光学测量-长春理工大学精品课

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长春理工大学光学冷加工课件第六章

• 光圈的度量
1、光圈数量的计算 ① N≥1的计算在被检光学表面和参考光学表面仅有曲率半径偏差情况下，光圈数度量与表示偏差大小和方向的误差曲线，其中，虚线代表参考光学表面，曲线代表球面(或平面)相对于参考光学表面的偏差大小和方向，平行线间距离代表λ/2。
光圈数Ｎ的度量 • （a）N＝3； (b)Ｎ＝2； (c)N＝2； (d)Ｎ＝1．
光圈的识别
• ◆光圈的识别
对光学零件的抛光一般要达到两个目的光学表面疵病符合规定的等级光学表面几何形状达到规定的要求
★光学样板检验原理
光学零件的表面精度是与光学样板比较而鉴别出来的。光学零件的面型精度包括曲率半径偏差、像散偏差和局部偏差三个内容。
图6-3 光圈检验原理 a-干涉现象；b-干涉原理； 1-样板；2-工件
hN / 2
• 光圈，即干涉条纹的形状是由空气隙等厚层的轨迹决定的，即同一级干涉条纹对应的空气隙厚度是相等的。利用干涉条纹的数量和不规则程度，可以判定球面的面形误差。
（二）光圈数N与曲率半径偏差△R的关系
• 光学零件曲率半径与工作样板半径之间的偏差，以干涉条纹数，即光圈数N表示。值不仅取决光圈数N、零件与样板的接触口径D（在此口径范围内显示于涉环）干涉光的波长，还取决于样板是沿边缘接触（低光圈），还是在中部接触（高光圈）。
有像散存在就是光学表面的曲率半径不一样。用周边加压法或一侧加压法可以判断像散的大小。当N＞1时，光圈呈椭圆形；当N＜1时，两垂直方向上的条纹弯曲程度不同。局部偏差的判断局部误差包括局部低和局部高，塌边和翘边等，这种光圈的识别用一侧加压法判断。局部低条纹局部的弯曲凹向背着加压点。局部高条纹局部的弯曲凹向朝着加压点。塌边条纹边缘部位塌向加压点。翘边条纹边缘部位翘向加压点。

长春理工大学应用光学课件

E n A -U O r -L ＇ L C I I＇ n＇ U＇＇ A
图 1—12 物在有限远光线经过单个折射球面的折射 L−r sin U r n sin I ′ = sin I n′ U′ =U + I − I′
sin I =
L ′ = r (1 + 2、物在无限远
sin I ' ) sin U ′
E n A -U O r -L
图 1—11
I h
I＇ φ
n＇ U＇ C ＇ L ＇ A
光线经过单个折射球面的折射
二、单个折射面的实际光线的光路计算光路计算就是：已知一入射光，求出射光的具体位置（像点的位置）。光线的具体位置可用二个重要的参量来加以描述：一为孔径角，二为截距。 1、物在有限远以下的公式是根据简单的几何三角关系得到的：
图 3 折反定律 5、全反射： 1）定义：从光密介质射入到光疏介质，并且当入射角大于某值时，在二种介质的分界面上光全部返回到原介质中的现象。刚刚发生全反射的入射角为临界角，用 I m 表示。 ⎧n sin I m = n' sin I ' n' n' 根据折射定律， ⎨ ⇒ sin I m = ⇒ I m = arcsin I ' = 90 n n ⎩ 2）全反射发生的条件：
图 1-1
会聚光束
图 1-2
发散光束
发散光束：从实际点发出。（或其延长线通过一点）说明：会聚光束可在屏上接收到亮点，发散光束不可在屏上接收到亮点，但却可为人眼所观察。 5、波面（平面波、球面波、柱面波）平面波：由平行光形成。平面波实际是球面波的特例，是 R → ∞ 时的球面波。球面波：由点光源产生。柱面波：由线光源产生。二、几何光学的基本定律即直线传播定律、独立传播定律、折射定律、反射定律。 1、直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光沿直线传播（光线是直线）。直线传播的例子是非常多的，如：日蚀，月蚀，影子等等。 2、独立传播定律：从不同光源发出的光束，以不同的方向通过空间某点时，彼此互不影响，各光束独立传播。 3、反射定律：反射光线和入射光线在同一平面、且分居法线两侧，入射角和反射大小相等，符号相反。 4、折射定律：入射光线、折射光线、通过投射点的法线三者位于同一平面， sin I n' 且＝ sin I ' n

