倒数之差表示的倒数之差表示。n n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。放大率和有利的比较标志以提高对准和调焦的准确度。放大率和有利的比较标志以提高对准和调焦的准确度。放大率和有利的比较标志以提高对准和调焦的准确度。4/6
5、/20233第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦n n眼睛通过光学系统去对准或调焦的眼睛通过光学系统去对准或调焦的眼睛通过光学系统去对准或调焦的眼睛通过光学系统去对准或调焦的目的目的目的目的是利用系统的有效是利用系统的有效是利用系统的有效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。所放大率和有利的比较标志以提高对准和调焦的准确度。所放大率和有利的比较标志以提高对准和调焦的准确度。所放大率和有利的比较标志以提高对准和调焦
6、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。以对准和调焦不确定度应以观察系统的物方对应值表示。以对准和调焦不确定度应以观察系统的物方对应值表示。以对准和调焦不确定度应以观察系统的物方对应值表示。yFR0=R=1/观察系统物方的对准和调焦不确定度的表示 x4/6/20234第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 对准方式示意图人眼的对准标准不确定度()附注压线对准（单线与单线重合）60120两条实线重合时，设线宽分别为b1，b2()，则（b1+b2）/2（）实线与虚线重合时，设虚线宽为b1，b2b1b2+
7、1时，1游标对准（一直线在另一直线延长线上）15线宽不宜大于1分界线aa应细而整齐夹线对准（一条稍粗直线位于两条平行细线中间）10三线严格平行。两平行线中心间距最好等于粗直线宽度的1.6倍叉线对准（一条直线位于叉线中心）10直线应与叉线的一条角等分线重合狭缝叉线对准或狭缝夹线对准10直线与狭缝严格平行1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1 11 1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度n n常见的对准方式和人眼的对准标准不确定度见表。常见的对准方式和人眼的对准
8、标准不确定度见表。常见的对准方式和人眼的对准标准不确定度见表。常见的对准方式和人眼的对准标准不确定度见表。aa4/6/20235第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1 11 1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度n n最简便最常用的调焦方法是最简便最常用的调焦方法是最简便最常用的调焦方法是最简便最常用的调焦方法是清晰度法清晰度法清晰度法清晰度法和
9、和和和消视差法消视差法消视差法消视差法。n n清晰度法清晰度法清晰度法清晰度法是以目标与比较标志同样清晰为准。调焦不确定是以目标与比较标志同样清晰为准。调焦不确定是以目标与比较标志同样清晰为准。调焦不确定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。度是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。度是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。度是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。n n几何焦深几何焦深几何焦深几何焦深是指当弥散圆直径等于人眼分辨极限时，目标至是指当弥散圆直径等于人眼分辨极限时，目标至是指当弥散圆直径等于人眼分辨极限时，目标至是指当弥散圆直径等于人眼分辨极
10、限时，目标至标志的距离标志的距离标志的距离标志的距离xx的两倍的两倍的两倍的两倍2 2xx。n n由几何焦深造成的人眼调焦由几何焦深造成的人眼调焦由几何焦深造成的人眼调焦由几何焦深造成的人眼调焦标准不确定度标准不确定度标准不确定度标准不确定度为为为为 式中，式中，式中，式中，以以以以mm-1-1为单位，这时为单位，这时为单位，这时为单位，这时l l1 1、l l2 2和和和和D De e的单位为的单位为的单位为的单位为mm，e e的的的的单位为单位为单位为单位为radrad。4/6/20236第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量
