光學測試第一章節(jié)-課件

緒論一、光學測量與測試技術(shù)的作用：利用光學原理進行精密測量，一直是計量測試技術(shù)領(lǐng)域中的主要方法。由于光學測量方法具有非接觸、高靈敏度和高精度等優(yōu)點，在近代科學研究、工業(yè)生產(chǎn)、空間技術(shù)、國防技術(shù)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，成為一種無法取代的測量技術(shù)。隨著微光學和集成光學的發(fā)展，光學測量系統(tǒng)向微型化、集成化方向發(fā)展，促使光學測量技術(shù)成為近代科學技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的眼睛，是保證科學技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要高新技術(shù)之一。緒論一、光學測量與測試技術(shù)的作用：1緒論二、技術(shù)現(xiàn)狀利用自然界存在的光線進行計量與測試最早開始于天文與地理測量中。望遠鏡和顯微鏡的出現(xiàn)，光學與精密機械的結(jié)合，是許多傳統(tǒng)的光學計量與測試儀器廣泛應(yīng)用于各級計量即工業(yè)測量部門。激光器的出現(xiàn)和信息光學的形成，特別是激光技術(shù)與微電子技術(shù)。計算機技術(shù)的結(jié)合，出現(xiàn)了光機電一體化的光學測量技術(shù)。在光機電金字塔中，塔頂是光，光學是這個基礎(chǔ)體系中的原理基礎(chǔ)。緒論二、技術(shù)現(xiàn)狀2緒論近代光學測量系統(tǒng)的主要特點：1、從主觀光學發(fā)展稱為客觀光學，即用光電探測器取代人眼這個主觀探測器，提高了測量精度和效率。2、用激光光源取代常規(guī)光源，獲得方向性極好的實際光線用于各種光學測量上。3.從光機結(jié)合模式向光機電一體化的模式轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)測量與控制的一體化。緒論近代光學測量系統(tǒng)的主要特點：3緒論三、技術(shù)發(fā)展方向1、亞微米級、納米級的高精度光學測量方法首先得到優(yōu)先發(fā)展，利用新的物理學原理和光電子原理產(chǎn)生的光學測量方法將不斷出現(xiàn)。2、一微細加工技術(shù)為基礎(chǔ)的高精度、小尺寸、低成本的集成光學和其它微傳感器將成為技術(shù)主流方向，小型、微型非接觸式光學傳感器以及微光學這類微結(jié)構(gòu)光學測量系統(tǒng)將暫露頭角。3、快速、高效的3D測量技術(shù)將取得突破，發(fā)展帶存儲功能的全場動態(tài)測量儀器。緒論三、技術(shù)發(fā)展方向4緒論4、發(fā)展閉環(huán)式光學測試技術(shù)，實現(xiàn)光學測量與控制的一體化。5、發(fā)展光學診斷和光學無損檢測技術(shù)，一替代常規(guī)的無損檢測方法與手段。緒論4、發(fā)展閉環(huán)式光學測試技術(shù)，實現(xiàn)光學測量與控5緒論四、光學測量與測試技術(shù)的基本概念計量學是指研究、保證測量統(tǒng)一和準確的科學；計量泛指對物理量的標定、傳遞與控制。計量學研究的主要內(nèi)容：計量單位及其基準、標準的建立、保存與使用，測量方法和計量器具，測量不確定度，觀察者進行測量的能力以及計量法制與管理等。計量學也包括研究物理常數(shù)和物質(zhì)標準，材料特性的準確測定。緒論四、光學測量與測試技術(shù)的基本概念6緒論測量是指將被測值和一個作為測量單位的標準量進行比較，求其比值的過程。從計量學的定義和內(nèi)容可以看出，計量的主要表現(xiàn)方式是測量。測量的目的是要得到一個具體的測量數(shù)值，這個數(shù)值還應(yīng)包括測量的不確定度。一個完整的測量過程包括四個測量要素：測量對象和被測量，測量單位和標準量，測量方法，測量的不確定度。檢驗是指判斷測量是否合格的過程，通常不一定要求具體數(shù)值。緒論測量是指將被測值和一個作為測量單位的標準量進7緒論測試是指具有試驗研究性質(zhì)的測量，一般是測量、試驗和檢驗的總稱。測試是人們認識客觀事物的方法。測試過程是從多個事物中攝取有關(guān)信息的認識過程。在測試過程中，需要借助專門的設(shè)備，通過合適的實驗和必要的數(shù)據(jù)處理，求得所研究對象的有關(guān)信息量值。靈敏度是指測量系統(tǒng)輸出變化量Δy與引起該該變化量的輸入變化量Δx之比。測量系統(tǒng)輸出曲線的斜率就是其靈敏度，對于線性系統(tǒng)，靈敏度是一個常數(shù)。緒論測試是指具有試驗研究性質(zhì)的測量，一般是測量、8緒論分辨率是指測量系統(tǒng)能檢測到的最小輸入增量。誤差是指測得值與被測量的真值之間的差值。誤差可分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差與粗大誤差。精度反映測量結(jié)果與真值接近程度的量。在現(xiàn)代計量測試中，精度的概念逐步被測量的不確定度代替。測量不確定度是表征合理賦予被測量的量值的分散型參數(shù)。主要包括不確定度的A類評定-----用對重復的統(tǒng)計分析進行不確定度的評定方法；B類評定-----用不同于統(tǒng)計分的其它方法進行不確定度評定方法。緒論分辨率是指測量系統(tǒng)能檢測到的最小輸入增量。9第一章

