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光学测量技术)光学测量试验

发布时间:2020-08-06 06:54 作者:扑克王app官网

  (光学测量技术)光学测量试验_物理_自然科学_专业资料。光学测量实验 光学测量实验 实验一 平行光管调校 实验二 V 棱镜折光仪测量折射率和色散 实验三 光学零件曲率半径测量 实验四 放大率法测量焦距和顶焦距 实验五 激光球面干涉仪检测面形偏差 实验

  光学测量实验 光学测量实验 实验一 平行光管调校 实验二 V 棱镜折光仪测量折射率和色散 实验三 光学零件曲率半径测量 实验四 放大率法测量焦距和顶焦距 实验五 激光球面干涉仪检测面形偏差 实验六 望远镜的视度与视差检测 实验七 光学系统分辨率检测 光学测量实验 实验一 平行光管调校 一、 实验目的 (1)了解自准直法、五棱镜法调校平行光管的原理,并 掌握其调校方法; (2)分析两种方法的调校误差,并总结各自的特点。 光学测量实验 二、 实验要求及所用器具 (1)把待校平行光管的分划面校到其物镜的焦面上,并 给出调校精度。 (2)所用器具:装有十字丝分划板的焦距为 550mm 的待校 平行光管、高斯式自准直目镜、可调的标准平面反射镜(其 有效孔径要大于平行光管物镜通光孔径)、五棱镜及载物台、 适当倍率的前置镜。 光学测量实验 三、 实验原理及方法 1. 自准直法 自准直法调校平行光管的原理图如实验图 1.1 所示。 实验图 1.1 自准直法调校平行光管的原理图 光学测量实验 若忽略平行光管的像差和光的波动性影响,当分划面位 于物镜焦面处时,则由平面反射镜自准回来的分划像与分划 均重合于物镜焦面处。若分划面离开物镜焦面一小距离(离 焦量),则由平面反射镜反射回来的自准分划像将位于焦面 另一侧,并且分划像离焦面的距离近似等于离焦量,即分划 像至分划间的距离是离焦量的两倍。故利用自准直法可使调 焦精度提高一倍。 光学测量实验 自准直法调校平行光管的步骤如下: (1)将装有十字分划板的待测平行光管、标准平面反射 镜及高斯式自准直目镜按实验图 1.1 自准光路摆好,并调出 自准分划像。 (2)当用清晰度法调准时,调到使自准分划像与分划同 样清晰时,则认为平行光管已调好。 光学测量实验 (3)如以消视差法调焦,即通过眼瞳在出瞳面处横向摆 动,由分划像相对分划是否存在横向错动(有无视差),来判 定分划面是否位于物镜焦面处。若分划像错动方向与眼瞳摆 动同向,则表明分划像比分划离眼瞳更远些,即分划像位于 焦点之内,而分划面必然位于焦点之外。反之,若分划像错 动方向与眼瞳摆动反向,则分划面位于焦内。然后,按照判 定的分划面调整方向,微调分划板镜框,直至分划像与分划 间消视差为止。反复调校几次,调好后再拧紧分划板的压圈, 此时表明平行光管已调好。 光学测量实验 2. 五棱镜法 理想的五棱镜有如下特点:在五棱镜的入射光轴截面内, 不同方向入射的光线经五棱镜后,其出射光束相对入射光束 折转 90° 。五棱镜法即是利用了这一特点来对平行光管进 行调校的。调校原理如实验图 1.2 所示。 光学测量实验 实验图 1.2 五棱镜法调校平行光管的原理图 光学测量实验 实验图 1.2 五棱镜法调校平行光管的原理图 光学测量实验 将五棱镜 3 放置在平行光管物镜前的载物台上,五棱镜 可沿垂直于平行光管光轴方向平稳地移动。沿五棱镜出射光 束方向放置前置镜 4 (自准直望远镜),用以观察平行光管的 分划像。若分划位于平行光管焦面上,则由平行光管物镜射 出一束平行光。当五棱镜沿垂直于平行光管光轴方向,由位 置( Ⅰ )向位置( Ⅱ )移动时,平行光管分划经前置镜所成的 分划像将不产生任何横向移动,如实验图 1.2 ( a )所示。若 分划面 1 不位于平行光管物镜焦面上,则随着五棱镜由位置 ( Ⅰ )向位置( Ⅱ )移动时,前置镜中形成的分划像将产生左 右方向的横向移动,如实验图 1.2 ( b )、( c )所示。