11、的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1 11 1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度n n根据衍射理论，由于眼瞳大小有限，即使是理想成像，一根据衍射理论，由于眼瞳大小有限，即使是理想成像，一根据衍射理论，由于眼瞳大小有限，即使是理想成像，一根据衍射理论，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。当物点在视网膜上的像也不再是一个点而是一个艾里斑。当物点在视网膜上的像也不再是一个点而是一个艾里斑。当物点在视网
12、膜上的像也不再是一个点而是一个艾里斑。当物点沿轴向移动物点沿轴向移动物点沿轴向移动物点沿轴向移动d dl l后，在眼瞳面上产生的波差小于或等于后，在眼瞳面上产生的波差小于或等于后，在眼瞳面上产生的波差小于或等于后，在眼瞳面上产生的波差小于或等于/K K（常取（常取（常取（常取K K6 6）时，人眼仍分辨不出此时视网膜上的衍）时，人眼仍分辨不出此时视网膜上的衍）时，人眼仍分辨不出此时视网膜上的衍）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射图像与艾里斑有什么差别。即如果目标与标志相距小于射图像与艾里斑有什么差别。即如果目标与标志相距小于射图像与艾里斑有什
13、么差别。即如果目标与标志相距小于d dl l时眼睛仍认为二者的像同样清晰，通常将时眼睛仍认为二者的像同样清晰，通常将时眼睛仍认为二者的像同样清晰，通常将时眼睛仍认为二者的像同样清晰，通常将2d2dl l称为称为称为称为物理焦物理焦物理焦物理焦深深深深。由物理焦深造成的人眼调焦的标准不确定度由下式求。由物理焦深造成的人眼调焦的标准不确定度由下式求。由物理焦深造成的人眼调焦的标准不确定度由下式求。由物理焦深造成的人眼调焦的标准不确定度由下式求得得得得n n 式中，式中，式中，式中，l l2 2l l1 1ddl l；DeDe为眼瞳直径（为眼瞳直径（为眼瞳直径（为眼瞳直径（DeDe与波长与波长与波长
14、与波长 的单位皆的单位皆的单位皆的单位皆为为为为mm）。）。）。）。4/6/20237第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1 11 1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度n n由清晰度法产生的人眼调焦由清晰度法产生的人眼调焦由清晰度法产生的人眼调焦由清晰度法产生的人眼调焦合成标准不确定度合成标准不确定度合成标准不确定度合成标准不确定度为为为为几何
15、焦深和物理焦深造成的调焦标准不确定度的几何焦深和物理焦深造成的调焦标准不确定度的几何焦深和物理焦深造成的调焦标准不确定度的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。即平方和再开方。即平方和再开方。即平方和再开方。即n n(m(m-1-1)4/6/20238第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1 11 1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不
16、确定度n n消视差法消视差法消视差法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是以眼睛在垂轴平面上左右摆动也看不出目标和是以眼睛在垂轴平面上左右摆动也看不出目标和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。标志有相对横移为准的。标志有相对横移为准的。标志有相对横移为准的。n n1 1）由于无相对横移时目标不一定与标志同样清晰，所以）由于无相对横移时目标不一定与标志同样清晰，所以）由于无相对横移时目标不一定与标志同样清晰，所以）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；消视差法不受焦深的影响；消视差法不受焦深的影响；消视差法不受焦深的影响；
