3第三节光学测量仪器的基本部件
光学零部件的基本测量
干 涉 法
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第一节 光学面形偏差的检测
特点：
具有更高的测试灵敏度和准确度； 绝大部分的干涉测试都是非接触式的，不会 对被测件带来表面损伤和附加误差；
较大的量程范围；
抗干扰能力强；
干 涉 法
操作方便；
在精密测量、精密加工和实时测控的诸多领 域获得广泛应用。
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第一节 光学面形偏差的检测
分类：
干涉测试技术
按光波 分光方式
按相干光束 传播路径
按用途
干 涉 法
动 态 干 涉
10
分 振 幅 式
分 波 阵 面 式
共 程 干 涉
非 共 程 干 涉
静 态 干 涉
第一节 光学面形偏差的检测
1、干涉的概念
1）相干光 （1）频率相同 （2）位相差恒定 （3）光矢量振动方向相同 （4）光程差小于波列长度
θ
影响干涉条纹对比度的因素 -f 在干涉测量中，采取尽量减小光源尺 a) ②光源大小与空间相干性 b) c) 寸的措施，固然可以提高条纹的对比 图4-3 光阑孔大小对干涉条纹对比度的影响 干涉图样的照度，在很大程度上取决于光源 干 图 4-2 等厚干涉仪中的扩展光源 度，但干涉场的亮度也随之减弱。 的尺寸，而光源的尺寸大小又会对各类干涉 涉 图样对比度有不同的影响 : 当采用激光作为光源时，因为光源上 法
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1 §4-1 激光干涉测试技术基础 第一节 光学面形偏差的检测
K
在波动光学中，把光通过相干 x 长度所需要的时间称为相干时 1.2 影响干涉条纹对比度的因素 I 间，其实质就是可以产生干涉 ①光源的单色性与时间相干性 的波列持续时间，（其对应产 生干涉的两列波的光程差）。 如图，干涉场中实际见到的条纹是 λ到λ＋Δλλ干 λ+Δλ 因此，激光光源的时间相干性 中间所有波长的光干涉条纹叠加的结果。 涉 比普通光源好得多，一般在激 m 0 1 2 3 4 5 6 当λ＋Δ λ 的第m 级亮0 1 2 3 4 5 6 法 光干涉仪的设计和使用时不用 λ+Δ 图4-1 各种波长干涉条纹的叠加 考虑其时间相干性。 纹与λ的第m+1级亮纹重
yvq第3节-光谱法仪器与光学器件
（二）单色器 1、定义：将光源产生的复合光色散成单色光的装 置。 2、主要部件 （1）进口狭缝； （2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平 行光线； （3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射 以不同的角度进行传播； （4）聚焦透镜或凹面反射镜，使每个单色光束在 单色器的出口曲面上成像。
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（2）特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中
，元素由离子态→原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰
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二、光分析法仪器的基本单元
main parts of spectrometry
（四）检测器 （1）光检测器
硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极管 阵列检测器、半导体检测器； （2）热检测器
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内容选择：
第一节 光分析基础
fundamental of optical analysis
第二节 原子光谱与分子光谱
atom spectrum and molecular spectrum
第三节 光谱法仪器与光学器件
instruments for spectrometry and optical parts
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一、光分析法仪器的基本流程
general process of spectrometry
光谱仪器通常包括
五个基本单元：
（一）光源