长春理工光学测量考试必备

测折射率：V棱镜法、阿贝折光仪、最小偏向角法。

平行光管调校：可调前置镜法（低）、自准直法（高斯阿贝双分划）、五棱镜法（高）。

双折射率：全波片法、四分之一波片法。

球面曲率半径：机械法、自准直球径仪法、自准望远镜测量。

折射率：v棱镜法、阿贝折光仪、最小偏向角法积分球：提供光源、作为接收器交前刀影同方向，交后刀影对面来，左明右暗是高地，右明左暗是低谷光学传递函数的定义方法：以点扩散函数定义、以余弦光栅成像定义、以光瞳函数表示。

光学测量：对光学材料、零件及系统的参数和性能的测量。

调焦与对准：调焦是目标和比较标记沿瞄准轴方向重合或置中的过程，对准是在垂直于瞄准轴方向上目标和比较标记重合或置中的过程。

视度与视差：光学仪器出射光束的发散或会聚程度、无穷远目标与分划标记的视度只差。

分辨率：光学系统分辨物体细节的能力。

光学不平衡度：反射棱镜展开后，光线在出射面前时出射面法线的夹角，分为第一与第二光学不平衡度。

自准直目镜：一种自身带有照明及分划的目镜，常用的包括高斯、阿贝与双分划板自准直目镜。

测量误差及分类：测量值与真值之差，粗大、系统、偶然。

焦距与顶焦距：实际光学系统全孔径全光谱下实际汇聚能量最强的点为焦点，由最后一个面的顶点到焦点的距离。

透射比：通过光学系统透射光能量与入射光能量比值，分为白光投射比与针对某一波段的透射比。

应力双折射的衡量指标：以波长为598.3nm光波通过一厘米玻璃o光与e 光所产生光程差表示。

1比较V棱镜法、阿贝、最小偏向角的原理、精度、范围、优缺点？V：一般测量范围n0=1.3~1.9.精度高10-5 需标准块单色光源折射液的折射率与试样的差值不大于0.015。

阿贝：精度低10-4不需单色光源折射液的折射率小于试样的折射率，大于标准棱镜折射率被检件折射率必须大于标准块的折射率所以测量范围较小，但是可以测液体的折射率最小:测量范围不受限，精度最高5*10-6，不需标准块单色光源试样制备时间长，最好做成等腰三角形，顶角在40~60之间。

新工科背景下专业课程思政的教学改革和实践——以“光学测量”课程为例

2022年6月第23期Jun. 2022No.23教育教学论坛EDUCATION AND TEACHING FORUM新工科背景下专业课程思政的教学改革和实践——以“光学测量”课程为例胡源，付跃刚，马晨昊，牟达，刘智颖（长春理工大学光电工程学院，吉林长春 130022）［摘要］为主动应对新一轮科技革命与产业变革，教育部近年来积极推进新工科建设，而专业课程思政是新工科教育实现立德树人的重要途径。

长春理工大学“光学测量”课程开展了工程教育人才培养和课程思政有机结合的教学改革探索，从顶层设计入手，梳理课程目标，优化思想政治内容供给，提出“思想政治+复杂工程案例+微信公众号”的教学设计形式，引导学生主动分析复杂工程活动所涉及的社会问题，主动思考专业领域的价值观问题，最终实现思政元素和专业课教育的深度融合。

［关键词］课程思政；新工科；光学测量；复杂工程问题［基金项目］ 2020年度教育部新工科研究与实践项目“光电专业面向企业需求多元主体合作育人模式的探索与实践”（E-DZYQ20201412）；2020年度光电教指委项目“光电类地方高校新工科多方协同育人模式研究”（2020XGK5）；2019年度吉林省教育科学规划课题一般项目“光电信息科学与工程专业毕业要求指标点解析与达成度评价方法研究”（GH19079）［作者简介］胡源（1981—），女，吉林长春人，工学博士，长春理工大学光电工程学院副教授，主要从事光学测量和光学设计研究；付跃刚（1972—），男（满族），黑龙江鹤岗人，工学博士，长春理工大学光电工程学院教授（通信作者），主要从事光学测量和光电仪器研究；马晨昊（1988—），女，吉林长春人，工学博士，长春理工大学光电工程学院讲师，主要从事光学测量和光学设计研究。