17、2 2）由于消视差法把纵向调焦）由于消视差法把纵向调焦）由于消视差法把纵向调焦）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变成横向对准，从而可通过选择准确度高的对准方式来提变成横向对准，从而可通过选择准确度高的对准方式来提变成横向对准，从而可通过选择准确度高的对准方式来提高调焦准确度。高调焦准确度。高调焦准确度。高调焦准确度。n n设眼睛摆动距离为设眼睛摆动距离为设眼睛摆动距离为设眼睛摆动距离为b b，所选择对准方式的对准标准不确定，所选择对准方式的对准标准不确定，所选择对准方式的对准标准不确定，所选择对准方式的对准标准不确定度为度为度为度为，定焦时目标和标志到眼
18、睛的轴向距离分别为，定焦时目标和标志到眼睛的轴向距离分别为，定焦时目标和标志到眼睛的轴向距离分别为，定焦时目标和标志到眼睛的轴向距离分别为l l1 1和和和和l l2 2，此时人眼直接观察的调焦标准不确定度可由定义式为，此时人眼直接观察的调焦标准不确定度可由定义式为，此时人眼直接观察的调焦标准不确定度可由定义式为，此时人眼直接观察的调焦标准不确定度可由定义式为n n 式中，式中，式中，式中，的单位为的单位为的单位为的单位为radrad，b b的单位为的单位为的单位为的单位为mm。4/6/20239第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光
19、学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.2 1.2 望远镜的对准不确定度和调焦不确定度望远镜的对准不确定度和调焦不确定度望远镜的对准不确定度和调焦不确定度望远镜的对准不确定度和调焦不确定度n n人眼通过望远镜或显微镜去对准和调焦是为了提人眼通过望远镜或显微镜去对准和调焦是为了提人眼通过望远镜或显微镜去对准和调焦是为了提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。高对准与调焦准确度。高对准与调焦准确度。高对准与调焦准确度。1 1）望远镜的对准标准不确定度）望远镜的对准标准不确定度）望远镜的对准标准不确定度）望远镜的对准
20、标准不确定度n n设人眼直接对准的对准标准不确定度为设人眼直接对准的对准标准不确定度为设人眼直接对准的对准标准不确定度为设人眼直接对准的对准标准不确定度为，望远镜，望远镜，望远镜，望远镜的放大率为的放大率为的放大率为的放大率为，通过望远镜观察时物方的对准标准，通过望远镜观察时物方的对准标准，通过望远镜观察时物方的对准标准，通过望远镜观察时物方的对准标准不确定度设为不确定度设为不确定度设为不确定度设为，则有，则有，则有，则有 4/6/202310第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1
21、.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.2 1.2 望远镜的对准不确定度和调焦不确定度望远镜的对准不确定度和调焦不确定度望远镜的对准不确定度和调焦不确定度望远镜的对准不确定度和调焦不确定度2 2）望远镜的调焦标准不确定度）望远镜的调焦标准不确定度）望远镜的调焦标准不确定度）望远镜的调焦标准不确定度清晰度法清晰度法清晰度法清晰度法n n将人眼的两部分调焦标准不确定度分别换算到望远镜物方，将人眼的两部分调焦标准不确定度分别换算到望远镜物方，将人眼的两部分调焦标准不确定度分别换算到望远镜物方，将人眼的两部分调焦标准不确定度分别换算到望远镜物方，即可求出望远镜用清晰度法调焦的标准不确定度，换算公
22、即可求出望远镜用清晰度法调焦的标准不确定度，换算公即可求出望远镜用清晰度法调焦的标准不确定度，换算公即可求出望远镜用清晰度法调焦的标准不确定度，换算公式为式为式为式为n n由此可得到望远镜物方的调焦标准不确定度由此可得到望远镜物方的调焦标准不确定度由此可得到望远镜物方的调焦标准不确定度由此可得到望远镜物方的调焦标准不确定度4/6/202311第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.2 1.2 望远镜的对准不确定度和调焦不确定度望远镜的对准
23、不确定度和调焦不确定度望远镜的对准不确定度和调焦不确定度望远镜的对准不确定度和调焦不确定度n n上式中选取眼瞳和望远镜的出瞳直径较小者。上式中选取眼瞳和望远镜的出瞳直径较小者。上式中选取眼瞳和望远镜的出瞳直径较小者。上式中选取眼瞳和望远镜的出瞳直径较小者。n n望远镜调焦的合成标准不确定度为：望远镜调焦的合成标准不确定度为：望远镜调焦的合成标准不确定度为：望远镜调焦的合成标准不确定度为：4/6/202312第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和