利用这 一现象可将平行光管分划面准确调到焦面位置。 光学测量实验 五棱镜法调校平行光管的步骤如下: (1)将五棱镜放置在可沿垂直物镜光轴方向移动的载物 台上,并使五棱镜的入射面对向平行光管物镜,其出射面对 向前置镜。调整载物台的高低位置,并调前置镜的俯仰手轮 和方位手轮,使分划像呈现于前置镜视场中,将使平行光管 的竖线分划像与前置镜相应分划对准(若两分划均为竖线, 则应利用两者间的横向微小间隙的变化进行对准,以提高调 校精度)。 光学测量实验 (2)转动载物台的手轮,使其上的五棱镜沿垂直于平行 光管物镜光轴的方向,向着前置镜移动。若在前置镜中形成 的平行光管的分划像由右向左移动,表明分划面位于焦前, 如实验图 1.2 ( b )所示;反之,分划面在焦后,如实验图 1. 2 ( c )所示。 (3)松开分划板镜框压圈,按步骤( 2 )确定的分划面移动 方向,沿轴向微调分划板框,直至五棱镜移动时,平行光管 的分划像相对前置镜分划不发生横向移动(或两者间的微小 间隙宽度不再变化),则表明分划面已准确位于平行光管物 镜焦面上了。 (4)调好后,拧紧分划镜框的压圈。 光学测量实验 四、 调校误差分析 1. 自准直法的调校误差 (1)当以清晰度为准进行自准直法调校时,平行光管的 调校极限误差为 式中: α e 为人眼的极限分辨角(单位为角分);K 为系数,一般 取 6 ; λ 为波长,单位为微米;Γ 为平行光管与自准目镜组成 的自准直望远镜的视放大率; D 为平行光管物镜的实际通光 孔径。 光学测量实验 当眼瞳直径 D e 大于自准直望远镜的出瞳直径 D‘ 时, D 取平行光管物镜通光孔径;当D e 小于 D’ 时,应以 ΓD e 替 代式中的 D 。 如考虑标准平面反射镜在口径 D 范围内的面形误差为 N 个光圈,由此引入的调校误差为 则平行光管的调校极限误差为 光学测量实验 (2)当以消视差为准进行自准直调校时,平行光管的调 校极限误差为 式中, δ 为人眼的对准误差(单位为角分)。 同样,如考虑平面反射镜的面形误差,引入的调校误差 ΔSD2 可由调校极限误差参考式(3 )求得。 光学测量实验 2. 五棱镜法的调校误差 五棱镜法的实质是将纵向调校变为对人眼较灵敏的横向 对准,故与消视差为准的调校误差相当,主要是由前置镜的 横向对准误差确定,所不同的是,该法是由五棱镜在平行光 管物镜前沿垂直光轴方向移动,替代了眼瞳在出瞳面内的摆 动。故参看式(4 )可得五棱镜法的调校极限误差为 光学测量实验 式中: Γ 为前置镜的视放大率;δ 为人眼对准误差(单位为角分); D 为平行光管物镜的实际通光孔径; D W 为五棱镜通光口径。 分析式(5 )可知,当 D W ≈0. 5 D ,且选择最好的对准方 式时,可使五棱镜法达最高调校精度。本法最适于较大口径 的平行光管调校。 光学测量实验 实验二 V 棱镜折光仪测量折射率和色散 一、 实验目的 (1)掌握 V 棱镜法测量光学玻璃折射率与色散的原理及 其测量方法。 (2)熟悉 V 棱镜折光仪的结构与操作方法,了解影响测 量精度的诸因素。 光学测量实验 二、 实验要求及所用器具 (1 )用 WYV 型 V 棱镜折光仪分别测光学玻璃对 D 、 C 、 F 、 e 、 g 、 h 谱线的折射率,并求得色散值。 (2)所用器具: WYV 型 V 棱镜折光仪、钠灯、汞灯、氢 灯、待测玻璃试样、折射浸液等。 光学测量实验 三、 实验原理及方法 1. 测量原理 V 棱镜法测量折射率的原理如实验图 2. 1 所示。 V 棱 镜就是一块带有“ V ”形缺口的组合棱镜,它由两块材料性 能完全相同的直角棱镜胶合而成。 V 棱镜的材料 n V 是已 知的。 V形缺口的张角 ∠ AED 为 90° ,两个棱角 ∠ A 、 ∠ D 均为 45° 。 