光学基础及一般检测手法
光学测量及其应用知识点
光学测量及其应用知识点
光学测量是一种利用光学原理进行测量的方法，广泛应用于工
程领域中。
以下是光学测量及其应用的一些基本知识点：
1.光学测量基础
光学测量基于光的传播和反射原理，通过测量光的特性来获取
目标物体的相关信息。
常见的光学测量方法包括光线法、自动对焦、相位差法等。
2.直接测量和间接测量
光学测量可以分为直接测量和间接测量。
直接测量是通过直接
测量光的特性，如光线的强度、颜色等来获得目标物体的相关参数。
间接测量是通过测量光线的反射、折射以及干涉等现象来推导目标
物体的参数。
3.光学测量的应用
光学测量在工程领域有着广泛的应用。
以下是一些光学测量的应用领域：
3.1.制造业中的应用
光学测量在制造业中有着重要的应用，用于测量产品的尺寸、形状等参数。
例如，在汽车制造过程中，光学测量可以用于检测车身的平坦度、形状偏差等。
3.2.非接触性测量
光学测量具有非接触性的特点，可以应用于对被测对象表面的非破坏性测量。
这在一些精密仪器的制造和质量控制过程中非常重要。
3.3.精度测量
光学测量可以实现高精度的测量，对于一些需要高精度的工程项目非常重要。
例如，在航天器制造中，光学测量可以用于测量器件的尺寸和形状，确保其符合设计要求。
总结
光学测量是一种基于光学原理的测量方法，具有广泛的应用领域。
光学测量在制造业中起着重要的作用，可以应用于非接触性测量和高精度测量等领域。
对于工程领域的研究和应用而言，光学测量是一项重要的技术和工具。
光学测量方法
光学测量方法
光学测量方法是利用光学原理和设备进行物体尺寸、形状、位移、形变等参数的测量和分析的方法。
常见的光学测量方法包括以下几种：
1. 光学显微镜：利用光线的折射和反射原理，通过光学显微镜观察物体的形状、表面状况、颗粒分布、光学结构等细节信息。
2. 干涉测量法：利用光波的干涉现象进行测量。
包括菲涅尔衍射、弗洛涅尔衍射、迈克耳逊干涉等方法，可以精确测量物体的表面形貌、薄膜厚度等。
3. 拉曼光谱：通过激发物质分子的振动、转动等产生的光子能级变化，分析物质的组成和结构。
4. 光学屈光度测量：用于测量透明介质的折射率、光的传播速度等光学参数。
包括测量透镜、眼镜、晶体等的折射率和光学效应。
5. 光散射和荧光：通过测量光的散射、吸收和发射特性，分析物体的粒径分布、浓度、化学成分等信息。
常见的方法有动态光散射、静态光散射、拉曼散射等。
6. 光学干涉测量：通过利用光波的干涉现象，测量物体的位移、形变等信息。
包括Michelson干涉仪、白光干涉仪、激光干涉
仪等方法。
7. 光学投影测量：利用光学的成像原理，将物体的形状、尺寸投影到屏幕上的方法。
常见的方法有透视投影、正投影等。
以上是一些常见的光学测量方法，每种方法都有其特点和适用范围，具体的选择需要根据测量对象的性质和要求来确定。
光学测量原理和技术
光学测量原理和技术光学测量是利用光的特性进行测量的一种方法，广泛应用于工程领域、科学研究和医学等领域。
它通过利用光的传播速度、衍射、干涉、折射等原理，获得被测物体的各种参数，如尺寸、形状、速度、光学性质等。
本文将对光学测量的原理和常用的技术进行详细介绍。
光学测量的原理主要包括光的传播速度、干涉、衍射和折射等。
首先是光的传播速度原理。
光的传播速度是一个常数，通常在空气中为光速的近似值。
利用这一特性，可以通过测量光的传播时间来求得被测物体的距离。
这种方法常用于测量地理位置、道路长度等。
其次是干涉原理。
干涉是指两束或多束光相遇而产生干涉条纹的现象，常用于测量光的波长、被测物体的薄膜厚度等。