（二）单色器
（三）样品装置
（四）检测器
（五）显示与数据处理
系统
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二、光分析法仪器的基本单元
main parts of spectrometry
（一）光源 依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光
光学测量技术及仪器
第五章光学测量技术及仪器光与物质相互作用可以产生各种光学现象(如光的折射、反射、散射、透射、吸收、旋光以及物质受激辐射等)，通过分析研究这些光学现象，可以提供原子、分子及晶体结构等方面的大量信息。
所以，不论在物质的成分分析、结构测定及光化学反应等方面，都离不开光学测量。
任何一种光学测量系统都包括光源、滤光器、盛样品器和检测器这些部件，它们可以用各种方式组合以满足实验需要。
下面介绍物理化学实验中常用的几种光学测量仪器。
第一节阿贝折射仪折射率是物质的重要物理常数之一，许多纯物质都具有一定的折射率，如果其中含有杂质则折射率将发生变化，出现偏差，杂质越多，偏差越大。
因此通过折射率的测定，可以测定物质的浓度，鉴定液体的纯度。
而阿贝折射仪则是测定物质折射率的常用仪器。
下面介绍其工作原理和使用方法。
一、阿贝折射仪的构造原理阿贝折射仪的外形图如图1-5-1所示。
当一束单色光从介质A进入介质B(两种介质的密度不同)时，光线在通过界面时改变了方向，这一现象称为光的折射，如图1-5-2所示。
图1-5-2光的折射第一篇 基础知识与技术2 图1-5-1 阿贝折射仪外形图1-测量望远镜；2-消色散手柄；3-恒温水入口；4-温度计；5-测量棱镜；6-铰链；7-辅助棱镜；8-加液槽；9-反射镜；10-读数望远镜；11-转轴；12-刻度盘罩；13-闭合旋钮；14-底座光的折射现象遵从折射定律：B A,A B sin sin n n n ==βα (1)式中，α为入射角；β为折射角；n A 、n B 为交界面两侧两种介质的折射率；n A,B 为介质B 对介质A 的相对折射率。
若介质A 为真空，因规定n ＝1.0000，故n A,B ＝n B 为绝对折射率。
但介质A 通常为空气，空气的绝对折射率为1.00029，这样得到的各物质的折射率称为常用折射率，也称作对空气的相对折射率。
同一物质两种折射率之间的关系为：绝对折射率＝常用折射率×1.00029根据式(1)可知，当光线从一种折射率小的介质A 射入折射率大的介质B 时(n A ＜n B )， 入射角一定大于折射角(α＞β)。
光学测量的基本知识
光学测量的基本知识一.典型的光学测试装置-----光具座光具座的类型一般以其上的平行光管EFL的长短来区分,例如: GXY---08A型之EFL=1200mm.我们的光具座:MSFC---Ⅳ型有3个准直镜头,EFL1=550mm,F/NO=10EFL2=200.61mm,F/NO=4EFL3=51.84mm,F/NO=4 其组成如下:1.平行光管. 2.透镜夹持器. 3.V型座. 4测量显微镜.5.导轨底座.6.光源.7. 光源变压器.8.光源调压器.9.附件.1.平行光管又称准直仪,它的作用是提供无限远的目标或给出平行光.其组成如下:物镜EFL=550mm 分划板分划板的形式有多种,例如(1)十字或十字刻度分划板,(2)分辨率板,(3)星点板,(4)玻罗板(PORRO).2.透镜夹持器用来夹持被测镜片或镜头,並保持光轴的一致性.-1-3.V型座用来放置EFL=200.61mm和EFL=51.84mm准直物镜, 並保持光轴一致性.4.测量显微镜是一个带有目镜测微器的显微镜. 用来进行各种测量. 目镜测微器有多种.最常用的是螺杆目镜测微器,其螺距为0.02mm,则每格值为0.002mm.5.导轨底座导轨很精密,用它把1.平行光管. 2.透镜夹持器. 3.V型座. 4测量显微镜等联在一起,称为光具座.6.附件:各种倍数和不同数值孔径的显微镜物镜,各种分划板.光具座主要测量(1)正,负透镜和照相物镜,望远物镜的焦距(EFL).(2)正,负透镜和照相物镜,望远物镜的截距(BFL)(3)检测照相物镜,望远物镜的分辨率.(4)检测照相物镜,望远物镜的星点.(5) 照相物镜,望远物镜的F/NO.(6)加上其它光学器件和机械装置,可以组成多种光学测量装置.-2-一.焦距(EFL)的测量光学系统和透镜的重要参数---焦距(EFL),迄今已有多种行之有效的测量方法.1.放大率法.2.自准直法.3.附加透镜法.4.精密测角法.5. 附加接筒法.6.固定共軛距离法.7. 附加已知焦距透镜法.8.反转法.9.