(光學測量技術(shù))光學測量試驗

1、光學測量實驗光學測量實驗實驗一實驗一 平行光管調(diào)平行光管調(diào)校校實驗二實驗二 v v 棱鏡折光儀測量折射率和色棱鏡折光儀測量折射率和色散散實實驗三驗三 光學零件曲率半徑測光學零件曲率半徑測量量實驗四實驗四 放大率法測量焦距和頂焦放大率法測量焦距和頂焦距距實驗五實驗五 激光球面干涉儀檢測面形偏激光球面干涉儀檢測面形偏差差實驗六實驗六 望遠鏡的視度與視差檢望遠鏡的視度與視差檢測測實驗七實驗七 光學系統(tǒng)分辨率檢光學系統(tǒng)分辨率檢測測光學測量實驗實驗一實驗一 平行光管調(diào)校平行光管調(diào)校一一、 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1)了解自準直法、五棱鏡法調(diào)校平行光管的原理，并掌握其調(diào)校方法;(2)分析兩種方法的調(diào)校誤差，并總

2、結(jié)各自的特點。光學測量實驗二、二、 實驗要求及所用器具實驗要求及所用器具(1)把待校平行光管的分劃面校到其物鏡的焦面上，并給出調(diào)校精度。(2)所用器具:裝有十字絲分劃板的焦距為 550mm 的待校平行光管、高斯式自準直目鏡、可調(diào)的標準平面反射鏡(其有效孔徑要大于平行光管物鏡通光孔徑)、五棱鏡及載物臺、適當倍率的前置鏡。光學測量實驗三三、 實驗原理及方法實驗原理及方法1. 自準直法自準直法調(diào)校平行光管的原理圖如實驗圖 1.1 所示。實驗圖 1.1 自準直法調(diào)校平行光管的原理圖光學測量實驗若忽略平行光管的像差和光的波動性影響，當分劃面位于物鏡焦面處時，則由平面反射鏡自準回來的分劃像與分劃均重合于物

3、鏡焦面處。若分劃面離開物鏡焦面一小距離(離焦量)，則由平面反射鏡反射回來的自準分劃像將位于焦面另一側(cè)，并且分劃像離焦面的距離近似等于離焦量，即分劃像至分劃間的距離是離焦量的兩倍。故利用自準直法可使調(diào)焦精度提高一倍。光學測量實驗自準直法調(diào)校平行光管的步驟如下:(1)將裝有十字分劃板的待測平行光管、標準平面反射鏡及高斯式自準直目鏡按實驗圖 1.1 自準光路擺好，并調(diào)出自準分劃像。 (2)當用清晰度法調(diào)準時，調(diào)到使自準分劃像與分劃同樣清晰時，則認為平行光管已調(diào)好。光學測量實驗 (3)如以消視差法調(diào)焦，即通過眼瞳在出瞳面處橫向擺動，由分劃像相對分劃是否存在橫向錯動(有無視差)，來判定分劃面是否位于物鏡

4、焦面處。若分劃像錯動方向與眼瞳擺動同向，則表明分劃像比分劃離眼瞳更遠些，即分劃像位于焦點之內(nèi)，而分劃面必然位于焦點之外。反之，若分劃像錯動方向與眼瞳擺動反向，則分劃面位于焦內(nèi)。然后，按照判定的分劃面調(diào)整方向，微調(diào)分劃板鏡框，直至分劃像與分劃間消視差為止。反復調(diào)校幾次，調(diào)好后再擰緊分劃板的壓圈，此時表明平行光管已調(diào)好。光學測量實驗 2. 五棱鏡法五棱鏡法理想的五棱鏡有如下特點:在五棱鏡的入射光軸截面內(nèi)，不同方向入射的光線經(jīng)五棱鏡后，其出射光束相對入射光束折轉(zhuǎn) 90 。五棱鏡法即是利用了這一特點來對平行光管進行調(diào)校的。調(diào)校原理如實驗圖 1.2 所示。光學測量實驗實驗圖 1.2 五棱鏡法調(diào)校平行光管

5、的原理圖光學測量實驗實驗圖 1.2 五棱鏡法調(diào)校平行光管的原理圖光學測量實驗將五棱鏡 3 放置在平行光管物鏡前的載物臺上，五棱鏡可沿垂直于平行光管光軸方向平穩(wěn)地移動。沿五棱鏡出射光束方向放置前置鏡 4 (自準直望遠鏡)，用以觀察平行光管的分劃像。若分劃位于平行光管焦面上，則由平行光管物鏡射出一束平行光。當五棱鏡沿垂直于平行光管光軸方向，由位置( )向位置( )移動時，平行光管分劃經(jīng)前置鏡所成的分劃像將不產(chǎn)生任何橫向移動，如實驗圖 1.2 ( a )所示。若分劃面 1 不位于平行光管物鏡焦面上，則隨著五棱鏡由位置( )向位置( )移動時，前置鏡中形成的分劃像將產(chǎn)生左右方向的橫向移動，如實驗圖 1