光学测量实验 实验图 2.1 V 棱镜法测折射率原理图 光学测量实验 待测试样应磨出两个互成 90° 的平面,置于 V 形缺口 内,为使两者的表面很好地贴合,其间加入少量的与试样折 射率大致相同的折射浸液。 单色平行光垂直 AB 面射入,经 V 棱镜和试样,最后 从 CD 面射出,若待测试样折射率 n 与 n V 相同,则入射的 单色平行光将不发生任何偏折地从 CD 面射出,此时仪器的 度盘有一零位读数。若 n ≠ n V ,出射光线相对于入射光线 将有偏角 θ 。显然 θ 角的大小、正负与n 有关。测量出 θ 角, 则待测试样在测量条件下对某一波长的折射率为 光学测量实验 当 n n V 时,出射光线向上偏折,取“ + ”号, θ 角由 度盘的 0°~30° 范围读值;当 n n V时,出射光线向下偏折, 取“ - ”号, θ 角由度盘的 360°~330° 范围读值。 光学测量实验 2.V 棱镜折光仪简介 按上述原理制成的专用仪器称为 V 棱镜折光仪,如实 验图 2.2 所示,主要由准直系统1 、对准望远镜 2 和精密测 角系统 3 组成。 准直系统由平行光管及照明装置组成,以给出垂直射向 V 棱镜的单色平行光,其分划线(单线)平行于 V 棱镜缺口底 棱。对准望远镜可绕度盘主轴转动,以便确定透过 V 棱镜 的光束方向。为减少杂光,准直系统的分划选用狭缝方式照 明细丝;为确保系统对各单色光均有良好的像质,准直物镜 和望远物镜均采用复消色差物镜。 光学测量实验 精密测角系统由度盘及其照明系统和读数显微镜组成。 由于对准望远镜在瞄准时带动度盘一道转动,故通过读数显 微镜可读得偏折角 θ 值。其中“度”、“分”由度盘直接读 得,小数部分由测微尺读出,仪器最小格值为 0.05 分。为 扩大仪器的测量范围,仪器附有三块不同折射率的 V 棱镜 供选用。 光学测量实验 实验图 2.2 V 棱镜折光仪光学系统略图 光学测量实验 3. 测量方法 (1)制备试样:两直角面细磨或抛光,直角误差 1 ‘ 。 (2)制备折射浸液,其折射率 n z 与待测试样折射率 n 之 差控制在 0. 01 范围内。 (3)依据被测样品折射率选定 V 棱镜,使 n - n V ≤0. 2 。 (4)校零位读数:将校正零位用的标准玻璃块涂以相应的 折射液后,放入 V 棱镜的 V槽内,并注意排除其间气泡。 用对准望远镜的双线对准平行光管的单线像。此时读数应校 成 0°0.00 。如校后仍有余数,则以该数作为零位读数。 更换 V 棱镜或改变单色光的波长时均需校零位。 光学测量实验 (5)取下标准块,仿上述办法放入试样,重新对准读数 五次。各数经零位修正后,再求平均值,即得被测试样对某 一谱线的偏角 θλ ,依次测得试样对 D 、 C 、 F 、 e 、 g 、 h 谱线的偏折角。按照实验表 2-1 进行记录。 (6)由平均值 θλ 查 θ λ - (n - n V ) λ 或代入式( 6 ),即得 到待测试样对各单色光的折射率, 并求得色散值。 光学测量实验 光学测量实验 四、 测量误差分析 折射率的测量标准偏差为 式中: σn V 为 V 棱镜的折射率 n V 的标准偏差; σ θ 为偏折角 θ 的测量标准偏差。 光学测量实验 式(7 )中的微商可由式( 6 )求得 偏折角 θ 的测量标准偏差包括下述三个因素:对准望远 镜的单次对准标准偏差 σ 1 、度盘刻线 以及 读数显微镜的读数标准偏差 σ 3 。在测角 θ 时,需要两次对 准和两次读数,故角 θ 的测量标准偏差为 光学测量实验 σ n V 通常是用精密测角仪以最小偏向角法测得的,一 般不大于 5×10-6 ,而 σθ 一般可控制在 1.5×10-5 弧度范围 内,对应的 σn 可达到 ( 1~2) ×10-5 ,这满足一般的折射率 测量精度要求。 按我国无色光学玻璃的国家标准规定,每种玻璃应给出 7 种光谱线 种谱线的波长、 符号及产生这些谱线 列出了常用折 射液的折射率及色散值。 