［中图分类号］ G642.423 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2022）23-0129-04 ［收稿日期］ 2021-09-17新工科的内涵是以立德树人为引领，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养创新型的卓越工程人才［1］。

§1.1测量误差与数据处理

长春理工大学光电工程学院牟达
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三、测量结果的不确定度 3、相对不确定度
为了比较两个以上测量结果精确度的高低，常常使用相对不确定度这一概念，其定义为相对不确定度=不确定度/测量值即ΔN／N。
图中角度读数为：游标1读数: 295°+132'=295°13′ 各种消减系统误差的方法都具有较强的针对性，
都是些经验型、具体的处理方法!! 分光计读数方法示意图
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游标2读数: 115°+12'=115°12′
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二、测量误差
② 偶然误差（随机误差）：测量结果减去同一条件下对被测量进行无限多次测量结果的平均值 xi − x (n → ∞)
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n
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二、测量误差
偶然误差的分布：
② 偶然误差（随机误差）
正态分布等概率分布三角形分布
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二、测量误差
② 偶然误差（随机误差）
偶然误差的分布：正态分布：当由测量过程中多个互不相关的因素引起测量值微量变化而形成偶然误差时,量值的误差分布服从正态分布。具有以下特征：单峰性：绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大。对称性：绝对值相等的正误差与负误差出现的概率相等。有界性：在一定的测量条件下，偶然误差的绝对值不会超过一定的限度。补偿性：偶然误差的算术平均值随着测量次
1 ∆
三角形分布的极限误差和 ∆ = 6σ 标准偏差的关系为：如：测角仪和经纬仪轴系
∆
δ0
−∆
0
晃动产生的角值误差
20
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长春理工大学专业课资料教材

一、概念题（共20分，每题5分）1、辐射能2、景深3、角放大率4、正弦条件二、填空题（共33分，每空3分）1、反映光学系统对物体不同频率成分的传递能力，一般说来高频部分反映物体的传递情况，而低频部分则反映物体的轮廓传递情况。

2、瑞利判断是一种较为严格的像质评价方法，它主要适用于光学系统的像质评价。

3、在物面光亮度均匀的情况下，轴外像点的光照度将随着的增大而降低。

4、光学玻璃一般分为两大类，即冕牌玻璃和火石玻璃，通常玻璃具有低折射率低色散，通常玻璃具有高折射率、高色散。

5、现有一个厚度为mm d 15=，折射率5.1=n 的平行玻璃平板，若将其简化为一个等效空气平板，则等效空气平板的厚度为。

6、望远系统又可称为无焦光学系统，其光焦度为。

若现有一伽利略望远镜，该系统物镜焦距mm f o 200'=，目镜焦距mm f o 25'=，则筒长为。

7、若系统不满足等晕条件，用以描述等晕条件偏离程度的值为。

8、有一相对孔径为1：2的照相物镜，若入射光的波长为nm 555=λ，则其物镜的分辨率为。

三、回答问题（共32分，每题8分）1、请画出开普勒望远镜的原理光路图，并画图说明该望远镜出射光瞳的位置及大小。

2、采用⨯-=1β的对称式光学系统能够校正哪几种几何像差？为什么？3、如何理解显微镜的有效放大率？若一显微物镜上标明17.0/170mm ；65.0/40，为使显微镜达到600倍的放大率，应选用多大倍率的目镜？4、请画图说明什么是位置色差？若一双胶合薄透镜两个透镜的光焦度分别为21,φφ，材料分别为2211,;,D D D D n n γγ，试写出该双胶合薄透镜组满足消色差的条件。