6、.2 ( b )、( c )所示。利用這一現(xiàn)象可將平行光管分劃面準確調(diào)到焦面位置。光學測量實驗五棱鏡法調(diào)校平行光管的步驟如下:(1)將五棱鏡放置在可沿垂直物鏡光軸方向移動的載物臺上，并使五棱鏡的入射面對向平行光管物鏡，其出射面對向前置鏡。調(diào)整載物臺的高低位置，并調(diào)前置鏡的俯仰手輪和方位手輪，使分劃像呈現(xiàn)于前置鏡視場中，將使平行光管的豎線分劃像與前置鏡相應(yīng)分劃對準(若兩分劃均為豎線，則應(yīng)利用兩者間的橫向微小間隙的變化進行對準，以提高調(diào)校精度)。光學測量實驗 (2)轉(zhuǎn)動載物臺的手輪，使其上的五棱鏡沿垂直于平行光管物鏡光軸的方向，向著前置鏡移動。若在前置鏡中形成的平行光管的分劃像由右向左移動，表明分

7、劃面位于焦前，如實驗圖 1.2 ( b )所示;反之，分劃面在焦后，如實驗圖 1. 2 ( c )所示。(3)松開分劃板鏡框壓圈，按步驟( 2 )確定的分劃面移動方向，沿軸向微調(diào)分劃板框，直至五棱鏡移動時，平行光管的分劃像相對前置鏡分劃不發(fā)生橫向移動(或兩者間的微小間隙寬度不再變化)，則表明分劃面已準確位于平行光管物鏡焦面上了。(4)調(diào)好后，擰緊分劃鏡框的壓圈。光學測量實驗四、四、 調(diào)校誤差分析調(diào)校誤差分析1. 自準直法的調(diào)校誤差(1)當以清晰度為準進行自準直法調(diào)校時，平行光管的調(diào)校極限誤差為式中: e 為人眼的極限分辨角(單位為角分);k 為系數(shù)，一般取 6 ; 為波長，單位為微米; 為平行

8、光管與自準目鏡組成的自準直望遠鏡的視放大率; d 為平行光管物鏡的實際通光孔徑。光學測量實驗當眼瞳直徑 d e 大于自準直望遠鏡的出瞳直徑 d 時， d 取平行光管物鏡通光孔徑;當d e 小于 d 時，應(yīng)以 d e 替代式中的 d 。如考慮標準平面反射鏡在口徑 d 范圍內(nèi)的面形誤差為 n 個光圈，由此引入的調(diào)校誤差為則平行光管的調(diào)校極限誤差為光學測量實驗 (2)當以消視差為準進行自準直調(diào)校時，平行光管的調(diào)校極限誤差為式中， 為人眼的對準誤差(單位為角分)。同樣，如考慮平面反射鏡的面形誤差，引入的調(diào)校誤差 sd2 可由調(diào)校極限誤差參考式(3 )求得。光學測量實驗 2. 五棱鏡法的調(diào)校誤差五棱鏡法

9、的調(diào)校誤差五棱鏡法的實質(zhì)是將縱向調(diào)校變?yōu)閷θ搜圯^靈敏的橫向?qū)剩逝c消視差為準的調(diào)校誤差相當，主要是由前置鏡的橫向?qū)收`差確定，所不同的是，該法是由五棱鏡在平行光管物鏡前沿垂直光軸方向移動，替代了眼瞳在出瞳面內(nèi)的擺動。故參看式(4 )可得五棱鏡法的調(diào)校極限誤差為光學測量實驗式中: 為前置鏡的視放大率; 為人眼對準誤差(單位為角分); d 為平行光管物鏡的實際通光孔徑; d w 為五棱鏡通光口徑。分析式(5 )可知，當 d w 0. 5 d ，且選擇最好的對準方式時，可使五棱鏡法達最高調(diào)校精度。本法最適于較大口徑的平行光管調(diào)校。光學測量實驗實驗二實驗二 v 棱鏡折光儀測量折射率和色散棱鏡折光儀測

10、量折射率和色散一、一、 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1)掌握 v 棱鏡法測量光學玻璃折射率與色散的原理及其測量方法。(2)熟悉 v 棱鏡折光儀的結(jié)構(gòu)與操作方法，了解影響測量精度的諸因素。光學測量實驗二、二、 實驗要求及所用器具實驗要求及所用器具(1 )用 wyv 型 v 棱鏡折光儀分別測光學玻璃對 d 、 c 、 f 、 e 、 g 、 h 譜線的折射率，并求得色散值。(2)所用器具: wyv 型 v 棱鏡折光儀、鈉燈、汞燈、氫燈、待測玻璃試樣、折射浸液等。光學測量實驗三、三、 實驗原理及方法實驗原理及方法1. 測量原理測量原理v 棱鏡法測量折射率的原理如實驗圖 2. 1 所示。 v 棱鏡就是一塊帶有“