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 实验三 光学零件曲率半径测量 一、 实验目的 (1)掌握机械法与自准显微镜法测量球面曲率半径的原 理和方法。 (2)熟悉钢珠式环形球径仪和 3C 型自准球径仪的结构特 征及其测量范围。 (3)了解影响两种方法测量精度的主要因素,并能正确 地给出测量误差。 光学测量实验 二、 实验内容及所用器具 (1)用钢珠式环形球径仪分别测量凸、凹球面的曲率半 径。 (2)用 3C 型自准球径仪分别测量凸、凹球面的曲率半径。 (3)所用器具:钢珠式环形球径仪, 3C 型自准球径仪, 平晶,待测凸、凹球面光学零件。 光学测量实验 三、 实验原理及方法 1. 环形球径仪测量曲率半径的原理和方法 1 )环形球径仪的测量原理 钢珠式环形球径仪测量曲率半径是通过测量球面某一特 定弦所对应的矢高,间接测得该球面的曲率半径的。由实验 图 3.1 ( a )、( b )所示的几何关系可得 式中, r 为三个钢珠中心所确定的测量环半径;h 为三个钢珠 顶点所确定的平面至球面顶点的距离;ρ 为钢珠半径。 光学测量实验 实验图 3.1 环形球径仪测量曲率半径原理图 光学测量实验 当待测面为凹面时取“ + ”,为凸面时取“ - ”。 改用普通尖棱式测量环时,只要令式(8 )中 ρ =0 ,便可 计算曲率半径 R 。 如测成对球面样板的曲率半径,可不用平晶,而直接测 钢珠所截得的两球冠的矢高之和 H 来精确求得 R 值,即 其中 R 0 为样板的名义半径。 光学测量实验 2 )仪器简介 现以 JGQ-1 型钢珠式环形球径仪为例,其结构原理如 实验图 3.2 所示。仪器主要由测量环 1 、测量杆系统 2 和读 数显微镜 3 组成。 测量环可给出准确的 r 、ρ 值,并可确定 h 的零位读数。 借助测量杆系统和读数显微镜可精确测出矢高 h 值。为确保 曲率半径测量精度,仪器备有 7~9 个测量环供选用。 环形球径仪测量曲率半径范围为 5~1200mm ,依据测 量段的不同,曲率半径的极限相对误差 Δ R / R 为 ±0.03%~±0. 06% 。 光学测量实验 实验图 3.2 JGQ-1 型球径仪结构原理图 光学测量实验 3 )测量方法 首先根据待测件的口径,选择半径尽量大的测量环装到 环座上,并以平面样板确定测量杆的零位读数。 再转动手柄使测量杆下移,拿掉平面样板,将擦拭干净 的待测件放到测量环上。使测量杆刚好与待测面顶点接触, 由读数显微镜读得测量杆的第二位置读数,则测量杆的两位 置读数之差即为对应的矢高值。最后按相应公式算出 R 和 σ R 值。 光学测量实验 2. 自准球径仪测量曲率半径的原理和方法 1 )测量原理 自准球径仪测量凹球面曲率半径的原理如实验图 3.3 所示。 自准球径仪的核心部分是自准显微镜。利用自准显微镜 分别对待测球面的球心 C 和顶点 A 进行自准直调校(可由自 准分划像清晰无视差地成在分划处判定)。 借助投影测长机构测出两次调校时自准显微镜(或待测 球面)沿轴移动的距离,即为待测球面的曲率半径。 在实际测量中,为了获得尽可能高的测量精度,仪器备 有一套不同放大率的物镜供选用。 光学测量实验 实验图 3.3 自准球径仪测曲率半径的原理 光学测量实验 国产 3C 型自准球径仪结构如实验图 3.4 所示,主要由 测量座、夹持器组件以及底座等三大部分组成。 测量座由可沿底座导轨方向移动的上、下滑板,自准显 微镜, 200mm 长精密玻璃刻尺以及投影读数器组成。借助 手轮,自准显微镜能沿光轴方向进行粗动和微调,其位置可 由玻璃刻尺经投影读数器(最小格值 0.001mm )测得。夹持器 可依据待测面曲率半径的名义值,沿导轨床面定位在某一刻 线标志处。 夹持器用于装卡和调整待测光学件。