例如，杨氏干涉仪利用光的干涉原理测量光的波长。
Michelson干涉仪可以测量被测物体的位移。
再次是衍射原理。
衍射是指光通过物体边缘或孔隙时发生弯曲和散射的现象。
利用衍射原理，可以测量光的孔径、散斑、物体的形状等。
例如，通过测量衍射现象的图案特征可以推断物体的形状和大小。
最后是折射原理。
折射是指光从一种介质进入另一种介质时发生的方向变化。
利用折射原理，可以测量介质的折射率、曲率半径等。
例如，通过测量光经过透镜、棱镜等光学元件后的光线偏折角度可以计算出介质的折射率。
光学测量的技术主要包括激光测距、光栅测量、干涉测量、像散测量和光学断层扫描等。
激光测距技术是一种利用激光测量距离的方法。
利用激光器发射一束高度聚焦的激光束，测量激光束从发射到接收的时间差来计算出距离。
激光测距技术具有高精度、快速的特点，广泛应用于建筑测量、工业制造等领域。
光栅测量技术是利用光栅来测量物体位置和尺寸的方法。
光栅是一种具有规则周期结构的透明介质，在光线的照射下会产生明暗间断交替的光斑。
通过测量光栅上的光斑变化的位置和间距，可以计算出被测物体的位置和尺寸。
干涉测量技术是利用干涉现象进行测量的方法。
常见的干涉测量技术包括干涉仪、干涉计、Michelson干涉仪等。
物理实验技术中的光学参数测量技巧与方法
物理实验技术中的光学参数测量技巧与方法引言：光学是物理学中的一个重要分支，研究光的发射、传播、反射、折射和干涉等现象。
为了能够准确测量光学系统中的各项参数，科学家们发展了各种测量技巧和方法。
本文将从光学参数的测量原理入手，介绍光学实验中常用的测量技巧和方法，旨在帮助读者更深入地了解光学实验的相关内容。
一、激光干涉测量技巧1. Michelson干涉仪Michelson干涉仪是一种常用的高精度测量仪器，可以用于测量光的波长、折射率等参数。
该仪器使用激光作为光源，在一束光线被分为两束后，通过反射镜、半透镜等光学元件进行干涉，从而实现对待测物理量的测量。
通过改变干涉仪的光程差，可以获得不同的干涉条纹，进而测量出光学参数的变化。
2. 白光干涉仪白光干涉仪是一种能够同时测量多个波长的干涉仪。
它采用光栅装置将入射光按照波长分离，再进行干涉实验。
通过调整光栅的角度，可以选择不同的波长进行干涉，从而实现对多个光学参数的测量。
白光干涉仪在实际应用中具有重要的意义，例如在光谱分析和光通信等领域有广泛的应用。
二、精密测量技巧1. 干涉法测距干涉法是一种常用的非接触式测距方法，通过测量两束光在空间中的干涉条纹，从而获得待测物体与光源之间的距离。
这种方法具有高分辨率、高精度的优点，广泛应用于制造业、航空航天等领域的尺寸测量中。
2. 相移法测量相移法是一种常用的测量技巧，通过改变光路中的相位差，实现测量物理量的变化。
利用一个可调节的相移器，可以改变光的相位差，从而获得不同的干涉条纹，进而计算待测物理量的数值。
相移法被广泛应用于光学薄膜的厚度测量、光学元件的表面形貌测量等领域。
三、光学成像技巧与方法1. 平行光与聚焦光的调节在光学实验中，平行光和聚焦光的调节是非常重要的。
通过调节透镜的位置和角度，可以实现光束的聚焦或者展宽，从而满足实验的需要。
同时，透镜的选择也对实验的结果有重要影响，不同的透镜具有不同的光学焦距和折射率。
因此，在进行光学成像实验时，需要合理选择透镜和调节光学系统。
物理实验技术中常用的光学测量方法与原理
物理实验技术中常用的光学测量方法与原理光学测量是物理实验技术中常用的一种测量方法，它利用光的传播和相互作用特性，通过光学仪器对待测物体进行测量。