11、 v ”形缺口的組合棱鏡，它由兩塊材料性能完全相同的直角棱鏡膠合而成。 v 棱鏡的材料 n v 是已知的。 v形缺口的張角 aed 為 90 ，兩個棱角 a 、 d 均為 45 。光學測量實驗實驗圖 2.1 v 棱鏡法測折射率原理圖光學測量實驗待測試樣應(yīng)磨出兩個互成 90 的平面，置于 v 形缺口內(nèi)，為使兩者的表面很好地貼合，其間加入少量的與試樣折射率大致相同的折射浸液。單色平行光垂直 ab 面射入，經(jīng) v 棱鏡和試樣，最后從 cd 面射出，若待測試樣折射率 n 與 n v 相同，則入射的單色平行光將不發(fā)生任何偏折地從 cd 面射出，此時儀器的度盤有一零位讀數(shù)。若 n n v ，出射光線相對于

12、入射光線將有偏角 。顯然 角的大小、正負與n 有關(guān)。測量出 角，則待測試樣在測量條件下對某一波長的折射率為光學測量實驗當 n n v 時，出射光線向上偏折，取“ + ”號， 角由度盤的 030 范圍讀值;當 n n v時，出射光線向下偏折，取“ - ”號， 角由度盤的 360330 范圍讀值。光學測量實驗 2.v 棱鏡折光儀簡介棱鏡折光儀簡介按上述原理制成的專用儀器稱為 v 棱鏡折光儀，如實驗圖 2.2 所示，主要由準直系統(tǒng)1 、對準望遠鏡 2 和精密測角系統(tǒng) 3 組成。準直系統(tǒng)由平行光管及照明裝置組成，以給出垂直射向 v 棱鏡的單色平行光，其分劃線(單線)平行于 v 棱鏡缺口底棱。對準望遠鏡

13、可繞度盤主軸轉(zhuǎn)動，以便確定透過 v 棱鏡的光束方向。為減少雜光，準直系統(tǒng)的分劃選用狹縫方式照明細絲;為確保系統(tǒng)對各單色光均有良好的像質(zhì)，準直物鏡和望遠物鏡均采用復消色差物鏡。光學測量實驗精密測角系統(tǒng)由度盤及其照明系統(tǒng)和讀數(shù)顯微鏡組成。由于對準望遠鏡在瞄準時帶動度盤一道轉(zhuǎn)動，故通過讀數(shù)顯微鏡可讀得偏折角 值。其中“度”、“分”由度盤直接讀得，小數(shù)部分由測微尺讀出，儀器最小格值為 0.05 分。為擴大儀器的測量范圍，儀器附有三塊不同折射率的 v 棱鏡供選用。光學測量實驗實驗圖 2.2 v 棱鏡折光儀光學系統(tǒng)略圖光學測量實驗 3. 測量方法測量方法(1)制備試樣:兩直角面細磨或拋光，直角誤差 1 。

14、(2)制備折射浸液，其折射率 n z 與待測試樣折射率 n 之差控制在 0. 01 范圍內(nèi)。(3)依據(jù)被測樣品折射率選定 v 棱鏡，使 n - n v 0. 2 。(4)校零位讀數(shù):將校正零位用的標準玻璃塊涂以相應(yīng)的折射液后，放入 v 棱鏡的 v槽內(nèi)，并注意排除其間氣泡。用對準望遠鏡的雙線對準平行光管的單線像。此時讀數(shù)應(yīng)校成 00.00 。如校后仍有余數(shù)，則以該數(shù)作為零位讀數(shù)。更換 v 棱鏡或改變單色光的波長時均需校零位。光學測量實驗 (5)取下標準塊，仿上述辦法放入試樣，重新對準讀數(shù)五次。各數(shù)經(jīng)零位修正后，再求平均值，即得被測試樣對某一譜線的偏角 ，依次測得試樣對 d 、 c 、 f 、 e

15、 、 g 、 h 譜線的偏折角。按照實驗表 21 進行記錄。 (6)由平均值 查 - (n - n v ) 或代入式( 6 )，即得到待測試樣對各單色光的折射率，并求得色散值。光學測量實驗光學測量實驗四、四、 測量誤差分析測量誤差分析折射率的測量標準偏差為式中: n v 為 v 棱鏡的折射率 n v 的標準偏差; 為偏折角 的測量標準偏差。光學測量實驗式(7 )中的微商可由式( 6 )求得偏折角 的測量標準偏差包括下述三個因素:對準望遠鏡的單次對準標準偏差 1 、度盤刻線的標準偏差 2 以及讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)標準偏差 3 。在測角 時，需要兩次對準和兩次讀數(shù)，故角 的測量標準偏差為光學測量實驗

16、n v 通常是用精密測角儀以最小偏向角法測得的，一般不大于 510-6 ，而 一般可控制在 1.510-5 弧度范圍內(nèi)，對應(yīng)的 n 可達到 ( 12) 10-5 ，這滿足一般的折射率測量精度要求。按我國無色光學玻璃的國家標準規(guī)定，每種玻璃應(yīng)給出 7 種光譜線的折射率。實驗表22 列出了 7 種譜線的波長、符號及產(chǎn)生這些譜線的元素燈，實驗表 23 列出了常用折射液的折射率及色散值。光學測量實驗光學測量實驗光學測量實驗實驗三實驗三 光學零件曲率半徑測量光學零件曲率半徑測量一一、 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1)掌握機械法與自準顯微鏡法測量球面曲率半徑的原理和方法。(2)熟悉鋼珠式環(huán)形球徑儀和 3c 型自準球