24、调焦1.2 1.2 望远镜的对准不确定度和调焦不确定度望远镜的对准不确定度和调焦不确定度望远镜的对准不确定度和调焦不确定度望远镜的对准不确定度和调焦不确定度2 2）望远镜的调焦标准不确定度）望远镜的调焦标准不确定度）望远镜的调焦标准不确定度）望远镜的调焦标准不确定度消视差法消视差法消视差法消视差法 n n将人眼的消视差法调焦不确定度换算到望远镜物方将人眼的消视差法调焦不确定度换算到望远镜物方将人眼的消视差法调焦不确定度换算到望远镜物方将人眼的消视差法调焦不确定度换算到望远镜物方n n注意：眼瞳的有效移动距离注意：眼瞳的有效移动距离注意：眼瞳的有效移动距离注意：眼瞳的有效移动距离b b不等于眼瞳
25、的实际移动距不等于眼瞳的实际移动距不等于眼瞳的实际移动距不等于眼瞳的实际移动距离离离离t t，而等于出瞳中心到进入眼瞳的光束中心的距离。，而等于出瞳中心到进入眼瞳的光束中心的距离。，而等于出瞳中心到进入眼瞳的光束中心的距离。，而等于出瞳中心到进入眼瞳的光束中心的距离。如图所示。如图所示。如图所示。如图所示。4/6/202313第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.2 1.2 望远镜的对准不确定度和调焦不确定度望远镜的对准不确定度和调焦不
26、确定度望远镜的对准不确定度和调焦不确定度望远镜的对准不确定度和调焦不确定度2 2）望远镜的调焦标准不确定度）望远镜的调焦标准不确定度）望远镜的调焦标准不确定度）望远镜的调焦标准不确定度消视差法消视差法消视差法消视差法 n n调焦标准不确定度的调焦标准不确定度的调焦标准不确定度的调焦标准不确定度的 眼睛最大移动距离是眼睛最大移动距离是眼睛最大移动距离是眼睛最大移动距离是 眼瞳中心移至位于出眼瞳中心移至位于出眼瞳中心移至位于出眼瞳中心移至位于出 瞳边缘处：瞳边缘处：瞳边缘处：瞳边缘处：n n若若若若D De e2mm2mm，则有，则有，则有，则有 btbD/2De眼瞳在出瞳面上摆动时的有效移动距离
27、4/6/202314第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.3 1.3 显微镜的对准不确定度和调焦不确定度显微镜的对准不确定度和调焦不确定度显微镜的对准不确定度和调焦不确定度显微镜的对准不确定度和调焦不确定度1 1）显微镜的对准标准不确定度）显微镜的对准标准不确定度）显微镜的对准标准不确定度）显微镜的对准标准不确定度n n设显微镜的总放大率为设显微镜的总放大率为设显微镜的总放大率为设显微镜的总放大率为，其中物镜的垂轴放大率，其中物镜的垂轴
28、放大率，其中物镜的垂轴放大率，其中物镜的垂轴放大率为为为为。通过显微镜观察时物方的对准标准不确定度。通过显微镜观察时物方的对准标准不确定度。通过显微镜观察时物方的对准标准不确定度。通过显微镜观察时物方的对准标准不确定度设为设为设为设为yy，则有，则有，则有，则有 式中，式中，式中，式中，250 250 /f fe e，f fe e 为目镜焦距；为目镜焦距；为目镜焦距；为目镜焦距；250mm250mm为人眼的明视距离；为人眼的明视距离；为人眼的明视距离；为人眼的明视距离；为人眼的对准标准为人眼的对准标准为人眼的对准标准为人眼的对准标准不确定度（不确定度（不确定度（不确定度（radrad）。）。）
29、。）。4/6/202315第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦n n关于对准标准不确定度的讨论关于对准标准不确定度的讨论关于对准标准不确定度的讨论关于对准标准不确定度的讨论n n由公式可以看出，对准的标准不确定度与放大率由公式可以看出，对准的标准不确定度与放大率由公式可以看出，对准的标准不确定度与放大率由公式可以看出，对准的标准不确定度与放大率 成反成反成反成反比。是否可以认为，只要单纯增大比。是否可以认为，只要单纯增大比。是否可以认为，
30、只要单纯增大比。是否可以认为，只要单纯增大，对准的标准不确，对准的标准不确，对准的标准不确，对准的标准不确定度必然减小呢？实践证明，定度必然减小呢？实践证明，定度必然减小呢？实践证明，定度必然减小呢？实践证明，对准标准不确定度的减小对准标准不确定度的减小对准标准不确定度的减小对准标准不确定度的减小还受到光学仪器分辨率的限制还受到光学仪器分辨率的限制还受到光学仪器分辨率的限制还受到光学仪器分辨率的限制。因为即使光学仪器像质。因为即使光学仪器像质。因为即使光学仪器像质。因为即使光学仪器像质优良，对准和分辨也都存在着目标经物镜成像的清晰度优良，对准和分辨也都存在着目标经物镜成像的清晰度优良，对准和分
