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光学测量的基本知识

发布时间:2020-08-07 03:42 作者:老哥论坛

  光学测量的基本知识_工程科技_专业资料。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--

  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. -1- 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. -2- 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 y?与平行光管物镜焦距 fc 和被测物镜的焦距 f?有如下关系: y?/y = f?/f?c 或 f? = f?c(y?/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. -3- (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. -4- 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 的入瞳直径. 光源选用发射连续光谱而亮度大的灯.并用聚光镜 照明星孔. 星孔直径应小于:Dmax=0.61λ f?/D 其中 D---被检镜头入瞳直径 f?---平行光管物镜焦距 -5- 对观察显微镜的要求: 数值孔径 NA 等于或大于被检镜头的像方 孔径角. 显微镜总放大率应为: Γ =(250~500)D/f?. D/f?---被检镜头的相对孔径. 星点检验能判定: (1)光学系统的共轴性 (2)球差 (3)位置色差 (4)慧差 (5)像散 (6)其它工艺疪病 -6- -7- 四.分辨率检测 分辨率检测可给出像质的数字指标,容易测量与比较。对于像差较 大的光学系统,分辨率会随着像差增大而有明显的变化。由于分辨率 检测的灵敏度不如星点法,以其评价像质具有局限性。但因其检测装 置简单,可定量测量,且比较直观,故仍是检测光学系统像质的方法 之一。 (一) 原理 一发光物点经衍射受限系统成的像为一艾里斑,两个靠 得很近的独立发光物点的艾里斑,其重叠部分的光强为两个艾里斑 光强之和。分辨两个衍射斑的前提条件是其重叠部分的光强对比度 k 应大于人眼的对比灵敏度。其判断标准如下: 1. 瑞利判断-----分辨条件是 k =15%,两衍射斑的中心距为: σ =1.22λ F .2. 道斯判断-----分辨条件是 k =2.6%,两衍射斑的中心距为: σ =1.02λ F .3.斯派罗判断-----分辨条件是 k =0,两衍射斑的中心距为: σ =0.95λ F 通常以道斯判断作为光学系统的目视衍射分辨率或称理想分辨率. 1.望远系统 a=1.02λ F/D 2.照相物镜 N=1/1.02λ F 3 显微系统 ε =1.02λ /2NA (二) 分辨率图案(省略) (三) 分辨率的检测 1.望远系统分辨率的检测 (1)检测望远物镜的分辨率 检测装置:光具座: 分辨率板+平行光管+夹持器+观测显微镜 通过观测显微镜看栅格分辨率板,逐组分辩,直到将能分清某 单元 4 个方向上的线条,而下一个单元线条不能全分辨为止. 依据该单元线条宽度和平行光管焦距,求得远物镜的分辨率. a=2b×10-3×260265”/fc?2 (2) 检测望远系统的分辨率 检测装置:光具座: 分辨率板+平行光管+夹持器+前置镜 方法同上. -8- 2.照相物镜分辨率的检测 (1) 在光具座上检测目视分辨率 检测装置:光具座: 分辨率板+平行光管+夹持器+观测显微镜 测轴上点时,方法同上. N=N0f?c/f?(m m-1) N0=1000/2b 测轴外点时,须将被检物镜的后节点调到夹持器的转 轴上,转动夹持器以获得视场角ω 的斜光束入射,同时 要把观测显微镜后移一个距离Δ , Δ =[(1/cosω )-1]f? Nt=(1/2bt)(fc?/f?)cos2ω Ns=(1/2bs)(fc?/f?)cosω 五.入瞳直径测量(EPD) 入瞳直径不能直接进行测量,必须在光具座上进行,並且方法比较复杂. 现在介绍一种简易方法,近似地测量出入瞳直径的大小.装置如图: 1- 光源, 2-微小光栏孔, 3-被测物镜, 4-屏幕. 测出屏幕上圆孔像的直径(单位:mm)大小,它近似地为入瞳大小. F/NO 的计算 F/NO = 圆孔像的直径/F*实际 计算出的 F/NO 为被测物镜 F/NO 之近似值. 予飞制作 -9-


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