17、徑儀的結(jié)構(gòu)特征及其測量范圍。(3)了解影響兩種方法測量精度的主要因素，并能正確地給出測量誤差。光學測量實驗二、二、 實驗內(nèi)容及所用器具實驗內(nèi)容及所用器具(1)用鋼珠式環(huán)形球徑儀分別測量凸、凹球面的曲率半徑。(2)用 3c 型自準球徑儀分別測量凸、凹球面的曲率半徑。(3)所用器具:鋼珠式環(huán)形球徑儀， 3c 型自準球徑儀，平晶，待測凸、凹球面光學零件。光學測量實驗三、三、 實驗原理及方法實驗原理及方法1. 環(huán)形球徑儀測量曲率半徑的原理和方法環(huán)形球徑儀測量曲率半徑的原理和方法1 )環(huán)形球徑儀的測量原理鋼珠式環(huán)形球徑儀測量曲率半徑是通過測量球面某一特定弦所對應(yīng)的矢高，間接測得該球面的曲率半徑的。由實驗

18、圖 3.1 ( a )、( b )所示的幾何關(guān)系可得式中， r 為三個鋼珠中心所確定的測量環(huán)半徑;h 為三個鋼珠頂點所確定的平面至球面頂點的距離; 為鋼珠半徑。光學測量實驗實驗圖 3.1 環(huán)形球徑儀測量曲率半徑原理圖光學測量實驗當待測面為凹面時取“ + ”，為凸面時取“ - ”。改用普通尖棱式測量環(huán)時，只要令式(8 )中 =0 ，便可計算曲率半徑 r 。如測成對球面樣板的曲率半徑，可不用平晶，而直接測鋼珠所截得的兩球冠的矢高之和 h 來精確求得 r 值，即其中 r 0 為樣板的名義半徑。光學測量實驗2 )儀器簡介現(xiàn)以 jgq-1 型鋼珠式環(huán)形球徑儀為例，其結(jié)構(gòu)原理如實驗圖 3.2 所示。儀器主

19、要由測量環(huán) 1 、測量桿系統(tǒng) 2 和讀數(shù)顯微鏡 3 組成。測量環(huán)可給出準確的 r 、 值，并可確定 h 的零位讀數(shù)。借助測量桿系統(tǒng)和讀數(shù)顯微鏡可精確測出矢高 h 值。為確保曲率半徑測量精度，儀器備有 79 個測量環(huán)供選用。環(huán)形球徑儀測量曲率半徑范圍為 51200mm ，依據(jù)測量段的不同，曲率半徑的極限相對誤差 r / r 為 0.03%0. 06% 。光學測量實驗實驗圖 3.2 jgq-1 型球徑儀結(jié)構(gòu)原理圖光學測量實驗3 )測量方法首先根據(jù)待測件的口徑，選擇半徑盡量大的測量環(huán)裝到環(huán)座上，并以平面樣板確定測量桿的零位讀數(shù)。再轉(zhuǎn)動手柄使測量桿下移，拿掉平面樣板，將擦拭干凈的待測件放到測量環(huán)上。使

20、測量桿剛好與待測面頂點接觸，由讀數(shù)顯微鏡讀得測量桿的第二位置讀數(shù)，則測量桿的兩位置讀數(shù)之差即為對應(yīng)的矢高值。最后按相應(yīng)公式算出 r 和 r 值。光學測量實驗2. 自準球徑儀測量曲率半徑的原理和方法自準球徑儀測量曲率半徑的原理和方法1 )測量原理自準球徑儀測量凹球面曲率半徑的原理如實驗圖 3.3 所示。自準球徑儀的核心部分是自準顯微鏡。利用自準顯微鏡分別對待測球面的球心 c 和頂點 a 進行自準直調(diào)校(可由自準分劃像清晰無視差地成在分劃處判定)。借助投影測長機構(gòu)測出兩次調(diào)校時自準顯微鏡(或待測球面)沿軸移動的距離，即為待測球面的曲率半徑。在實際測量中，為了獲得盡可能高的測量精度，儀器備有一套不同

21、放大率的物鏡供選用。光學測量實驗實驗圖 3.3 自準球徑儀測曲率半徑的原理光學測量實驗國產(chǎn) 3c 型自準球徑儀結(jié)構(gòu)如實驗圖 3.4 所示，主要由測量座、夾持器組件以及底座等三大部分組成。測量座由可沿底座導軌方向移動的上、下滑板，自準顯微鏡， 200mm 長精密玻璃刻尺以及投影讀數(shù)器組成。借助手輪，自準顯微鏡能沿光軸方向進行粗動和微調(diào)，其位置可由玻璃刻尺經(jīng)投影讀數(shù)器(最小格值 0.001mm )測得。夾持器可依據(jù)待測面曲率半徑的名義值，沿導軌床面定位在某一刻線標志處。夾持器用于裝卡和調(diào)整待測光學件。轉(zhuǎn)動其上的兩調(diào)節(jié)螺母，即可使待測球面分別沿水平和垂直方向做傾斜微調(diào)，以將球心準確調(diào)到顯微鏡瞄準軸線