基本光學測量技術(shù)第一節(jié)光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)第一章

基本光學測量技術(shù)第一節(jié)10§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)基本概念：（一）對準（橫向?qū)剩?-----一個目標與比較標志在垂直瞄準軸方向的重合和置中。注意：1、目標、標志是廣義的，在物空間比較時，是真正的目標；在像方比較時，則是目標的像。2、眼睛的瞄準軸是黃斑中心與眼睛后節(jié)點的連線；光學儀器的瞄準軸是指光學儀器的某個對準用標志與物鏡后節(jié)點的連線?！?-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)基本概念：11§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)（二）調(diào)焦（縱向?qū)剩?--一個目標像與比較標志在瞄準軸方向的重合。調(diào)焦的目的：主要是使物體（目標）成像清晰，其次是為了確定物面或它的共軛像面的位置。確定物體的共軛像面的位置又稱為定焦。（三）對準誤差---目標與標志在垂軸方向殘留的偏離量。（四）調(diào)焦誤差---定焦后目標像與標志沿軸向殘留的偏離量?！?-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)（二）調(diào)焦（縱向?qū)剩?12§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)一、人眼的對準誤差和調(diào)焦誤差眼睛的對準誤差以偏離量對眼睛中心的夾角表示。眼睛的調(diào)焦誤差以目標與標志到眼瞳距離的倒數(shù)之差表示。眼睛通過光學系統(tǒng)去對準或調(diào)焦的目的是利用儀器的有效放大率和有利的比較標志（如叉線或雙線）以提高對準和調(diào)焦的準確度。人眼通過儀器觀察目標時的對準和調(diào)焦誤差應(yīng)以觀察儀器的物方對應(yīng)值表示,如圖所示：§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)一、人眼的對準誤差和調(diào)焦誤13§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)有限距離物體的對準：無限遠物體的對準：⊿yγ§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)有限距離物體的對準：⊿yγ14§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)對有限距離物體的調(diào)焦：對無限遠物體的調(diào)焦：⊿x§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)對有限距離物體的調(diào)焦：⊿x15§1-1一、人眼對準誤差和調(diào)焦誤差在實際的應(yīng)用中，人眼是通過觀察儀器（望遠鏡和顯微鏡）來對準和調(diào)焦的，人眼在儀器的像方，儀器的對準誤差和調(diào)焦誤差相當于人眼直接觀察目標時的誤差。（一）人眼的對準誤差常見的對準方式和人眼的對準誤差見表1-1；（略）§1-1一、人眼對準誤差和調(diào)焦誤差在實際的應(yīng)用中，人16§1-1一、人眼對準誤差和調(diào)焦誤差（二）人眼的調(diào)焦誤差要使目標位于標志所在的垂直瞄準軸的平面上，即二者位于同一深度上，常見的最簡便的人眼調(diào)焦方式是清晰度法和消視差法：1、清晰度法---是以目標與比較標志同樣清晰為準。用清晰度法定焦后，目標與標志的軸向距離即為此方法的調(diào)焦誤差。調(diào)焦誤差是由于存在幾何焦深和物理焦深所造成；§1-1一、人眼對準誤差和調(diào)焦誤差（二）人眼的調(diào)焦誤17§1-11、清晰度法（1）幾何焦深：假定標志真正成像在眼睛的視網(wǎng)膜上，這時標志上的一點在網(wǎng)膜（像面上）的像是一個幾何點；調(diào)焦時目標不一定與標志位于同一平面上，但是只要目標上一點在網(wǎng)膜上所成的彌散圓直徑小于眼睛的分辨極限，人眼仍然把這個彌散圓當成一個點，即認為目標與標志同樣清晰。當彌散圓直徑等于人眼分辨極限時，目標至標志距離（即為調(diào)焦極限誤差）的兩倍稱為幾何焦深（因為目標在標志前后等距是的效果相同).§1-11、清晰度法（1）幾何焦深：假定標18§1-11、清晰度法由此可見，幾何焦深與人眼的極限分辨角直接相關(guān)。通常取，當人眼觀察遠距離處的物體時，會很大，這時調(diào)焦擴展不確定度（調(diào)焦誤差）不用表示，而應(yīng)以目標和標志到眼瞳距離的倒數(shù)之差值表示。設(shè)目標距離為，標志距離為，則為幾何焦深的一半，眼瞳直徑為，人眼極限分辨角為，由于幾何焦深造成的人眼調(diào)焦擴展不確定度（極限誤差）為：1屈光度=1/mmrad目標至標志距離§1-11、清晰度法由此可見，幾何焦深與19§1-11、清晰度法（2）物理焦深：根據(jù)衍射理論，由于眼瞳大小有限，即使是理想成像，一物點在視網(wǎng)膜上的像不是一個而是一個彌散斑（艾里斑），當物點沿軸向移動后，在眼瞳面上產(chǎn)生的波差小于某一個值（例如，為大于1的整數(shù)）時，人眼仍然分辨不出這時衍射像與艾里斑有什么區(qū)別，即如果目標與標志相距小于時眼睛仍認為二者的像同樣清楚。距離稱為物理焦深?！?-11、清晰度法（2）物理焦深：根據(jù)20§1-11、清晰度法由于物理焦深造成的人眼調(diào)焦擴展不確定度（調(diào)焦極限誤差）可由下式求得：的取值，按瑞利準則，波差應(yīng)小于，即取還有一些學者認為應(yīng)取波差為和，一般取即較為合適，其中。§1-11、清晰度法由于物理焦深造成的人眼21§1-11、清晰度法由清晰度法產(chǎn)生的人眼調(diào)焦擴展不確定度為幾何焦深和物理焦深造成的調(diào)焦擴展不確定度的方和根，即由于上式中兩項誤差皆屬于隨機誤差，并且它們都服從均勻分布規(guī)律，故單次測量的標準不確定度（單次測量標準偏差）為：§1-11、清晰度法由清晰度法產(chǎn)生的人眼22§1-12、消視差法消視差法是以眼睛在垂軸平面上左右擺動也看不出目標和標志有相對橫向橫移為準。由于無相對橫向位移時目標不一定與標志同樣清晰，所以消視差法不受焦深的影響。采用本方法時，先使目標與標志橫向?qū)?，再擺動眼睛，如果看到二者始終對準，則認為調(diào)焦完成。消視差后目標與標志的軸向距離即為此方法的調(diào)焦誤差。由于本方法把縱向調(diào)焦變成橫向?qū)?，從而可以通過選擇誤差小的對準方式來提高調(diào)焦準確度?！?-12、消視差法消視差法是以眼睛在垂23§1-12、消視差法設(shè)眼睛的擺動距離為，所選對準方式的對準誤差為，定焦時目標和標志到眼睛的軸向距離分別為和，此時人眼直接觀察的調(diào)焦擴展不確定度（調(diào)焦極限誤差）根據(jù)（1-1）式可得：單次測量的標準不確定度（單次測量標準偏差）為：§1-12、消視差法設(shè)眼睛的擺動距離為24一、人眼對準誤差和調(diào)焦誤差計算公式幾何焦深造成清晰度法物理焦深造成：消視差法人眼的調(diào)焦誤差表1-1所示一、人眼對準誤差和調(diào)焦誤差計算公式25§1二、望遠鏡和顯微鏡的對準誤差和調(diào)焦誤差人眼通過望遠鏡和顯微鏡去對準和調(diào)焦是為了提高對準與調(diào)焦精度。（一）對準誤差1、望遠鏡的對準誤差設(shè)人眼直接對準的對準誤差為，望遠鏡的放大率為，通過望遠鏡觀察時物方的對準誤差為,則γδ§1二、望遠鏡和顯微鏡的對準誤差和調(diào)焦誤差人眼通過26§1（一）對準誤差1、望遠鏡的對準誤差例：V棱鏡折光儀的望遠鏡放大率，入瞳直徑，對準方式是夾線對準，極限對準誤差，則望遠鏡的極限對準誤差為：γδ§1（一）對準誤差1、望遠鏡的對準誤差γδ27§1（一）對準誤差2、顯微鏡的對準誤差設(shè)顯微鏡的總放大率為，其中物鏡的垂軸放大率為，通過顯微鏡觀察時物方的對準擴展不確定度設(shè)為，則有：因為所以：⊿yδ§1（一）對準誤差2、顯微鏡的對準誤差設(shè)顯微鏡的總放大率28§1（一）對準2、顯微鏡的對準誤差例1：V棱鏡折光儀的顯微鏡放大率，顯微鏡的數(shù)值孔徑，對準方式是夾線對準，顯微鏡物方的對準擴展不確定度：§1（一）對準2、顯微鏡的對準誤差例1：V棱鏡折光儀29§1（一）對準誤2、顯微鏡的對準誤差例2：經(jīng)緯儀的讀盤刻劃圓直徑，用游標對準方式讀數(shù)，即，要求由對準誤差帶入經(jīng)緯儀測角誤差的部分不大于，求讀數(shù)顯微鏡的放大率的下限值。設(shè)顯微鏡物方的對準誤差為，在這里是度盤刻劃圓上的一個線量誤差，則對應(yīng)的測角誤差為：根據(jù)式（1-8）可消去，即得計算放大率的公式：§1（一）對準誤2、顯微鏡的對準誤差例2：經(jīng)緯儀的讀盤刻30§1