四、计算题（共50分，每题10分）1、已知显微镜的视觉放大率为⨯-=Γ300，目镜的焦距为mm f e 20'=，求1）显微镜物镜的放大率；2）假定人眼的极限分辨率为"60，问使用该显微镜观察时，能分辨的两物点的最小距离为多少？2、一光学系统由凹、凸两个反射镜构成，凹面反射镜A的焦距大小为mm 100，凸面反射镜B 的焦距大小为mm 250，将两反射镜相对放置且二者相距为mm 200，将一高为mm 40的物体置于两反射镜之间，并垂直于光轴放置，且物体C 离反射镜A 的距离为mm 150，如图1所示，求物体先后经过A 、B 反射镜反射后所成像的大小及位置。

光学测量的基础知识课件

光线传播速度
光在不同物质中传播速度一般不同，在真空中最快。
光线直线传播的应用
可应用于光学测量、定位、光学仪器等。
光学成像原理
01
02
03
成像原理
基于透镜或反射面的折射或反射原理，将物体成像于视网膜或探测器上。
成像公式
1/f = 1/u + 1/v，其中f 为透镜焦距，u为物距，v 为像距。
成像质量
光学测量通常采用非接触式测量方式，具有高精度、高分辨率、非破坏性等优点。
光学测量特点
高精度
实时性
光学测量利用光的干涉、衍射等效应，可以实现高精度的测量，达到纳米级甚至更高级别的测量精度。
光学测量可以实现实时在线测量，可以在生产过程中快速获取测量数据，及时调整生产工艺，提高产品质量。
非接触性
环境监测
光学测量可以用于环境监测，如空气质量、水质、噪声等环境参数的测量。
医学诊断
光学测量在医学领域也有广泛应用，如医学影像、光学显微镜、激光治疗等。
科研领域
光学测量在科研领域也有重要应用，如物理实验、化学分析、生物研究等。
02
光学测量基本原理
光线传播定律
光线传播方向
光线在均匀介质中沿直线传播，当通过不同介质时，会发生折射和反射现象。
利用光谱和偏振等光学技术实现对大气污染物的监测，如二氧化硫、氮氧化物等。
水质监测
利用光学技术实现对水体中的污染物、悬浮物、叶绿素等物质的监测。
气象观测
利用光学技术实现对云层、风向、风速等气象参数的观测。
光学测量在安全防范中的应用
光学防盗系统
利用红外、微波等光学技术实现防盗报警，具有高灵敏度和高分辨率等优势。