22、上。光學測量實驗實驗圖 3.4 自準球徑儀結(jié)構(gòu)示意圖光學測量實驗2 )測量步驟由待測球面的口徑、曲率半徑尺寸及要求的精度選用適當倍率的顯微鏡。儀器備有4 、10 和 40 物鏡供選用。由待測球面曲率半徑名義值，將夾持器沿導軌床面裝定到需要的刻線標志位置。將待測件裝卡到夾持器上。軸向微動測量座并微調(diào)待測件，使自準顯微鏡的目鏡視場中觀察到過球心的清晰且無視差的自準像。在投影讀數(shù)器讀得對應(yīng)球心的位置讀數(shù) x 1 。光學測量實驗移動測量座，使自準顯微鏡對待測面頂點調(diào)校，直至目鏡視場中再次看到清晰無視差的自準像。讀得對應(yīng)球面頂點的位置讀數(shù) x 1 ，則被測面的曲率半徑 r 應(yīng)為式中， x 0 為夾持器裝

23、定位置的刻線標志讀數(shù)(0 、 200 、 400 、 600 、)。測凸球面曲率半徑的步驟也大致類同，只是所測半徑范圍受到顯微鏡工作距限制。光學測量實驗四、四、 測量誤差測量誤差1. 鋼珠式球徑儀測量曲率半徑的誤差先求矢高 h 的測量標準偏差其中: h 1 表示玻璃刻度尺分劃修正后，因刻度值誤差而引入的矢高誤差( 0. 5 m ); h 2 表示由測微目鏡的螺旋分劃板的螺距誤差所引起的讀數(shù)誤差; h 3 表示因顯微鏡對準引入的讀數(shù)誤差。光學測量實驗鋼珠式球徑儀測量曲率半徑的標準偏差為式中: r 表示 r 的測量標準偏差， r =1 m ; 表示鋼珠 的測量標準偏差， =0. 5 m 。光學測量

24、實驗 2. 自準球徑儀測量曲率半徑的標準偏差自準球徑儀測量曲率半徑的標準偏差為為式中: 1 為夾持器的定位誤差; 2 為投影讀數(shù)器的讀數(shù)標準偏差; 3 為自準顯微鏡的兩次調(diào)校誤差; 4 為玻璃刻尺的刻線標準偏差。光學測量實驗實驗四實驗四 放大率法測量焦距和頂焦距放大率法測量焦距和頂焦距一、一、 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1)掌握放大率法測正、負透鏡焦距的基本原理。(2)熟悉焦距儀的基本結(jié)構(gòu)，并掌握焦距的測量技術(shù)。二、 實驗內(nèi)容及所用器具(1 )檢校顯微物鏡實際放大倍率。(2 )分別測量正透鏡、負透鏡的焦距與截距，并要求給出正確的測試結(jié)果。(3)所用器具:焦距儀(或光具座)及相應(yīng)附件，待測的正、負透鏡。

25、光學測量實驗三、三、 實驗原理及方法實驗原理及方法1. 測量原理測量原理放大倍率法測量正透鏡焦距的原理如實驗圖 4.1 所示。待測物鏡 2 置于平行光管物鏡之前。若平行光管物鏡焦面處的玻羅板線對間距為 y ，則在待測透鏡焦面上成像為y，如果用測量顯微鏡 3 測得y的像y= y( 為顯微物鏡放大率)，則由下式可求得待測物鏡的焦距:式中: f c 為平行光管物鏡焦距;y為測微目鏡測得的 y值。光學測量實驗實驗圖 4.1 測正透鏡焦距的原理圖光學測量實驗放大倍率法測量負透鏡焦距的原理如實驗圖 4.2 所示，相應(yīng)的焦距計算公式為實驗圖 4.2 測負透鏡焦距的原理圖光學測量實驗必須指出，由于負透鏡成虛像

26、y，為用測量顯微鏡看清該像，顯微物鏡的工作距離一定要大于負透鏡的后頂焦距。同樣地，依次調(diào)校顯微鏡，從看清y到看清后表面頂點，顯微鏡軸向移動距離就是后頂焦距 lf 值。光學測量實驗2. 焦距儀簡介焦距儀簡介焦距儀結(jié)構(gòu)簡圖如實驗圖 4.3 所示。它主要由平行光管、透鏡夾持器、測量顯微鏡及導軌組成。平行光管給出準確的焦距 fc 及玻羅板的線對間距 y 值。透鏡夾持器用于裝卡調(diào)整待測透鏡。夾持器可沿導軌移動，也可繞垂直軸做水平方向的擺動和做高低微調(diào)。測量顯微鏡裝在支座上，并可相對平行光管光軸做縱向和橫向、高低向調(diào)節(jié)，測量顯微鏡還能繞豎軸做水平方向擺動，微調(diào)，以及繞自身光軸轉(zhuǎn)動，整個支座可沿導軌移動。光