（一）對準誤差3、對準誤差與分辨率的關(guān)系由式（1-7）和（1-8）可以看出，對準誤差與放大率成反比，是否可以認為，只要單純增大，對準誤差必然減小呢？實踐證明，對準誤差的減小還受到光學儀器分辨率的限制，因為即使光學儀器的像質(zhì)優(yōu)良，對準和分辨也都存在著目標經(jīng)物鏡成像的清晰度受衍射影響這一因素，所以兩者有一定的聯(lián)系。實驗結(jié)果得出：像質(zhì)優(yōu)良的望遠鏡和顯微鏡的單次對準不確定度最小只能達到它的理論分辨率的，即：而：§1（一）對準誤差3、對準誤差與分辨率的關(guān)系31§1

（一）對準誤差3、對準與分辨率的關(guān)系式中D--望遠鏡的入瞳直徑，NA--顯微物鏡的數(shù)值孔徑；當取時，用式（1-9）去檢查前面舉出的V棱鏡折光儀的兩個例子。望遠鏡入瞳直徑，則理論分辨率，前面已經(jīng)算出，說明實際可以達到的對準精度?！?（一）對準誤差3、對準與分辨率的關(guān)系32§1

（一）對準誤差3、對準與分辨率的關(guān)系顯微鏡的數(shù)值孔徑，前面已經(jīng)算出，而(對擴展不確定度建議用1/6，標準不確定度才用1/10）。故顯微鏡的擴展不確定度最好也只能達到0.33，對應(yīng)標準不確定度為§1（一）對準誤差3、對準與分辨率的關(guān)系顯微鏡的數(shù)值孔徑33§1

（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：將人眼的兩部分調(diào)焦誤差，如式（1-1）和（1-2）所示的，分別換算到望遠鏡物方，即可求出望遠鏡用清晰度法調(diào)焦的誤差。設(shè)在望遠鏡像方的調(diào)焦誤差為（屈光度）時，對應(yīng)物方為（屈光度）。應(yīng)用牛頓公式不難求出：§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差34§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：由此可得，在望遠鏡物方當眼瞳直徑大于望遠鏡的出瞳直徑時，以實際有效的像方通光口徑代替公式中的，上式變?yōu)椋喝簦瑒t為實際有效的入瞳直徑，即應(yīng)以代替式中的，為望遠鏡的入瞳直徑?！?（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度35§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：望遠鏡的調(diào)焦擴展不確定度為：標準不確定度為：§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度36§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差法：人眼通過望遠鏡調(diào)焦時，眼睛在出瞳面上擺動最大距離將受到出瞳直徑的限制。因為在視網(wǎng)膜上像的位置由進入眼睛的成像光束的中心線與視網(wǎng)膜的交點決定，因此眼瞳的有效距離不等于眼瞳的實際移動距離t，而等于出瞳中心到進入眼瞳的光束中心的距離b，btb§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差37§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差法：如圖所示，圖中陰影線部分表示進入眼瞳的光束截面積。不難看出，b越大進入眼睛的光束越細，像越暗，眼睛的對準準確度將降低。一般規(guī)定，當左右時（這時視場亮度為），計算調(diào)焦誤差的眼睛最大移動距離是眼瞳中心移至出瞳邊緣處，這時：btb§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差38§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差法：在實驗室條件下，視場亮度有時達不到要求的水平，將增大。但當時（視場亮度大于），只要保持靜如眼瞳的光束截面積基本不變（與時，圖1-3（b）中的畫斜線的面積基本相同），對準準確度不會有明顯下降，因此上式中的可以看作定值1/2mm，公式變?yōu)椋骸?（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差39§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差法：將式（1-5）的換算到望遠鏡物方得：將式（1-12）代入上式，得調(diào)焦擴展不確定度為：單次測量標準不確定度為：式中由表1-1查出，但單位改為“rad”§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差40§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差例：校正平行光管的分劃板位置，要求分劃板位于平行光管物鏡的焦面上，設(shè)平行光管口徑，物鏡焦距。用一個望遠鏡對向平行光管，觀察它的分劃板像，當看到這個像與望遠鏡的分劃板刻線同樣清晰和消視差時，則認為平行光管已經(jīng)校正好，設(shè)望遠鏡入瞳直徑，物鏡焦距，放大率，問調(diào)焦誤差有多少？§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差例：校正平行41§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差1.用清晰度法：觀察時實際通光口徑，取代入式（1-10）得：2.用消視差法：設(shè)對準方式是壓線對準，取眼瞳直徑，出瞳直徑為：代入式（1-13）得§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差1.用清晰度42§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：將人眼的調(diào)焦誤差換算到顯微鏡物方的簡單的方法是把顯微鏡看作為放大率較大的放大鏡，其等效焦距為：式中為顯微鏡總放大率顯微鏡物空間的折射率為n時，設(shè)人眼調(diào)焦不確定度為，則顯微鏡物方對應(yīng)的調(diào)焦不確定度由式（1-1)和牛頓公式可知，為：§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）43§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：若大于出瞳直徑，上式變?yōu)椋猴@微鏡的出瞳直徑與數(shù)值孔徑及總放大率的關(guān)系見圖1-4，得：代入式（1-15）得：y-y′uu′§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）44§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：由物理焦深產(chǎn)生的調(diào)焦不確定度，可以通過較簡單的方法求得。如果，則當目標像和標志像發(fā)出的光束在顯微鏡出瞳范圍內(nèi)所截波面之間的波差小于時，人眼看到二者同樣清晰。假定顯微鏡像質(zhì)良好，在目標到標志的深度范圍內(nèi)波像差的變化很小，那么，在顯微鏡物方，目標和標志對入瞳的波差也應(yīng)是小于