转动其上的两调节 螺母,即可使待测球面分别沿水平和垂直方向做倾斜微调, 以将球心准确调到显微镜瞄准轴线上。 光学测量实验 实验图 3.4 自准球径仪结构示意图 光学测量实验 2 )测量步骤 由待测球面的口径、曲率半径尺寸及要求的精度选用适 当倍率的显微镜。仪器备有4× 、10 × 和 40× 物镜供选用。 由待测球面曲率半径名义值,将夹持器沿导轨床面装定 到需要的刻线标志位置。 将待测件装卡到夹持器上。轴向微动测量座并微调待测 件,使自准显微镜的目镜视场中观察到过球心的清晰且无视 差的自准像。在投影读数器读得对应球心的位置读数 x 1 。 光学测量实验 移动测量座,使自准显微镜对待测面顶点调校,直至目 镜视场中再次看到清晰无视差的自准像。读得对应球面顶点 的位置读数 x 1 ,则被测面的曲率半径 R 应为 式中, x 0 为夹持器装定位置的刻线 、……)。 测凸球面曲率半径的步骤也大致类同,只是所测半径范 围受到显微镜工作距限制。 光学测量实验 四、 测量误差 1. 钢珠式球径仪测量曲率半径的误差 先求矢高 h 的测量标准偏差 其中: σh 1 表示玻璃刻度尺分划修正后,因刻度值误差而引 入的矢高误差( 0. 5 μ m ); σ h 2 表示由测微目镜的螺旋分划板 的螺距误差所引起的读数误差; σh 3 表示因显微镜对准引入 的读数误差。 光学测量实验 钢珠式球径仪测量曲率半径的标准偏差为 式中: σr 表示 r 的测量标准偏差, σ r =1 μ m ; σ ρ 表示钢珠 ρ 的测量标准偏差, σ ρ =0. 5 μ m 。 光学测量实验 2. 自准球径仪测量曲率半径的标准偏差为 式中: σ1 为夹持器的定位误差; σ 2 为投影读数器的读数标准 偏差; σ 3 为自准显微镜的两次调校误差; σ4 为玻璃刻尺的刻 线标准偏差。 光学测量实验 实验四 放大率法测量焦距和顶焦距 一、 实验目的 (1)掌握放大率法测正、负透镜焦距的基本原理。 (2)熟悉焦距仪的基本结构,并掌握焦距的测量技术。 二、 实验内容及所用器具 (1 )检校显微物镜实际放大倍率。 (2 )分别测量正透镜、负透镜的焦距与截距,并要求给 出正确的测试结果。 (3)所用器具:焦距仪(或光具座)及相应附件,待测的正、 负透镜。 光学测量实验 三、 实验原理及方法 1. 测量原理 放大倍率法测量正透镜焦距的原理如实验图 4.1 所示。 待测物镜 2 置于平行光管物镜之前。若平行光管物镜焦面处 的玻罗板线对间距为 y ,则在待测透镜焦面上成像为y,如 果用测量显微镜 3 测得y的像y″= βy(β 为显微物镜放大率), 则由下式可求得待测物镜的焦距: 式中: f c 为平行光管物镜焦距;y″为测微目镜测得的 βy值。 光学测量实验 实验图 4.1 测正透镜焦距的原理图 光学测量实验 放大倍率法测量负透镜焦距的原理如实验图 4.2 所示, 相应的焦距计算公式为 实验图 4.2 测负透镜焦距的原理图 光学测量实验 必须指出,由于负透镜成虚像y,为用测量显微镜看清 该像,显微物镜的工作距离一定要大于负透镜的后顶焦距。 同样地,依次调校显微镜,从看清y到看清后表面顶点,显 微镜轴向移动距离就是后顶焦距 lF 值。 光学测量实验 2. 焦距仪简介 焦距仪结构简图如实验图 4.3 所示。它主要由平行光管、 透镜夹持器、测量显微镜及导轨组成。平行光管给出准确的 焦距 f‘c 及玻罗板的线对间距 y 值。 透镜夹持器用于装卡调整待测透镜。夹持器可沿导轨移 动,也可绕垂直轴做水平方向的摆动和做高低微调。 测量显微镜装在支座上,并可相对平行光管光轴做纵向 和横向、高低向调节,测量显微镜还能绕竖轴做水平方向摆 动,微调,以及绕自身光轴转动,整个支座可沿导轨移动。 光学测量实验 实验图 4.3 焦距仪结构简图 光学测量实验 3. 测量方法 (1 )将待校显微镜拧到镜筒上。