27、學測量實驗實驗圖 4.3 焦距儀結(jié)構(gòu)簡圖光學測量實驗3. 測量方法測量方法(1 )將待校顯微鏡擰到鏡筒上。在物鏡前放玻羅板(或標準刻尺)，使測量顯微鏡對玻羅板的線對 y 調(diào)校，直至視場中刻尺清晰地成像，并測出像y的大小，則顯微物鏡的實際放大率 =y/y 。(2)將待測透鏡裝到夾持器上，并調(diào)整其光軸與平行光管、顯微鏡光軸一致。(3)微調(diào)顯微鏡，使刻線像清晰無視差地成在測微目鏡分劃板上，并測得y值。代入式(14 )求出透鏡焦距。(4)記下此時顯微鏡的軸向位置，再使顯微物鏡調(diào)校到待物鏡后表面頂點處，顯微鏡軸向移動距離即為被測物鏡后頂焦距。將物鏡轉(zhuǎn) 180 ，用與測后頂焦距類似的方法，可測透鏡的前頂焦

28、距。光學測量實驗四、四、 測量誤差測量誤差放大率法測焦距的相對誤差為式中， f c 、 y 、 y和 分別為 fc 、 y 、y和 的標準偏差。在待測透鏡像質(zhì)良好，檢測時顯微物鏡實際利用的數(shù)值孔徑不過小的情況下， f/f不超過 0.3% 。測量負透鏡的焦距時，因所選顯微物鏡的倍率小，又測得的只是近軸光束的焦距，故負透鏡焦距的測量誤差較大，可達 0.5% 左右。光學測量實驗測量頂焦距的誤差包括顯微鏡的位置讀數(shù)誤差和顯微鏡的兩次調(diào)校誤差，因透鏡不同，測量誤差從零點幾毫米到 1 毫米不等。為了達到預期的測量精度，實驗中還應(yīng)注意以下幾點:(1)待測透鏡的測試狀態(tài)盡量與使用狀態(tài)一致或相近。(2)平行光管

29、、待測物鏡和測量顯微鏡三光軸應(yīng)調(diào)重合。(3)平行光管焦距最好為待測透鏡焦距的 2 倍以上，顯微物鏡的數(shù)值孔徑大于待測透鏡的像方孔徑角。(4)要測的玻羅板分劃像在顯微鏡視場中應(yīng)對稱分布，且位于帶視場附近為好。光學測量實驗實驗五實驗五 激光球面干涉儀檢測面形偏差激光球面干涉儀檢測面形偏差一、一、 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1 )熟悉激光球面干涉儀的工作原理與調(diào)試方法。(2)能用激光球面干涉儀檢測球面的面形偏差。二二、 實驗內(nèi)容及所用器具實驗內(nèi)容及所用器具(1)測出球面的實際曲率半徑，并與要求的曲率半徑比較，求得 r 值，將 r 換算成相應(yīng)的光圈數(shù) n 。(2)檢測球面的局部偏差 n ，并判別其性質(zhì)。(3)

30、所用器具:國產(chǎn) qgy-1 型激光球面干涉儀(或類似裝置)、待測球面鏡。光學測量實驗三、三、 實驗原理及方法實驗原理及方法1. 實驗原理實驗原理qgy-1 型激光球面干涉儀屬斐索型球面干涉儀，其光路原理如實驗圖 5. 1 所示。光學測量實驗實驗圖 5.1 qgy-1 型激光球面干涉儀光路原理光學測量實驗儀器主要由干涉系統(tǒng)和投影讀數(shù)系統(tǒng)兩大部分組成。(1 )干涉系統(tǒng):由 he-ne 激光器射出一束激光依次經(jīng)聚光鏡、分束棱鏡及準直物鏡組后變成平行光束，此光束經(jīng)標準物鏡組折射，最后沿其標準面法線方向射出，則由標準面自準回去的波面為參考波面。調(diào)待測面，使其曲率中心剛好與標準面射出光線同心，由待測面自準

31、回去的光束形成測試波面，此波面與參考波面相干，在視場中形成等厚干涉條紋。(2)投影讀數(shù)系統(tǒng):由精密刻尺、 100 投影系統(tǒng)和投影屏組成，用于測量待測面的移動距離，從而精確測得待測面的曲率半徑 r。 光學測量實驗 2. 檢測方法檢測方法在球面干涉儀上測待測面的曲率半徑，原則上是測鏡面的球心至頂點間的距離，故根據(jù)待測面的口徑比 d / r 及 r 名義值，選取合適的標準物鏡組，并以干涉場中條紋變直，確定其球心位置;待測面頂點位置可用頂點與標準面球心重合時產(chǎn)生的直條紋確定，或由標準面頂點與待測面頂點接觸來確定，從而求得半徑差 r 或光圈數(shù) n 。光學測量實驗 n 的檢測:當待測面存在局部偏差或帶區(qū)誤