?！?（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）45§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：設(shè)波像差達時，目標到入瞳的距離為，標志到入瞳的距離為，入瞳直徑為，則二者之間在入瞳處的波差，當時，可近似得：假設(shè)物空間介質(zhì)的折射率為n，物方最大孔徑角為U，而且差值是一個很小的數(shù)，則有：§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）46§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：則由物理焦深造成的調(diào)焦誤差為：總的調(diào)焦擴展不確定度為：單次測量的標準不確定度為：§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）47§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差法：求調(diào)焦誤差的方法與求式（1-17）的方法相似。將式（1-5）換算到顯微鏡的物方得：將式（1-12）代入上式中，得到調(diào)焦擴展不確定度：再應(yīng)用式（1-16），最后得到消視差法的調(diào)焦擴展不確定度為：§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（2）48§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差法：則單次測量標準不確定度為：例用一顯微鏡確定某分劃板的位置，顯微物鏡，目鏡，求顯微鏡對分劃板刻線面的調(diào)焦擴展不確定度。（1）清晰度法：取，已知代入式（1-19）得：§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（2）49§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差假如，則實際的數(shù)值孔徑，這時。（2）消視差法：設(shè)被調(diào)焦的分劃板刻有直線（線寬0.01mm），顯微鏡的分劃板上刻有叉線，故有，顯微鏡的出瞳直徑設(shè)眼瞳直徑，將上面各值代入式（1-22）得：