光学测量方法广泛应用于材料科学、物理学等领域，并在工业生产中发挥着重要作用。
本文将介绍一些常用的光学测量方法与原理。
1. 散射光测量法：散射光测量法是通过测量物体发射或散射出的光的强度、频率等特性来获得物体的信息。
例如，在材料科学中，可以利用散射光测量物体的粒径、形状等物理特性。
散射光测量法的原理是利用物体表面或内部的不均匀性，使光发生散射或透射，然后通过光学仪器进行测量。
常用的散射光测量方法有动态光散射、静态光散射等。
2. 干涉测量法：干涉测量法是利用光的干涉现象来测量物体的形状、表面质量等。
干涉测量法的原理是将测量光和参考光进行相干叠加，通过干涉现象来获得物体的信息。
例如，在工业制造中，可以利用干涉测量法来检测零件的平整度、平行度等指标。
干涉测量法常用的技术有白光干涉、激光干涉等。
3. 折射测量法：折射测量法是通过测量光在物体内部的折射角、入射角等来获得物体的折射率、光学性质等。
折射测量法的原理是利用折射定律和光的传播特性进行测量。
在材料科学中，折射测量法常用于测量材料的折射率、透明度等参数。
具体的测量方法有自由空间测量法、腔内测量法等。
4. 光敏测量法：光敏测量法是利用材料对光的敏感性来进行测量。
光敏测量法的原理是通过测量材料对光的吸收、发射等特性，获得材料的光学性质。
例如，在光学器件制造中，可以利用光敏测量法来测量材料的吸收系数、光学响应时间等。
光敏测量法常用的技术有吸收光谱法、发射光谱法等。
总之，光学测量方法应用于物理实验技术中，可以从不同角度、不同测量原理来获取物体的信息。
散射光测量法、干涉测量法、折射测量法和光敏测量法都是常用的光学测量方法，它们在材料科学、物理学等领域起着重要作用。
通过不断研究和发展光学测量技术，我们可以更好地理解物质的性质和行为，为科学研究和工业生产提供有力支持。
光学测量原理
光学测量原理
光学测量是一种利用光学原理进行测量的方法，它广泛应用于工业、科学研究、医学等领域。
光学测量原理是指利用光的特性进行测量的基本原理，它包括光的传播、反射、折射等现象。
在光学测量中，常用的测量方法包括干涉法、衍射法、光电测量等。
下面将分别介绍这些光学测量原理的基本概念和应用。
干涉法是一种利用光的干涉现象进行测量的方法。
它利用光的波动性质，通过
光的干涉条纹来测量物体的形状、表面质量等。
干涉法有很高的测量精度，广泛应用于光学元件的检测、表面形貌的测量等领域。
衍射法是一种利用光的衍射现象进行测量的方法。
它利用光的波动性质，通过
光的衍射图样来测量物体的尺寸、形状等。
衍射法在显微镜、光栅测量等领域有着重要的应用。
光电测量是一种利用光电效应进行测量的方法。
它利用光的能量来激发物质产
生电子，通过测量光电子的产生数量来实现测量。
光电测量广泛应用于光电器件的测试、光谱分析等领域。
除了上述方法外，光学测量还包括了光的反射、折射等现象。
通过测量光的反射、折射角度，可以实现对物体表面形状、光学性质的测量。
总的来说，光学测量原理是一种利用光学原理进行测量的方法，它包括了干涉法、衍射法、光电测量等多种方法。
这些方法在工业、科学研究、医学等领域有着重要的应用，为实现精密测量提供了重要的手段。
随着光学技术的不断发展，光学测量原理将会有着更广阔的应用前景。
光学测量基础及目视光学仪器
光学测量基础及目视光学仪器1. 引言光学测量是一种利用光学原理进行测量和观测的技术。
光学测量广泛应用于工程领域和科学研究中。
本文将介绍光学测量的基础知识，并重点介绍一些常见的目视光学仪器。