在物镜前放玻罗板(或标准 刻尺),使测量显微镜对玻罗板的线对 y 调校,直至视场中刻 尺清晰地成像,并测出像y‘的大小,则显微物镜的实际 放大率 β =y’/y 。 (2)将待测透镜装到夹持器上,并调整其光轴与平行光管、 显微镜光轴一致。 (3)微调显微镜,使刻线像清晰无视差地成在测微目镜分 划板上,并测得y″值。代入式(14 )求出透镜焦距。 (4)记下此时显微镜的轴向位置,再使显微物镜调校到待 物镜后表面顶点处,显微镜轴向移动距离即为被测物镜后顶焦 距。将物镜转 180° ,用与测后顶焦距类似的方法,可测透镜 的前顶焦距。 光学测量实验 四、 测量误差 放大率法测焦距的相对误差为 式中, σf c ‘ 、 σ y 、 σy″和 σβ 分别为 f’c 、 y 、y″和 β 的 标准偏差。 在待测透镜像质良好,检测时显微物镜实际利用的数值 孔径不过小的情况下, σf‘/f’不超过 0.3% 。 测量负透镜的焦距时,因所选显微物镜的倍率小,又测 得的只是近轴光束的焦距,故负透镜焦距的测量误差较大, 可达 0.5% 左右。 光学测量实验 测量顶焦距的误差包括显微镜的位置读数误差和显微镜 的两次调校误差,因透镜不同,测量误差从零点几毫米到 1 毫米不等。为了达到预期的测量精度,实验中还应注意以下 几点: (1)待测透镜的测试状态尽量与使用状态一致或相近。 (2)平行光管、待测物镜和测量显微镜三光轴应调重合。 (3)平行光管焦距最好为待测透镜焦距的 2 倍以上,显 微物镜的数值孔径大于待测透镜的像方孔径角。 (4)要测的玻罗板分划像在显微镜视场中应对称分布, 且位于带视场附近为好。 光学测量实验 实验五 激光球面干涉仪检测面形偏差 一、 实验目的 (1 )熟悉激光球面干涉仪的工作原理与调试方法。 (2)能用激光球面干涉仪检测球面的面形偏差。 二、 实验内容及所用器具 (1)测出球面的实际曲率半径,并与要求的曲率半径比 较,求得 Δ R 值,将 Δ R 换算成相应的光圈数 N 。 (2)检测球面的局部偏差 Δ N ,并判别其性质。 (3)所用器具:国产 QGY-1 型激光球面干涉仪(或类似装 置)、待测球面镜。 光学测量实验 三、 实验原理及方法 1. 实验原理 QGY-1 型激光球面干涉仪属斐索型球面干涉仪,其光 路原理如实验图 5. 1 所示。 光学测量实验 实验图 5.1 QGY-1 型激光球面干涉仪光路原理 光学测量实验 仪器主要由干涉系统和投影读数系统两大部分组成。 (1 )干涉系统:由 He-Ne 激光器射出一束激光依次经聚光 镜、分束棱镜及准直物镜组后变成平行光束,此光束经标准 物镜组折射,最后沿其标准面法线方向射出,则由标准面自 准回去的波面为参考波面。调待测面,使其曲率中心刚好与 标准面射出光线同心,由待测面自准回去的光束形成测试波 面,此波面与参考波面相干,在视场中形成等厚干涉条纹。 (2)投影读数系统:由精密刻尺、 100× 投影系统和投影 屏组成,用于测量待测面的移动距离,从而精确测得待测面 的曲率半径 R。 光学测量实验 2. 检测方法 在球面干涉仪上测待测面的曲率半径,原则上是测镜面 的球心至顶点间的距离,故根据待测面的口径比 D / R 及 R 名义值,选取合适的标准物镜组,并以干涉场中条纹变直, 确定其球心位置;待测面顶点位置可用顶点与标准面球心重 合时产生的直条纹确定,或由标准面顶点与待测面顶点接触 来确定,从而求得半径差 Δ R 或光圈数 N 。 光学测量实验 Δ N 的检测:当待测面存在局部偏差或带区误差时,视 场内将不能调出完全直的干涉条纹,故需依据条纹弯曲的部 位、所占范围及弯曲程度,判断局部偏差的大小,再由待测 面逐渐移离标准面时,干涉条纹各处的变直过程,即各局部 偏差的曲率中心依什么次序“走过”标准面球心,确定其性 质。例如:常见的边翘、中心凸的凹表面,如实验图 5.2所示。 当沿剪头方向拉开待测面时,则依次看到条纹由边缘直, 逐渐向带区及中心处变直。