§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差50§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差根據(jù)公式（1-10）、（1-13）、（1-22），分析兩種方法的調(diào)焦誤差，可以得到如下結(jié)論：由于消視差法可通過選擇有利的對準方式是對準誤差大大減小，因此，系統(tǒng)出瞳直徑時，用消視差法準確度高；，用清晰度法準確度高。時，兩種方法準確度相差不多。這個結(jié)論與實踐結(jié)果基本吻合。實際進行目視法調(diào)焦時，往往兩種方法同時采用。這就是調(diào)至目標與標志同樣清晰，再左右擺動眼睛觀察二者之間有無視差，最后以“清晰無視差”定焦?！?（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差根據(jù)公51望遠鏡的對準誤差與調(diào)焦誤差公式望遠鏡的對準誤差：清晰度法：消視差法：望遠鏡的調(diào)焦誤差望遠鏡的對準誤差與調(diào)焦誤差公式望遠鏡的對準誤差：望遠鏡的調(diào)焦52顯微鏡的對準誤差與調(diào)焦誤差公式顯微鏡的對準誤差：清晰度法：消視差法：顯微鏡的調(diào)焦誤差顯微鏡的對準誤差與調(diào)焦誤差公式顯微鏡的對準誤差：顯微鏡的調(diào)焦53§1-1三、光電對準（一）光電對準光電探測不僅可以代替眼睛進行對準、定焦和讀數(shù)，更重要的是可以大大提高對準、定焦準確度，實現(xiàn)測量的自動化，提高工作效率，是實現(xiàn)計算機實時控制和處理的前提。因為只有通過光電探測高精度地提取信號并輸入計算機中，計算機才能有效地進行實時控制和處理。目前，光電對準裝置可分為光電顯微鏡和光電望遠鏡兩大類，主要用于對準線條。兩類儀器對準標準不確定度分別達到0.010μm～0.020μm、0.05″～0.1″的水平。光電對準按工作原理分為光度式和相位式兩種。光度式對準是根據(jù)刻線像相對于儀器的狹縫位置不同，通過狹縫到達光電接收器的光通量不同產(chǎn)生的光電流也不同這個原理，以輸出光電流（或電壓）最小時為對準的，這時刻線像中心與狹縫像中心重合。為提高準確度可在刻線想面上放置兩個狹縫，用兩個光電管分別接收通過每個狹縫的光通量，以輸出兩光電流相等時為對準，這稱為差動光度式。在光度式的基礎(chǔ)上加入一調(diào)制器即成為相位式?！?-1三、光電對準（一）光電對準54（一）光電對準調(diào)制器有兩種，一種是在成像光路中加入一個以一定頻率振動的反光鏡，使刻線像在狹縫處做同頻率振動；另一種是刻線像不動，狹縫以一定頻率在像平面內(nèi)振動。相位式光電對準具有對光電接收器的穩(wěn)定性（在直流下工作難以確保零點讀數(shù)的穩(wěn)定性）和刻線質(zhì)量要求低，而對準準確度高等優(yōu)點。相位式光電自準直望遠鏡的工作原理如圖（略）1-5所示。國內(nèi)研制的一種較先進的應(yīng)用微機進行細分測量和數(shù)據(jù)處理的光柵式數(shù)字光電自準直儀，其重復性達到0.01″，測量不確定度為0.3″。（一）光電對準調(diào)制器有兩種，一種是在成像光路中加入一個以一定55（二）光電定焦定焦實質(zhì)上是確定物鏡的最佳像面的位置。目視法定焦是把最高對比度的像面最為最佳像面，因為在此像面上眼睛有最清晰地感覺。事實上，確定最佳像面的標準有多種，如最高分辨率像面、最小波像差像面、最小彌散圓像面、最大調(diào)制傳遞函數(shù)像面、點像光斑中心照度最大值像面等。對于一個有剩余像差和加工誤差的實際透鏡來說，通常這些像面并不重合。實驗確定最佳像面時，像面位置還與照明光源的光譜成分和接收器的光譜靈敏度有關(guān)。用光電定焦時，比較簡單的判定最佳像面的標準是像斑中心照度達到最大值。測量此像面時所用光源及光電接收器組合的光譜靈敏度曲線，應(yīng)與被測物鏡實際使用時的光源和接收器的光譜靈敏度曲線一致。光電定焦的方法有多種，如扇形光柵法、小孔光闌法、刀口檢驗法、MTF法等。（二）光電定焦定焦實質(zhì)上是確定物鏡的最佳像面的位置。目視法定56（二）光電定焦扇形光柵法定焦法：扇形光柵法已廣泛用于測量照相物鏡的工作距離（從最佳像面到物鏡框端的距離）。同時還能測量和研究其它光學特性，如測量彌散斑直徑、OTF、焦距等。該方法的光學系統(tǒng)示意圖如圖所示。光源1經(jīng)聚光鏡2聚焦在小孔光闌3上，小孔光闌3位于被測物鏡4的焦點處，小孔3經(jīng)被測物鏡和平行光管物鏡5成像在后者的焦面上，此處準確安置可旋轉(zhuǎn)扇形光柵盤6，通過光柵的光通量經(jīng)輔助透鏡7投射在光電管8上，產(chǎn)生的光電流經(jīng)放大器9放大使檢流計10的指針偏轉(zhuǎn)。（二）光電定焦扇形光柵法定焦法：扇形光柵法已廣泛用于測量照相57（二）光電定焦設(shè)小孔3的直徑為，在已知被測物鏡焦距和平行光管物鏡焦距時，小孔像的直徑由下式求出：小孔像應(yīng)位于扇形光柵的這樣一個圓周上，在此處扇形條的寬度正好等于小孔像的直徑。設(shè)每一個扇形的張角為，則由圖（a）可得：垂軸移動光柵盤使小孔像位于上式確定的半徑為R的圓周上。(a)（二）光電定焦設(shè)小孔3的直徑為，在已知被測物鏡焦距和58（二）光電定焦如果小孔準確成像在光柵盤上，那么光電管給出的電信號變化曲線如圖（b）中的實線部分所示，即調(diào)制信號有最大的幅值。若成像不在光柵盤上，其輪廓尺寸必大于（圖a中虛線部分所示），相應(yīng)調(diào)制信號曲線如圖b中虛線部分所示。軸向移動被測物鏡至調(diào)制信號幅值最大（檢流計指針偏轉(zhuǎn)最大）為止。最佳像面是由調(diào)制信號最大時小孔光闌所在的位置決定的。0(a)(b)（二）光電定焦如果小孔準確成像在光柵盤上，那么光電管給出的電59（二）光電定焦調(diào)制信號的振幅與離焦量的關(guān)系曲線如圖c所示。在最佳像面附近，振幅變化緩慢，定焦不靈敏。為了提高靈敏度和測量準確度，最好在曲線斜率最大的兩個不清晰平面上進行測量。由于像質(zhì)優(yōu)良時，曲線在極值點兩邊的對稱性很好，故上述的兩個不清晰平面的中點即為最佳像面位置。0（二）光電定焦調(diào)制信號的振幅與離焦量的關(guān)系曲線如圖c60第一章基本測量技術(shù)作業(yè)1、人眼用壓線方式對準，通過望遠鏡（其放大率），對準的極限誤差為幾秒？