2. 光学测量基础2.1 光学测量原理光学测量基于光的传播和相互作用原理。
常见的光学测量原理包括折射、反射、干涉、衍射等。
折射原理是指当光线从一种介质射向另一种介质时，光线的传播方向会发生改变。
反射原理是指光线从物体上的表面反射回来。
干涉原理是指两束或多束光线相遇时产生的干涉现象。
衍射原理是指光线经过一个孔或者物体的边缘时，光线会发生偏折和扩散。
2.2 光学测量方法光学测量方法多种多样，根据具体的测量目的可以采用不同的方法。
常见的光学测量方法包括直接测量、间接测量、相位测量、光栅测量等。
直接测量是指通过仪器直接读数，可以直接得到所需的测量结果。
间接测量是指通过其他量的测量结果计算得到所需的测量结果。
相位测量是指通过测量光线的相位差来获得所需的测量结果。
光栅测量是指通过光栅激光干涉仪等设备进行测量。
3. 目视光学仪器3.1 显微镜显微镜是一种常见的目视光学仪器，它主要用于观察微小尺寸的物体。
显微镜通常包括物镜、目镜和台座三部分。
物镜是用于放大被观察物体的镜头，目镜用于放大物镜的像，台座用于支持和调节物镜和目镜。
显微镜通常可以通过调节焦距和放大倍数来实现对微小物体的观察。
3.2 望远镜望远镜是一种用来观察远处物体的光学仪器。
它通常包括目镜和物镜两个镜头。
目镜用于放大物镜的像，物镜用于聚集远处物体的光线。
望远镜通过调节焦距和放大倍数来实现对远处物体的观察。
3.3 分光计分光计是一种用来测量光的性质的仪器，主要包括光源、准直器、棱镜和检测器等部分。
光源产生的光经过准直器后被分光计分光，然后经过棱镜进行光的分离，不同波长的光经过棱镜后会有不同的偏折角度，最后通过检测器测量光的强度。
分光计可以用于测量光的波长、强度等性质。
光学零件检验方法
光学零件检验方法光学零件的检验方法是确保光学零件质量和性能的重要步骤。
以下是常见的光学零件检验方法：1.外观检验：外观检验是最简单和最常见的检验方法之一、它涉及对光学零件表面的检查，以确保没有明显的缺陷、瑕疵或污染。
常用的外观检查仪器有放大镜、显微镜和光谱仪等。
2.尺寸检验：尺寸检验是测量光学零件尺寸和形状的方法。
常用的尺寸测量仪器有投影仪、坐标测量机和光学分光计等。
这些仪器可以精确测量光学零件的长度、宽度、直径、圆度和平面度等。
3.表面粗糙度检验：表面粗糙度是表面微小不规则性的度量标准，对光学零件的性能具有重要影响。
常用的表面粗糙度检测仪器有光学轮廓仪、表面粗糙度仪和压电表面粗糙度仪等。
4.平整度检验：平整度是表面平坦性的度量标准，对光学零件的质量和性能有着重要影响。
常用的平整度测量仪器有检测平台和激光干涉仪等。
5.光学性能检验：光学性能检验涉及到对光学零件传输、透射、反射、折射、散射等光学性能的测量和评估。
常用的光学性能测量仪器有光谱仪、干涉仪、激光测距仪和分光光度计等。
6.工作环境检验：在一些特殊应用中，光学零件需要在特定的环境条件下工作，比如高温、低温、高湿度或低湿度等。
在这种情况下，光学零件的工作环境稳定性也需要进行检验。
7.强度检验：一些光学零件可能会经受较大的外力作用，因此需要进行强度检验。
常用的强度检验方法包括拉伸测试、弯曲测试、冲击测试和疲劳测试等。
总之，光学零件的检验方法是多样的，根据具体需要选择合适的检验方法进行检验，以确保光学器件的质量和性能符合要求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光學基礎及一般檢測手法
壹、專有名詞解釋
一、EFL(Effective Focal Length)
有效焦距。