采用类似的分析方法,可得其它 面形偏差。 光学测量实验 实验图 5.2 存在带区误差的凹球面移动时条纹变化的过程 光学测量实验 四、 激光球面干涉仪检测精度的某些考虑 测球面的局部偏差的检测精度由两个因素决定:一是标 准面射出光束的残存波差,分析表明,当此波差不超过 λ / 4 时,对检测结果的影响可忽略;二是标准面自身的局部偏差 可部分或全部地反映到条纹变形中去(由实际利用的标准面 口径而定),故应严格控制到λ / 20 以内。 Δ R 的检测精度由精密刻尺的刻划误差、投影读数的对 准误差与示值误差、标准面曲率半径 R 0 的标定误差及干涉 仪的瞄准定位误差等因素决定。进一步分析表明,当标准面 实际使用的包容角较小时, R 0 的标定误差及瞄准定位误差 起主要作用;当包容角较大时,上述诸因素对测量精度的影 响大致相当。仪器可满足一级对板的检测精度要求。 光学测量实验 实验六 望远镜的视度与视差检测 一、 实验目的 (1)深入理解望远镜的视度和视差的概念,以及两者的 关系。 (2)掌握视度、视差的基本检测方法。 光学测量实验 二、 实验内容及所用器具 (1)以普通视度筒和大量程视度筒检测望远镜各视度的 装定值。 (2)检测望远镜的视差值。 (3)所用器具:平行光管、待测望远镜、普通视度筒、大 量程视度筒和可调支架。 光学测量实验 三、 实验原理及方法 1. 视度的检测原理和方法 为适应正常人眼、近视眼、远视眼的观察需要,望远镜 射出光束的发散会聚度须能调节,这种调节能力称为视度调 节,并常通过轴向移动目镜的方法来实现。视度检测是指目 镜调到视度分划圈的某一值时,检测其指示值与实际值的符 合程度,看是否满足规定的要求。 检测视度的光路原理图如实验图 6.1 的所示。 光学测量实验 实验图 6.1 视度筒检测视度的光路原理图 光学测量实验 由于待测望远镜存在视度,则由目镜射出的光束相当由 距出瞳 - L 的点 A 发出的光束,故视度筒物镜须沿轴前移 Δ ,与待测视度 SD 关系为 式中, f 0 为视度筒物镜焦距。 光学测量实验 按上述关系将 Δ 换算成 SD 刻在视度筒窗口处,即可直 接测视度值。普通视度筒的视度测量范围为 ±1.5~±2. 5 屈 光度。要测更大范围的视度,可用大量程视度筒,它由普通 视度筒加视度透镜组成。视度透镜的视度 SD0 用于抵消待 测视度 SD 的大部分,使余下视度 SD 由普通视度筒测量。 光学测量实验 视度检测方法:先使视度筒物镜调到零位,并直接对向 平行光管。调目镜视度,使人眼清晰地看到平行光管分划像 与视度筒分划线。将待测望远镜置入实验图 6.2 所示的检测 光路中,并大致调整轴,再将视度对到要测的零位分划处, 然后轴向移动视度筒物镜,使视场中视度筒分划和平行光管 分划像同样清晰或消视差。记下视度筒测得的零位视度值, 再依次将目镜视度对到要测的分划处,用同样的方法可测得 各分划的实际视度值。 对需大量程视度筒检测的视度,可在普通视度筒前方套 上所选定的视度透镜,并使其物方主面大致与望远镜出瞳重 合。用类似的方法,可测出各视度分划处的实际视度值。 光学测量实验 实验图 6.2 检视度时的框图 光学测量实验 2. 视差的检测原理及方法 目视望远系统因分划面与物像不重合,而使人眼在出瞳 面不同处看到两者产生错动的现象称为视差,故视差会引起 望远镜的瞄准误差。视差常以视差角或视度之差表示。视差 以望远镜物方视差角 ε 表示时,有 式中: D 为望远镜的出瞳;b 为分划面离开物像的距离; f0 为 望远镜的焦距; fe 为目镜的焦距。 光学测量实验 视差以分划与物像在望远镜像方对应的视度之差表示, 则有 式中, ΔSD 的单位为屈光度。 望远系统视差的公差可参看实验表 6-1 和实验表 6-2 。 光学测量实验 光学测量实验 视差常见的检测方法是在仪器出瞳处分别测出分划与物 像的视度值,两者之差即表示待测望远镜的视差。