若通過顯微鏡（其放大率），對準的極限誤差為多少微米？2、V棱鏡折光儀度盤的刻度圈直徑為φ135mm，要求讀數(shù)顯微鏡帶給測得角度值的誤差不大于0.3″。求讀數(shù)顯微鏡物鏡的的垂軸放大率及數(shù)值孔徑。（目鏡的放大率為，用叉線方式對準）。3、采用望遠鏡瞄準，并用雙平行線對準形式（），為使對準誤差小于1.2，應(yīng)如何選擇儀器參數(shù)？第一章基本測量技術(shù)作業(yè)61第一章基本測量技術(shù)4、在焦距儀上測一透鏡的后頂焦距，顯微鏡第一次調(diào)焦在透鏡的焦面上，第二次調(diào)焦在透鏡的后表面上，二次調(diào)焦顯微鏡移動距離等于后頂焦距。如果人眼分辨極限，顯微鏡總放大率。試求由顯微鏡調(diào)焦的極限誤差帶給后頂焦距測量的極限誤差為多少？第一章基本測量技術(shù)4、在焦距儀上測一透鏡的后頂焦距，顯微62緒論一、光學測量與測試技術(shù)的作用：利用光學原理進行精密測量，一直是計量測試技術(shù)領(lǐng)域中的主要方法。由于光學測量方法具有非接觸、高靈敏度和高精度等優(yōu)點，在近代科學研究、工業(yè)生產(chǎn)、空間技術(shù)、國防技術(shù)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，成為一種無法取代的測量技術(shù)。隨著微光學和集成光學的發(fā)展，光學測量系統(tǒng)向微型化、集成化方向發(fā)展，促使光學測量技術(shù)成為近代科學技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的眼睛，是保證科學技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要高新技術(shù)之一。緒論一、光學測量與測試技術(shù)的作用：63緒論二、技術(shù)現(xiàn)狀利用自然界存在的光線進行計量與測試最早開始于天文與地理測量中。望遠鏡和顯微鏡的出現(xiàn)，光學與精密機械的結(jié)合，是許多傳統(tǒng)的光學計量與測試儀器廣泛應(yīng)用于各級計量即工業(yè)測量部門。激光器的出現(xiàn)和信息光學的形成，特別是激光技術(shù)與微電子技術(shù)。計算機技術(shù)的結(jié)合，出現(xiàn)了光機電一體化的光學測量技術(shù)。在光機電金字塔中，塔頂是光，光學是這個基礎(chǔ)體系中的原理基礎(chǔ)。緒論二、技術(shù)現(xiàn)狀64緒論近代光學測量系統(tǒng)的主要特點：1、從主觀光學發(fā)展稱為客觀光學，即用光電探測器取代人眼這個主觀探測器，提高了測量精度和效率。2、用激光光源取代常規(guī)光源，獲得方向性極好的實際光線用于各種光學測量上。3.從光機結(jié)合模式向光機電一體化的模式轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)測量與控制的一體化。緒論近代光學測量系統(tǒng)的主要特點：65緒論三、技術(shù)發(fā)展方向1、亞微米級、納米級的高精度光學測量方法首先得到優(yōu)先發(fā)展，利用新的物理學原理和光電子原理產(chǎn)生的光學測量方法將不斷出現(xiàn)。2、一微細加工技術(shù)為基礎(chǔ)的高精度、小尺寸、低成本的集成光學和其它微傳感器將成為技術(shù)主流方向，小型、微型非接觸式光學傳感器以及微光學這類微結(jié)構(gòu)光學測量系統(tǒng)將暫露頭角。3、快速、高效的3D測量技術(shù)將取得突破，發(fā)展帶存儲功能的全場動態(tài)測量儀器。緒論三、技術(shù)發(fā)展方向66緒論4、發(fā)展閉環(huán)式光學測試技術(shù)，實現(xiàn)光學測量與控制的一體化。5、發(fā)展光學診斷和光學無損檢測技術(shù)，一替代常規(guī)的無損檢測方法與手段。緒論4、發(fā)展閉環(huán)式光學測試技術(shù)，實現(xiàn)光學測量與控67緒論四、光學測量與測試技術(shù)的基本概念計量學是指研究、保證測量統(tǒng)一和準確的科學；計量泛指對物理量的標定、傳遞與控制。計量學研究的主要內(nèi)容：計量單位及其基準、標準的建立、保存與使用，測量方法和計量器具，測量不確定度，觀察者進行測量的能力以及計量法制與管理等。計量學也包括研究物理常數(shù)和物質(zhì)標準，材料特性的準確測定。緒論四、光學測量與測試技術(shù)的基本概念68緒論測量是指將被測值和一個作為測量單位的標準量進行比較，求其比值的過程。從計量學的定義和內(nèi)容可以看出，計量的主要表現(xiàn)方式是測量。測量的目的是要得到一個具體的測量數(shù)值，這個數(shù)值還應(yīng)包括測量的不確定度。一個完整的測量過程包括四個測量要素：測量對象和被測量，測量單位和標準量，測量方法，測量的不確定度。檢驗是指判斷測量是否合格的過程，通常不一定要求具體數(shù)值。緒論測量是指將被測值和一個作為測量單位的標準量進69緒論測試是指具有試驗研究性質(zhì)的測量，一般是測量、試驗和檢驗的總稱。測試是人們認識客觀事物的方法。測試過程是從多個事物中攝取有關(guān)信息的認識過程。在測試過程中，需要借助專門的設(shè)備，通過合適的實驗和必要的數(shù)據(jù)處理，求得所研究對象的有關(guān)信息量值。靈敏度是指測量系統(tǒng)輸出變化量Δy與引起該該變化量的輸入變化量Δx之比。測量系統(tǒng)輸出曲線的斜率就是其靈敏度，對于線性系統(tǒng)，靈敏度是一個常數(shù)。緒論測試是指具有試驗研究性質(zhì)的測量，一般是測量、70緒論分辨率是指測量系統(tǒng)能檢測到的最小輸入增量。誤差是指測得值與被測量的真值之間的差值。誤差可分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差與粗大誤差。精度反映測量結(jié)果與真值接近程度的量。在現(xiàn)代計量測試中，精度的概念逐步被測量的不確定度代替。測量不確定度是表征合理賦予被測量的量值的分散型參數(shù)。主要包括不確定度的A類評定-----用對重復的統(tǒng)計分析進行不確定度的評定方法；B類評定-----用不同于統(tǒng)計分的其它方法進行不確定度評定方法。緒論分辨率是指測量系統(tǒng)能檢測到的最小輸入增量。71第一章