32、差時，視場內(nèi)將不能調(diào)出完全直的干涉條紋，故需依據(jù)條紋彎曲的部位、所占范圍及彎曲程度，判斷局部偏差的大小，再由待測面逐漸移離標準面時，干涉條紋各處的變直過程，即各局部偏差的曲率中心依什么次序“走過”標準面球心，確定其性質(zhì)。例如:常見的邊翹、中心凸的凹表面，如實驗圖 5.2所示。當沿剪頭方向拉開待測面時，則依次看到條紋由邊緣直，逐漸向帶區(qū)及中心處變直。采用類似的分析方法，可得其它面形偏差。光學測量實驗實驗圖 5.2 存在帶區(qū)誤差的凹球面移動時條紋變化的過程光學測量實驗四、四、 激光球面干涉儀檢測精度的某些考慮激光球面干涉儀檢測精度的某些考慮測球面的局部偏差的檢測精度由兩個因素決定:一是標準面射出光

33、束的殘存波差，分析表明，當此波差不超過 / 4 時，對檢測結(jié)果的影響可忽略;二是標準面自身的局部偏差可部分或全部地反映到條紋變形中去(由實際利用的標準面口徑而定)，故應(yīng)嚴格控制到 / 20 以內(nèi)。 r 的檢測精度由精密刻尺的刻劃誤差、投影讀數(shù)的對準誤差與示值誤差、標準面曲率半徑 r 0 的標定誤差及干涉儀的瞄準定位誤差等因素決定。進一步分析表明，當標準面實際使用的包容角較小時， r 0 的標定誤差及瞄準定位誤差起主要作用;當包容角較大時，上述諸因素對測量精度的影響大致相當。儀器可滿足一級對板的檢測精度要求。光學測量實驗實驗六實驗六 望遠鏡的視度與視差檢測望遠鏡的視度與視差檢測一、一、 實驗?zāi)康?/p>

34、實驗?zāi)康?1)深入理解望遠鏡的視度和視差的概念，以及兩者的關(guān)系。(2)掌握視度、視差的基本檢測方法。光學測量實驗二、二、 實驗內(nèi)容及所用器具實驗內(nèi)容及所用器具(1)以普通視度筒和大量程視度筒檢測望遠鏡各視度的裝定值。(2)檢測望遠鏡的視差值。(3)所用器具:平行光管、待測望遠鏡、普通視度筒、大量程視度筒和可調(diào)支架。光學測量實驗三三、 實驗原理及方法實驗原理及方法1. 視度的檢測原理和方法視度的檢測原理和方法為適應(yīng)正常人眼、近視眼、遠視眼的觀察需要，望遠鏡射出光束的發(fā)散會聚度須能調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)能力稱為視度調(diào)節(jié)，并常通過軸向移動目鏡的方法來實現(xiàn)。視度檢測是指目鏡調(diào)到視度分劃圈的某一值時，檢測其指示

35、值與實際值的符合程度，看是否滿足規(guī)定的要求。檢測視度的光路原理圖如實驗圖 6.1 的所示。光學測量實驗實驗圖 6.1 視度筒檢測視度的光路原理圖光學測量實驗由于待測望遠鏡存在視度，則由目鏡射出的光束相當由距出瞳 - l 的點 a 發(fā)出的光束，故視度筒物鏡須沿軸前移 ，與待測視度 sd 關(guān)系為式中， f 0 為視度筒物鏡焦距。光學測量實驗按上述關(guān)系將 換算成 sd 刻在視度筒窗口處，即可直接測視度值。普通視度筒的視度測量范圍為 1.52. 5 屈光度。要測更大范圍的視度，可用大量程視度筒，它由普通視度筒加視度透鏡組成。視度透鏡的視度 sd0 用于抵消待測視度 sd 的大部分，使余下視度 sd 由

36、普通視度筒測量。光學測量實驗視度檢測方法:先使視度筒物鏡調(diào)到零位，并直接對向平行光管。調(diào)目鏡視度，使人眼清晰地看到平行光管分劃像與視度筒分劃線。將待測望遠鏡置入實驗圖 6.2 所示的檢測光路中，并大致調(diào)整軸，再將視度對到要測的零位分劃處，然后軸向移動視度筒物鏡，使視場中視度筒分劃和平行光管分劃像同樣清晰或消視差。記下視度筒測得的零位視度值，再依次將目鏡視度對到要測的分劃處，用同樣的方法可測得各分劃的實際視度值。對需大量程視度筒檢測的視度，可在普通視度筒前方套上所選定的視度透鏡，并使其物方主面大致與望遠鏡出瞳重合。用類似的方法，可測出各視度分劃處的實際視度值。光學測量實驗實驗圖 6.2 檢視度時