显然 ΔSD 是受视度筒本身调校精度限制的,为此可采用调校精 度高的半透镜视度筒检测。 光学测量实验 实验七 光学系统分辨率检测 一、 实验目的 (1)掌握望远镜与照相物镜分辨率的检测原理。 (2)能正确地设计检测光路并确定相关参数。 光学测量实验 二、 实验内容及所用器具 (1)检测望远镜分辨率。 (2)分别检测照相物镜零视场的目视分辨率以及 0. 7 视 场和全视场的子午、弧矢方向目视分辨率。 (3)所用器具:装有分辨率板的平行光管、观察显微镜、 前置镜、物镜夹持器及调节点机构、待测望远镜、照相物镜。 光学测量实验 三、 实验原理及方法 1. 栅格状分辨率板 望远系统分辨率是以将物方刚好分辨开的远方两物点的 角距离表示,而照相物镜则以像面上刚能分辨的每毫米线对 数 N 表示。分辨率最常用的是栅格状分辨率板,它共有 7 块板(编号为 A 1 ~ A 7 ),每块分辨板由线 )组成一个大正方形,每单元 又由 4 个不同方向的线条组排成一个小正方形,参看图 7.8 ( a )。通常将分辨率板置于平行光管物镜焦面上,以形成无 限远的检测标志。 光学测量实验 2. 望远镜分辨率的检测 望远镜分辨率检测光路如实验图 7.1 所示。将选定的分 辨率板置于优质平行光管物镜焦面处,由光源经聚光镜毛玻 璃均匀照亮分辨率板。将待测望远镜视度归零,并置于平行 光管与前置镜之间(前置镜入瞳应大致位于待测望远镜出瞳 处),调三者共轴,则在前置镜视场中可以看到放大的分辨 率图案像。检测时应由线条粗的分辨单元顺序地向线条细的 单元观看,以刚好能同时看清四个方向线条的单元组号为准, 查得对应的线宽 b ,由下式求得待测望远镜的角分辨率: 光学测量实验 式中, f c 为平行光管物镜的实际焦距。 实验图 7.1 望远镜分辨率检测光路图 光学测量实验 检测前置镜倍率 Γ 的选择应满足 式中: Γ T 为待测望远镜的视放大率; D 、 D‘ 分别为待测望 远镜入瞳直径和出瞳直径。 在检测分辨率的同时,还应根据分辨率图案像清晰程度、 有否有彩色边缘、透明线光晕、相互垂直的线条是否同时清 晰、线条变形或线间距不均、出现重像等情况估计被测系统 的像质。 光学测量实验 3. 照相物镜目视分辨率的测量 照相物镜目视分辨率的检测光路如实验图 7.2 所示,通 常是在光具座上进行的。将分辨率板置于优质平行光管物镜 的焦面处,待测照相物镜装在夹持器上。要求夹持器能定位 在某一视场角位置处,还可带动物镜沿轴向移动,以将其后 节点调到垂直转轴上,观测显微镜能沿轴向移动。 光学测量实验 实验图 7.2 检测照相物镜分辨率的光路图 光学测量实验 1 )轴上点零视场目视分辨率的检测 调待测照相物镜,使其与平行光管、显微镜共轴。再微 调观察显微镜,使分辨率图案像位于视场中央,找出刚能分 辨四个方向线条的单元号,查得线宽 b ,则轴上点目视分辨 率N为 式中: f ′c 为平行光管物镜的实际焦距;f ′为待测照相物镜焦距。 观察显微镜的倍率 Γ 按下式计算: 式中, D /f为待测照相物镜的相对孔径。 光学测量实验 2 )轴外目视分辨率的测量 为保证在同一像面上检测分辨率,先将待测测物镜的后 节点调到夹持器的垂直转轴上,并使物镜转到待测的视场角 ω ,观察显微镜相应沿光轴向后移动 Δ =f′(sec ω -1 ) 距离。 通过观测显微镜分别找出线条在垂直子午方向和沿子午 方向刚能分辨开的单元号,查得对应的线宽 b t 与 b s ,则该 视场角 ω 下的子午方向和弧矢方向分辨率分别为 同样可测出其它视场角下的 N t 、 N s ,画出所测物镜 的分辨率随视场角的变化曲线。 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验 光学测量实验


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