基本光學測量技術(shù)第一節(jié)光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)第一章

基本光學測量技術(shù)第一節(jié)72§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)基本概念：（一）對準（橫向?qū)剩?-----一個目標與比較標志在垂直瞄準軸方向的重合和置中。注意：1、目標、標志是廣義的，在物空間比較時，是真正的目標；在像方比較時，則是目標的像。2、眼睛的瞄準軸是黃斑中心與眼睛后節(jié)點的連線；光學儀器的瞄準軸是指光學儀器的某個對準用標志與物鏡后節(jié)點的連線?！?-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)基本概念：73§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)（二）調(diào)焦（縱向?qū)剩?--一個目標像與比較標志在瞄準軸方向的重合。調(diào)焦的目的：主要是使物體（目標）成像清晰，其次是為了確定物面或它的共軛像面的位置。確定物體的共軛像面的位置又稱為定焦。（三）對準誤差---目標與標志在垂軸方向殘留的偏離量。（四）調(diào)焦誤差---定焦后目標像與標志沿軸向殘留的偏離量?！?-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)（二）調(diào)焦（縱向?qū)剩?74§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)一、人眼的對準誤差和調(diào)焦誤差眼睛的對準誤差以偏離量對眼睛中心的夾角表示。眼睛的調(diào)焦誤差以目標與標志到眼瞳距離的倒數(shù)之差表示。眼睛通過光學系統(tǒng)去對準或調(diào)焦的目的是利用儀器的有效放大率和有利的比較標志（如叉線或雙線）以提高對準和調(diào)焦的準確度。人眼通過儀器觀察目標時的對準和調(diào)焦誤差應(yīng)以觀察儀器的物方對應(yīng)值表示,如圖所示：§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)一、人眼的對準誤差和調(diào)焦誤75§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)有限距離物體的對準：無限遠物體的對準：⊿yγ§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)有限距離物體的對準：⊿yγ76§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)對有限距離物體的調(diào)焦：對無限遠物體的調(diào)焦：⊿x§1-1光學測量中的對準與調(diào)焦技術(shù)對有限距離物體的調(diào)焦：⊿x77§1-1一、人眼對準誤差和調(diào)焦誤差在實際的應(yīng)用中，人眼是通過觀察儀器（望遠鏡和顯微鏡）來對準和調(diào)焦的，人眼在儀器的像方，儀器的對準誤差和調(diào)焦誤差相當于人眼直接觀察目標時的誤差。（一）人眼的對準誤差常見的對準方式和人眼的對準誤差見表1-1；（略）§1-1一、人眼對準誤差和調(diào)焦誤差在實際的應(yīng)用中，人78§1-1一、人眼對準誤差和調(diào)焦誤差（二）人眼的調(diào)焦誤差要使目標位于標志所在的垂直瞄準軸的平面上，即二者位于同一深度上，常見的最簡便的人眼調(diào)焦方式是清晰度法和消視差法：1、清晰度法---是以目標與比較標志同樣清晰為準。用清晰度法定焦后，目標與標志的軸向距離即為此方法的調(diào)焦誤差。調(diào)焦誤差是由于存在幾何焦深和物理焦深所造成；§1-1一、人眼對準誤差和調(diào)焦誤差（二）人眼的調(diào)焦誤79§1-11、清晰度法（1）幾何焦深：假定標志真正成像在眼睛的視網(wǎng)膜上，這時標志上的一點在網(wǎng)膜（像面上）的像是一個幾何點；調(diào)焦時目標不一定與標志位于同一平面上，但是只要目標上一點在網(wǎng)膜上所成的彌散圓直徑小于眼睛的分辨極限，人眼仍然把這個彌散圓當成一個點，即認為目標與標志同樣清晰。當彌散圓直徑等于人眼分辨極限時，目標至標志距離（即為調(diào)焦極限誤差）的兩倍稱為幾何焦深（因為目標在標志前后等距是的效果相同).§1-11、清晰度法（1）幾何焦深：假定標80§1-11、清晰度法由此可見，幾何焦深與人眼的極限分辨角直接相關(guān)。通常取，當人眼觀察遠距離處的物體時，會很大，這時調(diào)焦擴展不確定度（調(diào)焦誤差）不用表示，而應(yīng)以目標和標志到眼瞳距離的倒數(shù)之差值表示。設(shè)目標距離為，標志距離為，則為幾何焦深的一半，眼瞳直徑為，人眼極限分辨角為，由于幾何焦深造成的人眼調(diào)焦擴展不確定度（極限誤差）為：1屈光度=1/mmrad目標至標志距離§1-11、清晰度法由此可見，幾何焦深與81§1-11、清晰度法（2）物理焦深：根據(jù)衍射理論，由于眼瞳大小有限，即使是理想成像，一物點在視網(wǎng)膜上的像不是一個而是一個彌散斑（艾里斑），當物點沿軸向移動后，在眼瞳面上產(chǎn)生的波差小于某一個值（例如，為大于1的整數(shù)）時，人眼仍然分辨不出這時衍射像與艾里斑有什么區(qū)別，即如果目標與標志相距小于時眼睛仍認為二者的像同樣清楚。距離稱為物理焦深?！?-11、清晰度法（2）物理焦深：根據(jù)82§1-11、清晰度法由于物理焦深造成的人眼調(diào)焦擴展不確定度（調(diào)焦極限誤差）可由下式求得：的取值，按瑞利準則，波差應(yīng)小于，即取還有一些學者認為應(yīng)取波差為和，一般取即較為合適，其中?！?-11、清晰度法由于物理焦深造成的人眼83§1-11、清晰度法由清晰度法產(chǎn)生的人眼調(diào)焦擴展不確定度為幾何焦深和物理焦深造成的調(diào)焦擴展不確定度的方和根，即由于上式中兩項誤差皆屬于隨機誤差，并且它們都服從均勻分布規(guī)律，故單次測量的標準不確定度（單次測量標準偏差）為：§1-11、清晰度法由清晰度法產(chǎn)生的人眼84§1-12、消視差法消視差法是以眼睛在垂軸平面上左右擺動也看不出目標和標志有相對橫向橫移為準。由于無相對橫向位移時目標不一定與標志同樣清晰，所以消視差法不受焦深的影響。采用本方法時，先使目標與標志橫向?qū)?，再擺動眼睛，如果看到二者始終對準，則認為調(diào)焦完成。消視差后目標與標志的軸向距離即為此方法的調(diào)焦誤差。由于本方法把縱向調(diào)焦變成橫向?qū)?，從而可以通過選擇誤差小的對準方式來提高調(diào)焦準確度?！?-12、消視差法消視差法是以眼睛在垂85§1-12、消視差法設(shè)眼睛的擺動距離為，所選對準方式的對準誤差為，定焦時目標和標志到眼睛的軸向距離分別為和，此時人眼直接觀察的調(diào)焦擴展不確定度（調(diào)焦極限誤差）根據(jù)（1-1）式可得：單次測量的標準不確定度（單次測量標準偏差）為：§1-12、消視差法設(shè)眼睛的擺動距離為86一、人眼對準誤差和調(diào)焦誤差計算公式幾何焦深造成清晰度法物理焦深造成：消視差法人眼的調(diào)焦誤差表1-1所示一、人眼對準誤差和調(diào)焦誤差計算公式87§1二、望遠鏡和顯微鏡的對準誤差和調(diào)焦誤差人眼通過望遠鏡和顯微鏡去對準和調(diào)焦是為了提高對準與調(diào)焦精度。（一）對準誤差1、望遠鏡的對準誤差設(shè)人眼直接對準的對準誤差為，望遠鏡的放大率為，通過望遠鏡觀察時物方的對準誤差為,則γδ§1二、望遠鏡和顯微鏡的對準誤差和調(diào)焦誤差人眼通過88§1（一）對準誤差1、望遠鏡的對準誤差例：V棱鏡折光儀的望遠鏡放大率，入瞳直徑，對準方式是夾線對準，極限對準誤差，則望遠鏡的極限對準誤差為：γδ§1（一）對準誤差1、望遠鏡的對準誤差γδ89§1（一）對準誤差2、顯微鏡的對準誤差設(shè)顯微鏡的總放大率為，其中物鏡的垂軸放大率為，通過顯微鏡觀察時物方的對準擴展不確定度設(shè)為，則有：因為所以：⊿yδ§1（一）對準誤差2、顯微鏡的對準誤差設(shè)顯微鏡的總放大率90§1（一）對準2、顯微鏡的對準誤差例1：V棱鏡折光儀的顯微鏡放大率，顯微鏡的數(shù)值孔徑，對準方式是夾線對準，顯微鏡物方的對準擴展不確定度：§1（一）對準2、顯微鏡的對準誤差例1：V棱鏡折光儀91§1（一）對準誤2、顯微鏡的對準誤差例2：經(jīng)緯儀的讀盤刻劃圓直徑，用游標對準方式讀數(shù)，即，要求由對準誤差帶入經(jīng)緯儀測角誤差的部分不大于，求讀數(shù)顯微鏡的放大率的下限值。設(shè)顯微鏡物方的對準誤差為，在這里是度盤刻劃圓上的一個線量誤差，則對應(yīng)的測角誤差為：根據(jù)式（1-8）可消去，即得計算放大率的公式：§1（一）對準誤2、顯微鏡的對準誤差例2：經(jīng)緯儀的讀盤刻92§1

（一）對準誤差3、對準誤差與分辨率的關(guān)系由式（1-7）和（1-8）可以看出，對準誤差與放大率成反比，是否可以認為，只要單純增大，對準誤差必然減小呢？實踐證明，對準誤差的減小還受到光學儀器分辨率的限制，因為即使光學儀器的像質(zhì)優(yōu)良，對準和分辨也都存在著目標經(jīng)物鏡成像的清晰度受衍射影響這一因素，所以兩者有一定的聯(lián)系。實驗結(jié)果得出：像質(zhì)優(yōu)良的望遠鏡和顯微鏡的單次對準不確定度最小只能達到它的理論分辨率的，即：而：§1（一）對準誤差3、對準誤差與分辨率的關(guān)系93§1

（一）對準誤差3、對準與分辨率的關(guān)系式中D--望遠鏡的入瞳直徑，NA--顯微物鏡的數(shù)值孔徑；當取時，用式（1-9）去檢查前面舉出的V棱鏡折光儀的兩個例子。望遠鏡入瞳直徑，則理論分辨率，前面已經(jīng)算出，說明實際可以達到的對準精度?！?（一）對準誤差3、對準與分辨率的關(guān)系94§1

（一）對準誤差3、對準與分辨率的關(guān)系顯微鏡的數(shù)值孔徑，前面已經(jīng)算出，而(對擴展不確定度建議用1/6，標準不確定度才用1/10）。故顯微鏡的擴展不確定度最好也只能達到0.33，對應(yīng)標準不確定度為§1（一）對準誤差3、對準與分辨率的關(guān)系顯微鏡的數(shù)值孔徑95§1