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意义

光学测量包含内容
辐射度光度光谱光度色度激光参数光学材料参数光学薄膜参数光学元件、光学系统参数光纤和光通信参数光电探测器参数
开［尔文］克耳文摩［尔］时间：三十万年差一秒长度：氪86同位素波长λ=605.78nm，Δλ=4.7×10-4nm，相干长度L=λ2/Δλ=0.78m;氦氖激光器λ=632.8nm，Δλ=6×109nm,L=60km
辅助物理量：平面角rad，球面角 sr 导出物理量国际200多种，我国120种. 与光学测量有关的光学量导出单位：光通量流明 lm 1lm=1cd.sr 辐射能中能引起人眼光刺激的那部分辐通量光照度勒（克斯）lx 1 lx=1 lm/m2单位面积上所接收的光通量大小辐透（ph）1ph=1 lm/cm2。计量单位：有明确定义和名称并命其数值为1的固定的量量值：数值和计量单位的乘积
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计量、测量、测试之间的关系
计量与测量的相互关系——测量是计量的依托,没有测量就谈不到计量; 计量是使测量结果真正具有价值的基础, 计量又促进了测量的发展。也可以说计量是测量的一种特殊形式, 它保证测量统一和量值准确。计量与测试的相互关系——计量同样是使测试结果真正具有价值的基础。因为测试数据的准确可靠, 必须以计量技术基础予以保证。同时, 测试一般都是通过计量手段和应用计量科学原理进行的, 而且对象都是 “量” , 所以测试又是保证量值统一的重要环节, 是计量联系生产实际的重要途径, 是计量领域进行探索的重要方面。测量与测试的相互关系——从本质上讲, 两者是相同的, 测试的实质就是测量, 都是为了确定其量的数值。但测试又区别于测量, 测量是一个实验过程, 途径和方法一般都是已经确定的, 其解决的问题是确定量值的大小; 而测试则包含着试验过程, 具有一定的探索性, 它主要解决科研生产中的具体实际问题。计量、测量、测试三者也是可以转变的。当测量是为着实现统一, 即旨在使量值溯源到标准、基准时, 那这种测量就是计量; 当测试已经具有了确定的方法和途径, 那这种测试则已转变为测量了; 当要求测试方法及量值进行统一并相应的建立了标准, 那这种测试就已经转变为计量了。
如：测量单摆的振动周期T，用公式
T 2 l / g
求得g
6
例：空调机测量控制室温
被测对象：室内空气
被测物理量：温度测量器具：温度传感器 --- 热电阻、热电偶
电信号处理显示操作过程：空气热敏电阻
空调机
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计量、测量、测试的区别
计量：准确一致的测量国际标准——国家计量局——地区计量站—— 工厂计量室——车间检验组。测试：具有实验性质的测量。检测:对产品以及成型仪器的测量。
长度
质量温度电流光强物质的量
米
千克开（尔文）安（培）坎（德拉）摩尔
激光波长
砝码液态氢标准电池标准光源
1×10-9
1×10-8 1×10-3 1×10-7 3×10-3
1×10-8
1×10-8 1×10-3 1×10-6 3.3×10-3
2
国际上的七种物理量的定义
量长度质量时间电流热力学温度物质的量发光强度大陆地区单位名称米千克秒安［培］台湾单位名称公尺公斤秒安培单位符号 m kg s A K mol cd 定义光在真空中， 1/299,792,458 秒之时间间隔内所经过的路径长。以铂铱合金制成、底面直径为39毫米、高为39 毫米的国际千克原器（圆柱体）的质量定义为1 千克。目前它保存在法国巴黎的国际计量局里。铯-133原子基态的一特定辐射光波震动 9,192,631,770次所需要的时间。电流流过自由空间中两条相距1米，其截面积可忽略的细长直导线，若两导线间单位长度之互作用力大小为2x10-7N，此电流为标准的1安培。水三相点之热力学温度的 1/273.16 一系统物质的量，其系统所包含的基本单元数和0.012 kg 碳-12的原子数目相等。光源发出频率为540x1012Hz的单色辐射，在某给定方向上的发光强度，而此方向上每一个球面的辐射强度为1/683(w/sr.)
4
测量方法
例1 买布被测物理量长度计量单位米测量工具尺例2 检查体温被测物理量温度计量单位度测量工具体温计
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测量方法
按测量方式通常可分为：直接测量——由仪器直接读出测量结果的叫做直接测量
如：用米尺测量课桌的长度，电压表测量电压等
间接测量——由直接测量结果经过公式计算才能得出结果的叫做间接测量．
8
计量、测量、测试之间的关系
具有共性, 都是解决“量” 的问题, 均属于测量领域。测量是通过相互比较的一个实验过程, 目的是确定其量值大小, 单位可以任意选定;
计量是通过建立基准、标准, 进行量值传递, 旨在实现统一、准确的测量, 目的是为了统一量值, 单位是法定的; 测试是具有试验性质的测量, 目的是通过多参量的试验来确定其物体的特性或条件的最佳状态, 单位也可以是任选的。
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光学测量
定义：对光学材料、零件及系统的参数和性能的测量特点：理论和实践相结合，精度是主要矛盾

学习方法

应用理论：应用光学、物理光学、精度原理、精密机械、电子学等实践性强,设计、工艺（加工）、测量是生产的三大过程，测量是加工的极限复习好精度原理、应用光学、物理光学等课程理论联系实际，重视实验精度是光量的主要矛盾不但要学会测量原理和方法，更重要的是会精度分析，找出提高精度的途径。科研应用、生产应用
光学测量
THE OPTICAL MEASUREMENT
长春理工大学付跃刚 fuyg@
绪论
一、测量的概念及方法
将被测的物理量与一定的计量单位相比较求其比值的过程，或为确定被测对象的量值而进行的实验过程。
１．物理量（１）基本物理量国际七种
物理量
时间
单位
秒
工具
铯原子钟
精度国际 1×10-13 我国 1×10-12