31、辨也都存在着目标经物镜成像的清晰度优良，对准和分辨也都存在着目标经物镜成像的清晰度受衍射影响这一因素，所以两者有一定的联系。受衍射影响这一因素，所以两者有一定的联系。受衍射影响这一因素，所以两者有一定的联系。受衍射影响这一因素，所以两者有一定的联系。n n实验结果指出，像质优良的望远镜和显微镜的单次对准实验结果指出，像质优良的望远镜和显微镜的单次对准实验结果指出，像质优良的望远镜和显微镜的单次对准实验结果指出，像质优良的望远镜和显微镜的单次对准标准不确定度最小只能达到它的标准不确定度最小只能达到它的标准不确定度最小只能达到它的标准不确定度最小只能达到它的理论分辨率的理论分辨率的理论分辨率的理论
32、分辨率的1/61/101/61/10 ，即，即，即，即 4/6/202316第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.3 1.3 显微镜的对准不确定度和调焦不确定度显微镜的对准不确定度和调焦不确定度显微镜的对准不确定度和调焦不确定度显微镜的对准不确定度和调焦不确定度2 2）显微镜的调焦标准不确定度）显微镜的调焦标准不确定度）显微镜的调焦标准不确定度）显微镜的调焦标准不确定度清晰度法清晰度法清晰度法清晰度法 n n设显微镜物空间的折射率为设显
33、微镜物空间的折射率为设显微镜物空间的折射率为设显微镜物空间的折射率为n n时，时，时，时，经过推导可得经过推导可得经过推导可得经过推导可得4/6/202317第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.3 1.3 显微镜的对准不确定度和调焦不确定度显微镜的对准不确定度和调焦不确定度显微镜的对准不确定度和调焦不确定度显微镜的对准不确定度和调焦不确定度2 2）显微镜的调焦标准不确定度）显微镜的调焦标准不确定度）显微镜的调焦标准不确定度）显微镜的调
34、焦标准不确定度消视差法消视差法消视差法消视差法 n n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似。换算到显微镜物方有似。换算到显微镜物方有似。换算到显微镜物方有n n再利用再利用再利用再利用n n可得可得可得可得4/6/202318第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对
35、准和调焦n n关于两种调焦方法不确定度的讨论：关于两种调焦方法不确定度的讨论：关于两种调焦方法不确定度的讨论：关于两种调焦方法不确定度的讨论：n n由于消视差法可通过选择有利的对准方式使对准标准由于消视差法可通过选择有利的对准方式使对准标准由于消视差法可通过选择有利的对准方式使对准标准由于消视差法可通过选择有利的对准方式使对准标准不确定度不确定度不确定度不确定度 大大减小，因此，系统出瞳直径大大减小，因此，系统出瞳直径大大减小，因此，系统出瞳直径大大减小，因此，系统出瞳直径D D2mm2mm时，时，时，时，用消视差法准确度高；用消视差法准确度高；用消视差法准确度高；用消视差法准确度高；n nD
36、 D1mm1mm时，用清晰度法准确度高；时，用清晰度法准确度高；时，用清晰度法准确度高；时，用清晰度法准确度高；n n1mm1mmD D 2mm2mm时，两种方法准确度相差不多。时，两种方法准确度相差不多。时，两种方法准确度相差不多。时，两种方法准确度相差不多。n n实际进行目视法调焦时，往往两种方法同时采用。就是说，实际进行目视法调焦时，往往两种方法同时采用。就是说，实际进行目视法调焦时，往往两种方法同时采用。就是说，实际进行目视法调焦时，往往两种方法同时采用。就是说，首先调至目标与标志同样清晰，再左右摆动眼睛看二者间首先调至目标与标志同样清晰，再左右摆动眼睛看二者间首先调至目标与标志同样清
37、晰，再左右摆动眼睛看二者间首先调至目标与标志同样清晰，再左右摆动眼睛看二者间有无视差，最后以有无视差，最后以有无视差，最后以有无视差，最后以“清晰无视差清晰无视差清晰无视差清晰无视差”定焦。定焦。定焦。定焦。4/6/202319第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术2.2.光电对准光电对准n n光电探测不仅可以代替眼睛进行对准、定焦和读数；还可光电探测不仅可以代替眼睛进行对准、定焦和读数；还可光电探测不仅可以代替眼睛进行对准、定焦和读数；还可光电探测不仅可以代替眼睛进行对准、定焦和读数；