（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：將人眼的兩部分調(diào)焦誤差，如式（1-1）和（1-2）所示的，分別換算到望遠鏡物方，即可求出望遠鏡用清晰度法調(diào)焦的誤差。設(shè)在望遠鏡像方的調(diào)焦誤差為（屈光度）時，對應(yīng)物方為（屈光度）。應(yīng)用牛頓公式不難求出：§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差96§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：由此可得，在望遠鏡物方當眼瞳直徑大于望遠鏡的出瞳直徑時，以實際有效的像方通光口徑代替公式中的，上式變?yōu)椋喝?，則為實際有效的入瞳直徑，即應(yīng)以代替式中的，為望遠鏡的入瞳直徑?！?（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度97§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：望遠鏡的調(diào)焦擴展不確定度為：標準不確定度為：§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度98§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差法：人眼通過望遠鏡調(diào)焦時，眼睛在出瞳面上擺動最大距離將受到出瞳直徑的限制。因為在視網(wǎng)膜上像的位置由進入眼睛的成像光束的中心線與視網(wǎng)膜的交點決定，因此眼瞳的有效距離不等于眼瞳的實際移動距離t，而等于出瞳中心到進入眼瞳的光束中心的距離b，btb§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差99§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差法：如圖所示，圖中陰影線部分表示進入眼瞳的光束截面積。不難看出，b越大進入眼睛的光束越細，像越暗，眼睛的對準準確度將降低。一般規(guī)定，當左右時（這時視場亮度為），計算調(diào)焦誤差的眼睛最大移動距離是眼瞳中心移至出瞳邊緣處，這時：btb§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差100§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差法：在實驗室條件下，視場亮度有時達不到要求的水平，將增大。但當時（視場亮度大于），只要保持靜如眼瞳的光束截面積基本不變（與時，圖1-3（b）中的畫斜線的面積基本相同），對準準確度不會有明顯下降，因此上式中的可以看作定值1/2mm，公式變?yōu)椋骸?（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差101§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差法：將式（1-5）的換算到望遠鏡物方得：將式（1-12）代入上式，得調(diào)焦擴展不確定度為：單次測量標準不確定度為：式中由表1-1查出，但單位改為“rad”§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差102§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差例：校正平行光管的分劃板位置，要求分劃板位于平行光管物鏡的焦面上，設(shè)平行光管口徑，物鏡焦距。用一個望遠鏡對向平行光管，觀察它的分劃板像，當看到這個像與望遠鏡的分劃板刻線同樣清晰和消視差時，則認為平行光管已經(jīng)校正好，設(shè)望遠鏡入瞳直徑，物鏡焦距，放大率，問調(diào)焦誤差有多少？§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差例：校正平行103§1

（二）調(diào)焦誤差

1、望遠鏡的調(diào)焦誤差1.用清晰度法：觀察時實際通光口徑，取代入式（1-10）得：2.用消視差法：設(shè)對準方式是壓線對準，取眼瞳直徑，出瞳直徑為：代入式（1-13）得§1（二）調(diào)焦誤差1、望遠鏡的調(diào)焦誤差1.用清晰度104§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：將人眼的調(diào)焦誤差換算到顯微鏡物方的簡單的方法是把顯微鏡看作為放大率較大的放大鏡，其等效焦距為：式中為顯微鏡總放大率顯微鏡物空間的折射率為n時，設(shè)人眼調(diào)焦不確定度為，則顯微鏡物方對應(yīng)的調(diào)焦不確定度由式（1-1)和牛頓公式可知，為：§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）105§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：若大于出瞳直徑，上式變?yōu)椋猴@微鏡的出瞳直徑與數(shù)值孔徑及總放大率的關(guān)系見圖1-4，得：代入式（1-15）得：y-y′uu′§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）106§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：由物理焦深產(chǎn)生的調(diào)焦不確定度，可以通過較簡單的方法求得。如果，則當目標像和標志像發(fā)出的光束在顯微鏡出瞳范圍內(nèi)所截波面之間的波差小于時，人眼看到二者同樣清晰。假定顯微鏡像質(zhì)良好，在目標到標志的深度范圍內(nèi)波像差的變化很小，那么，在顯微鏡物方，目標和標志對入瞳的波差也應(yīng)是小于

?！?（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）107§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：設(shè)波像差達時，目標到入瞳的距離為，標志到入瞳的距離為，入瞳直徑為，則二者之間在入瞳處的波差，當時，可近似得：假設(shè)物空間介質(zhì)的折射率為n，物方最大孔徑角為U，而且差值是一個很小的數(shù)，則有：§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）108§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）清晰度法：則由物理焦深造成的調(diào)焦誤差為：總的調(diào)焦擴展不確定度為：單次測量的標準不確定度為：§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（1）109§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差法：求調(diào)焦誤差的方法與求式（1-17）的方法相似。將式（1-5）換算到顯微鏡的物方得：將式（1-12）代入上式中，得到調(diào)焦擴展不確定度：再應(yīng)用式（1-16），最后得到消視差法的調(diào)焦擴展不確定度為：§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（2）110§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（2）消視差法：則單次測量標準不確定度為：例用一顯微鏡確定某分劃板的位置，顯微物鏡，目鏡，求顯微鏡對分劃板刻線面的調(diào)焦擴展不確定度。（1）清晰度法：取，已知代入式（1-19）得：§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差（2）111§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差假如，則實際的數(shù)值孔徑，這時。（2）消視差法：設(shè)被調(diào)焦的分劃板刻有直線（線寬0.01mm），顯微鏡的分劃板上刻有叉線，故有，顯微鏡的出瞳直徑設(shè)眼瞳直徑，將上面各值代入式（1-22）得：

§1（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差112§1

（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差根據(jù)公式（1-10）、（1-13）、（1-22），分析兩種方法的調(diào)焦誤差，可以得到如下結(jié)論：由于消視差法可通過選擇有利的對準方式是對準誤差大大減小，因此，系統(tǒng)出瞳直徑時，用消視差法準確度高；，用清晰度法準確度高。時，兩種方法準確度相差不多。這個結(jié)論與實踐結(jié)果基本吻合。實際進行目視法調(diào)焦時，往往兩種方法同時采用。這就是調(diào)至目標與標志同樣清晰，再左右擺動眼睛觀察二者之間有無視差，最后以“清晰無視差”定焦?！?（二）調(diào)焦誤差2、顯微鏡的調(diào)焦誤差根據(jù)公113望遠鏡的對準誤差與調(diào)焦誤差公式望遠鏡的對準誤差：清晰度法：消視差法：望遠鏡的調(diào)焦誤差望遠鏡的對準誤差與調(diào)焦誤差公式望遠鏡的對準誤差：望遠鏡的調(diào)焦114顯微鏡的對準誤差與調(diào)焦誤差公式顯微鏡的對準誤差：清晰度法：消視差法：顯微鏡的