37、的框圖光學測量實驗2. 視差的檢測原理及方法視差的檢測原理及方法目視望遠系統(tǒng)因分劃面與物像不重合，而使人眼在出瞳面不同處看到兩者產(chǎn)生錯動的現(xiàn)象稱為視差，故視差會引起望遠鏡的瞄準誤差。視差常以視差角或視度之差表示。視差以望遠鏡物方視差角 表示時，有式中: d 為望遠鏡的出瞳;b 為分劃面離開物像的距離; f0 為望遠鏡的焦距; fe 為目鏡的焦距。光學測量實驗視差以分劃與物像在望遠鏡像方對應(yīng)的視度之差表示，則有式中， sd 的單位為屈光度。望遠系統(tǒng)視差的公差可參看實驗表 61 和實驗表 62 。光學測量實驗光學測量實驗視差常見的檢測方法是在儀器出瞳處分別測出分劃與物像的視度值，兩者之差即表示待測

38、望遠鏡的視差。顯然 sd 是受視度筒本身調(diào)校精度限制的，為此可采用調(diào)校精度高的半透鏡視度筒檢測。光學測量實驗實驗七實驗七 光學系統(tǒng)分辨率檢測光學系統(tǒng)分辨率檢測一、一、 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1)掌握望遠鏡與照相物鏡分辨率的檢測原理。(2)能正確地設(shè)計檢測光路并確定相關(guān)參數(shù)。光學測量實驗二、二、 實驗內(nèi)容及所用器具實驗內(nèi)容及所用器具(1)檢測望遠鏡分辨率。(2)分別檢測照相物鏡零視場的目視分辨率以及 0. 7 視場和全視場的子午、弧矢方向目視分辨率。(3)所用器具:裝有分辨率板的平行光管、觀察顯微鏡、前置鏡、物鏡夾持器及調(diào)節(jié)點機構(gòu)、待測望遠鏡、照相物鏡。光學測量實驗三、三、 實驗原理及方法實驗原理及

39、方法1. 柵格狀分辨率板柵格狀分辨率板望遠系統(tǒng)分辨率是以將物方剛好分辨開的遠方兩物點的角距離表示，而照相物鏡則以像面上剛能分辨的每毫米線對數(shù) n 表示。分辨率最常用的是柵格狀分辨率板，它共有 7 塊板(編號為 a 1 a 7 )，每塊分辨板由線寬遞減的 25 個單元(序號 1 ， 2 ， 3 ， 25 )組成一個大正方形，每單元又由 4 個不同方向的線條組排成一個小正方形，參看圖 7.8 ( a )。通常將分辨率板置于平行光管物鏡焦面上，以形成無限遠的檢測標志。光學測量實驗2. 望遠鏡分辨率的檢測望遠鏡分辨率的檢測望遠鏡分辨率檢測光路如實驗圖 7.1 所示。將選定的分辨率板置于優(yōu)質(zhì)平行光管物鏡

40、焦面處，由光源經(jīng)聚光鏡毛玻璃均勻照亮分辨率板。將待測望遠鏡視度歸零，并置于平行光管與前置鏡之間(前置鏡入瞳應(yīng)大致位于待測望遠鏡出瞳處)，調(diào)三者共軸，則在前置鏡視場中可以看到放大的分辨率圖案像。檢測時應(yīng)由線條粗的分辨單元順序地向線條細的單元觀看，以剛好能同時看清四個方向線條的單元組號為準，查得對應(yīng)的線寬 b ，由下式求得待測望遠鏡的角分辨率:光學測量實驗式中， f c 為平行光管物鏡的實際焦距。實驗圖 7.1 望遠鏡分辨率檢測光路圖光學測量實驗檢測前置鏡倍率 的選擇應(yīng)滿足式中: t 為待測望遠鏡的視放大率; d 、 d 分別為待測望遠鏡入瞳直徑和出瞳直徑。在檢測分辨率的同時，還應(yīng)根據(jù)分辨率圖案像

41、清晰程度、有否有彩色邊緣、透明線光暈、相互垂直的線條是否同時清晰、線條變形或線間距不均、出現(xiàn)重像等情況估計被測系統(tǒng)的像質(zhì)。光學測量實驗3. 照相物鏡目視分辨率的測量照相物鏡目視分辨率的測量照相物鏡目視分辨率的檢測光路如實驗圖 7.2 所示，通常是在光具座上進行的。將分辨率板置于優(yōu)質(zhì)平行光管物鏡的焦面處，待測照相物鏡裝在夾持器上。要求夾持器能定位在某一視場角位置處，還可帶動物鏡沿軸向移動，以將其后節(jié)點調(diào)到垂直轉(zhuǎn)軸上，觀測顯微鏡能沿軸向移動。光學測量實驗實驗圖 7.2 檢測照相物鏡分辨率的光路圖光學測量實驗1 )軸上點零視場目視分辨率的檢測調(diào)待測照相物鏡，使其與平行光管、顯微鏡共軸。再微調(diào)觀察顯微鏡，使分辨率圖案像位于視場中央，找出剛能分辨四個方向線條的單元號，查得線寬 b ，則軸上點目視分辨率 n 為式中: f c 為平行光管物鏡的實際焦距;f 為待測照相