38、还可以大大提高对准、定焦准确度；实现测量的自动化，提高以大大提高对准、定焦准确度；实现测量的自动化，提高以大大提高对准、定焦准确度；实现测量的自动化，提高以大大提高对准、定焦准确度；实现测量的自动化，提高工作效率，而且是实现计算机实时控制和处理的前提。工作效率，而且是实现计算机实时控制和处理的前提。工作效率，而且是实现计算机实时控制和处理的前提。工作效率，而且是实现计算机实时控制和处理的前提。n n目前，光电对准装置可分为光电显微镜和光电望远镜两大目前，光电对准装置可分为光电显微镜和光电望远镜两大目前，光电对准装置可分为光电显微镜和光电望远镜两大目前，光电对准装置可分为光电显微镜和光电望远镜两
39、大类，两类仪器对准标准不确定度分别达到类，两类仪器对准标准不确定度分别达到类，两类仪器对准标准不确定度分别达到类，两类仪器对准标准不确定度分别达到0.01m0.02m0.01m0.02m和和和和0.050.10.050.1n n光电对准分类：光电对准分类：光电对准分类：光电对准分类：n n光度式：普通光度式、差动光度式光度式：普通光度式、差动光度式光度式：普通光度式、差动光度式光度式：普通光度式、差动光度式n n相位式相位式相位式相位式4/6/202320第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 光电自准直望远镜工作原理测
40、微器振动狭缝鉴别器放大器指零仪表光敏电阻目镜分划板分束棱镜II分束棱镜I十字线分划板毛玻璃物镜平面镜1-1 光电系统的对准和调焦技术2.2.光电对准光电对准4/6/202321第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术3.光电定焦 定焦定焦定焦定焦实质实质实质实质上是确定物上是确定物上是确定物上是确定物镜镜镜镜的最佳像面的位置。的最佳像面的位置。的最佳像面的位置。的最佳像面的位置。事事事事实实实实上，确定最佳像面的上，确定最佳像面的上，确定最佳像面的上，确定最佳像面的标标标标准有多种，如准有
41、多种，如准有多种，如准有多种，如最高最高最高最高对对对对比度像面比度像面比度像面比度像面最高分辨率像面最高分辨率像面最高分辨率像面最高分辨率像面最小波像差像面最小波像差像面最小波像差像面最小波像差像面最小弥散最小弥散最小弥散最小弥散圆圆圆圆像面像面像面像面最大最大最大最大调调调调制制制制传递传递传递传递函数像面函数像面函数像面函数像面点像光斑中心照度最大点像光斑中心照度最大点像光斑中心照度最大点像光斑中心照度最大值值值值像面等。像面等。像面等。像面等。对对对对于一个有剩余像差和加工于一个有剩余像差和加工于一个有剩余像差和加工于一个有剩余像差和加工误误误误差的差的差的差的实际实际实际实际物物物物
42、镜镜镜镜来来来来说说说说，通常，通常，通常，通常这这这这些像面并不重合。些像面并不重合。些像面并不重合。些像面并不重合。实验实验实验实验确定最佳像面确定最佳像面确定最佳像面确定最佳像面时时时时，像面位置，像面位置，像面位置，像面位置还还还还与与与与照明光源的光照明光源的光照明光源的光照明光源的光谱谱谱谱成分和接收器的光成分和接收器的光成分和接收器的光成分和接收器的光谱谱谱谱灵敏度有关。灵敏度有关。灵敏度有关。灵敏度有关。4/6/202322第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术 3.光电
43、定焦 n n光电定焦的方法有多种，如光电定焦的方法有多种，如光电定焦的方法有多种，如光电定焦的方法有多种，如n n扇形光栅法扇形光栅法扇形光栅法扇形光栅法n n小孔光阑法小孔光阑法小孔光阑法小孔光阑法n n刀口检验法刀口检验法刀口检验法刀口检验法n nMTFMTF法等。法等。法等。法等。n n这里以扇形光栅法为例介绍光电定焦方法。该方这里以扇形光栅法为例介绍光电定焦方法。该方这里以扇形光栅法为例介绍光电定焦方法。该方这里以扇形光栅法为例介绍光电定焦方法。该方法已广泛用于测量照相物镜的工作距离（从最佳法已广泛用于测量照相物镜的工作距离（从最佳法已广泛用于测量照相物镜的工作距离（从最佳法已广泛用于
44、测量照相物镜的工作距离（从最佳像面到物镜框端的距离）。同时，还能测量和研像面到物镜框端的距离）。同时，还能测量和研像面到物镜框端的距离）。同时，还能测量和研像面到物镜框端的距离）。同时，还能测量和研究其它光学特性，如弥散斑直径、究其它光学特性，如弥散斑直径、究其它光学特性，如弥散斑直径、究其它光学特性，如弥散斑直径、OTFOTF、焦距等。、焦距等。、焦距等。、焦距等。4/6/202323第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-1 光电系统的对准和调焦技术 3.光电定焦 M 扇形光栅法定焦系统a）b）c）用扇形光栅确定