影像透過透鏡形成的那點到透鏡中央的距離就是焦距，而那點叫做焦點。
二、FOV(Field Of View)
視場角。
物空間中，在某一距離光學系統所能接受的最大角度。
三、F/NO(F-Number)
焦數。
有效焦距(EFL)除以入射瞳孔直徑(EPD)的比值。
F/# = EFL / EPD (EPD：入射瞳孔直徑)
四、TV-Distortion
畸變。
分為二種類型，枕形(Pin-cushion)，如B與桶形(Barrel)，如C。
計算公式如下：
五、Illumination(Relative Illumination)
相對照度。
物體或被照面上被光源照射所呈現的光亮程度，稱為照度。
相對照度為中心照度與週邊照度比值。
六、Chief Ray Angle
主光線角度。
主光線就是光線由物的邊緣出射，通過孔徑光欄的中心最後到達像的邊緣，圖中紅色的線就是主光線。
主光線角度為主光線與平行光線的角度。
七、Entrance Pupil
入瞳。
入瞳(Entrance pupil)簡單的定義就是指在物空間所觀測到的孔徑光欄(光圈)的像；也就是孔徑光欄對前面光學元件所成的像。
EPD(Entrance Pupil Diameter)為入曈的大小；EPP(Entrance Pupil Point)為入瞳的位罝。
八、Exit Pupil
出瞳。
出瞳(Exit pupil)基本定義是在像空間觀測到的孔徑光欄，也就是孔徑光欄對後面光學元件所成的像。
九、Max Image Circle
像圓徑。
光學系統所成像的最大直徑。
十、FBL(Flange Back Length)
後焦。
鏡頭最後端至成像面的長度。
十一、Pixel
畫素。
Pixel是圖像最小的計量單位。
如1/4”1.3M的Pixel size為2.8u，長為1280 Pixel，寬為1024 Pixel，Sensor長x寬為(1280x2.8)x(1024x2.8)。
十二、MTF(Modulation Transfer Function)
光學調制傳遞函數。
Modulation (M)的定義：Modulation是 I的maximum減去I的minimum 除以I的maximum加上I的minimum；也就是(光的最亮度減去光的最暗度)與(光的最亮度加上光的最暗度)的比值，所得出來的結果M，就是光的對比度。
Sensor MTF的需求計算如下：
Sensor全頻解像力：1000/2.8u/2 = 179 lp/mm (2.8u：Pixel size) MTF > 20%(鏡頭實際值，設計值應更高)
十三、解像力(解析度)
解像力的定義為每1mm可解析的線對Line pair，單位為本(lp/mm)。
Sensor全頻解像力(黑白)：1000/2.8u/2 = 179 lp/mm，但對彩色(RGB)而言，Sensor是以每4 Pixel解析1點(如下圖)，所以Sensor所需要的本數計算如下：
中心 1000/2.8u/2/√2 = 126 lp/mm → 160 lp/mm(中心通常解析會較高)
週邊 1000/2.8u/2/√3 =103 lp/mm → 100 lp/mm(週邊為0.7F)
(√2為一般計算方式，但不同廠牌或型號Sensor處理邏輯不同，會有差異)
十四、TV-Line
掃描線。
TV-Line就是在畫面水平影象中可解析多少條線，可由解像力來換算
TV Line = Lp/mm x 2 x Sensor寬，例：1/4”1.3M Sensor
中心 1000/2.8u/2/√2 = 126 lp/mm → 126x2x1024x2.8/1000 = 722 → 700 TV Line