45、像面用扇形光栅确定像面0amaxa0 -0.2 0 0.2af50a（%）100dRdd4/6/202324第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-2 焦距和顶焦距的测量4/6/202325第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-2 焦距和顶焦距的测量1.概述n n关于光具座关于光具座1平行光管 2透镜夹持器 3测量显微镜 4测微目镜 5导轨光具座的结构示意图123454/6/202326第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术
46、基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-2 焦距和顶焦距的测量1.概述n n关于分划板关于分划板关于分划板关于分划板n n平行光管的分划板形式多样平行光管的分划板形式多样平行光管的分划板形式多样平行光管的分划板形式多样n n玻罗玻罗玻罗玻罗(PorroPorro)分划板形状如图所示。它上面刻有四组间隔分划板形状如图所示。它上面刻有四组间隔分划板形状如图所示。它上面刻有四组间隔分划板形状如图所示。它上面刻有四组间隔不同的平行线，这四对平行线的间隔距离分别为：不同的平行线，这四对平行线的间隔距离分别为：不同的平行线，这四对平行线的间隔距离分别为：不同的平行线，这四对平行线
47、的间隔距离分别为：y y0101=3mm=3mm、y y02026mm6mm、y y030312mm12mm、y y040430mm30mm。刻线间。刻线间。刻线间。刻线间隔的准确度要求是很高的，隔的准确度要求是很高的，隔的准确度要求是很高的，隔的准确度要求是很高的，相对于实际要求值的标准相对于实际要求值的标准相对于实际要求值的标准相对于实际要求值的标准 不确定度为不确定度为不确定度为不确定度为0.001mm0.001mm。4/6/202327第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-2 焦距和顶焦距的测量1.概述n
48、n平行光管测量中的注意事项：平行光管测量中的注意事项：平行光管测量中的注意事项：平行光管测量中的注意事项：n n1 1平行光管、被测透镜和观测系统三者的光轴基本重平行光管、被测透镜和观测系统三者的光轴基本重平行光管、被测透镜和观测系统三者的光轴基本重平行光管、被测透镜和观测系统三者的光轴基本重 合。合。合。合。n n2 2通过被测透镜的光束尽可能充满被测透镜的有效孔通过被测透镜的光束尽可能充满被测透镜的有效孔通过被测透镜的光束尽可能充满被测透镜的有效孔通过被测透镜的光束尽可能充满被测透镜的有效孔 径。观测系统也尽可能不切割被测透镜的成像光径。观测系统也尽可能不切割被测透镜的成像光径。观测系统也
49、尽可能不切割被测透镜的成像光径。观测系统也尽可能不切割被测透镜的成像光 束。束。束。束。n n3 3平行光管焦距最好为被测透镜焦距的平行光管焦距最好为被测透镜焦距的平行光管焦距最好为被测透镜焦距的平行光管焦距最好为被测透镜焦距的2525倍。倍。倍。倍。4/6/202328第第第第1 1 1 1章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 1-2 焦距和顶焦距的测量1.概述n n平行光管测量中的注意事项：平行光管测量中的注意事项：平行光管测量中的注意事项：平行光管测量中的注意事项：n n4 4测量时，最好按被测透镜实际工作状况安排测量光测量时，最好按
50、被测透镜实际工作状况安排测量光测量时，最好按被测透镜实际工作状况安排测量光测量时，最好按被测透镜实际工作状况安排测量光路。例如作望远物镜用的双胶透镜，若工作时它的正路。例如作望远物镜用的双胶透镜，若工作时它的正路。例如作望远物镜用的双胶透镜，若工作时它的正路。例如作望远物镜用的双胶透镜，若工作时它的正透镜对向无限远的物体，测量时就应使它的正透镜对透镜对向无限远的物体，测量时就应使它的正透镜对透镜对向无限远的物体，测量时就应使它的正透镜对透镜对向无限远的物体，测量时就应使它的正透镜对向平行光管或前置镜。如果放反了，就会因像差增大向平行光管或前置镜。如果放反了，就会因像差增大向平行光管或前置镜。如