週邊 1000/2.8u/2/√3 =103 lp/mm → 103x2x1024x2.8/1000 = 590 → 600 TV Line
但有時會因雜訊干擾而無法解析700/600 TV Line，所以市場需求最低為：
中心 600 TV Line；週邊 500 TV Line
十五、IR-Cut Filter
IR cut filter主要是用來阻隔紅外線，使得Sensor對紅外線變得較為不敏感。
一般光譜如下：
十六、OLPF(Optical Law Pass Filter)
低通濾波器。
低通濾波器(optical low-pass filters 簡稱 OLPF ) 主要消除紗窗(aliasing)效應，應用於CCD或CMOS成像系統中，達高品質之成像效果。
OLPF是利用石英材料之雙折射特性，視各種CCD之規格需求而設計，若系統要求高品質效果，則石英需由不同厚度、角度及片數作各種堆疊設計。
下圖為有使用OLPF與無使用OPLF的差異。
貳、如何評價鏡頭
一、機能
1、解像力檢測
投影解像力是一種利用光學投影的方式進行鏡頭解像力的檢測，投影解像力是評定鏡頭解像力的簡易檢測方法。
測試標靶的樣式如下圖所示，不同半徑的圓圈代表不同視場的圓。
在各個視場所形成的圓圈中：於上、下、左、右、左上、左下、右上、右下方均有不同空間頻率分佈之黑白線對。
在測試標靶中，我們所看到的黑白條紋，有的是在成像面上沿著直徑方向排列之黑白條紋線對，另一部份則為沿著緣圓周之切線方向排列的黑白條紋線對。
分別代表用來測試徑向方向與測試切線方向的成像品質的解像力。
在下圖我們可以看到S和T兩個英文字母。
S是Sagittal Image，或稱為Radial Image，指的是弧矢向、徑向的成像，為沿著直徑方向，也就是由圓心輻射狀射出之箭頭方向的影像。
T 則是Tangential Image，也稱為 Meridinal Image，表示子午方向的成像
2、MTF檢測
使用MTF機，經適當的佈點及選擇適合的Chart線寬後，檢測鏡頭的MTF數值，如下圖：
3、實拍
使用EIA Resolution Chart，將Chart邊緣三角形對準影象邊緣(即全螢幕)，判斷TV-Line 解析的數字，如下圖：
將鏡頭以白紙實拍後存檔，計算中心、左上、左下、右上、右下的亮度，並計算相對光亮比，如下圖：
5、色(RGB)平衡
將鏡頭以ColorChecker Chart實拍後，計算R、G、B顏色比值，再與ColorChecker原數值比較其差異，如下圖：
將鏡頭以強光或日光燈，測試是否有Flare現象，如下圖：
下圖為有Flare現象：
7、Ghost
將鏡頭以蠟燭測試是否有鬼影現象，如下圖：
1、Particle(粉塵、微粒)、Scratch(傷痕)
1.1 在明亮照明下，將鏡頭置於20倍之顯微鏡下，調整焦距到鏡頭最清楚之處，顯微鏡之螢幕距眼睛約20~30公分，觀看鏡頭表面之缺點。
（下圖）
1.2 鏡頭兩面皆須檢查。
檢查規格：採用柯達標準尺之傷(SCRATCH)-60/點(DIG)-40為檢驗規格
2.1 線狀規格60：
2.1.1 鏡片之表面傷痕、長條狀異物等皆為此類，線條之最大寬度不得大於60 microns。
2.1.2 等於60或小於60之線條總長度小於鏡片直徑。
2.2 點狀規格40：
2.2.1 鏡片之表面污、異物粉塵等皆歸為此類，點之直徑不得大於100 microns。
2.2.2 小於100 microns之點其各點直徑總和小於400 microns。