光栅法.10.激光散斑法.11.莫尔条纹同向法.(一)放大率法测量原理是目前最常用的方法,主要用于测量望远物镜,照相物镜,目镜的焦距(EFL)和后截距(BFL).也可以用于生产中检验正,负透镜的焦距(EFL)和后截距(BFL).被测透镜或物镜位于平行光管前, 平行光管物镜焦面上分划板的一对刻线就成像在被测物镜的焦面上.这对刻线的间距y和它的像的间距y¹与平行光管物镜焦距f c和被测物镜的焦距f¹有如下关系:y¹/y = f¹/f¹c 或 f¹ = f¹c(y¹/y)必须指出,由于负透镜成虚像,用测量显微镜观测这个像时, 显微镜的工作距离必须大于负透镜的焦距.-3-(二)一种简易测量焦距的方法在没有光具座的情况下,可用下面简易方法,但精度差.方法:用两次测量不同物距上被测物镜的横向放大率求焦距.根据高斯公式: F*=βX=-X*/β可得F*=E/γ2-γ1γ1=1/β1=Y1/Y1 , γ2=1/β2=Y2/Y2*A. 这种方法存在理论误差,必须要加以修正. 修正系数为:√1+(H/F*)2,所以:F*实际=F*×√1+(H/F*)2B. 镜头的球差对测量有很大影响,所以测出的焦距值是近似值.C. 测量人员的技术和对E,Y1,Y2,Y1*,Y2*测量的准确性非常重要,否则测出的焦距值将远远偏离真正值,而不能相信和使用.D. 焦距的准确测量,必须在光具座上用其它方法进行.E. 为了用这种方法测量, 必须有以下设备:简易导轨,夹持器,白色屏幕,有毫米刻度的物,精度为0.01mm的长度量测仪器.F. 要多次重复量测,取平均值.二.星点检验(一)原理星点检验法是对光学系统进行像质检验的常用方法之一,在光学系统设计,制造及使用中,人们关心的是其像质,並希望将像质与各种影响因素联系起来,借以诊断问题,提出改进措施, 星点检验在一定程度上可胜任上述工作.光学系统对非相干照明物体或自发光物体成像时,可将物光强分布看成是无数多个具有不同强度的独立发光点的集合,每一个发光点经光学系统后,由于衍射和像差以及工艺庇病的影响,在像面处得到的星点像光强分布是一个弥散斑,即点扩散函数(PSF).像面光强分布是所有星点像光强的叠加结果.因此, 星点像光强分布规律决定了光学系统成像的清晰程度,也在一定程度上反映了光学系统成像质量.上述点基元观点是进行星点检验的依据.-4-按点基元观点,通过考察一个点光源(星点)经过光学系统所成像,以及像面前后不同截面衍射图形的光强变化及分布,定性地评价光学系统成像质量,即是星点检验法.上面图形是艾里斑光强分布.(二)星点检验装置1.平行光管,2.光源,3.星孔(星点板),4.观察显微镜.对平行光管的要求:物镜像质要好,通光孔径要大于被检镜头.并用聚光镜照明星孔.星孔直径应小于:D max=0.61λf¹/D其中D---被检镜头入瞳直径f¹---平行光管物镜焦距-5-对观察显微镜的要求: 数值孔径NA等于或大于被检镜头的像方孔径角. 显微镜总放大率应为:Γ=(250~500)D/f¹.D/f¹---被检镜头的相对孔径.星点检验能判定: (1)光学系统的共轴性(2)球差(3)位置色差(4)慧差(5)像散(6)其它工艺疪病-6--7-四．分辨率检测分辨率检测可给出像质的数字指标，容易测量与比较。
影像测量仪结构组成
影像测量仪结构组成一、引言影像测量仪是一种高精度的测量设备，广泛应用于工业制造、汽车制造、航空航天等领域。
其结构组成是影响其测量精度和使用效果的关键因素之一。
本文将介绍影像测量仪的结构组成。
二、基本结构影像测量仪的基本结构包括光学系统、机械系统和电子系统三部分。
1.光学系统光学系统是影像测量仪最为重要的部分，主要用于获取被测物体表面的图像信息。
其主要组成部分包括镜头、光源、滤波器等。
（1）镜头镜头是光学系统中最为核心的部分，其质量直接影响到影像测量仪的精度和分辨率。
常见的镜头有透镜和反射镜两种类型，其中透镜常用于低倍率下对被测物体进行观察和测量，反射镜则常用于高倍率下对被测物体进行观察和测量。
（2）光源光源主要用于照明被测物体表面以获取清晰的图像信息。
常见的光源有白光、激光等。
其中，激光具有高亮度、高单色性、高方向性等优点，在高精度测量中得到广泛应用。
（3）滤波器滤波器主要用于过滤掉环境中的干扰光线，提高被测物体表面的图像对比度和清晰度。
常见的滤波器有偏振片、中心滤镜等。
2.机械系统机械系统是影像测量仪的支撑结构，主要用于保证被测物体在测量过程中的稳定性和准确性。
其主要组成部分包括基座、移动平台、运动控制系统等。
（1）基座基座是机械系统中最为重要的部分，其质量和稳定性直接影响到影像测量仪的精度和准确性。
常见的基座材料有大理石、花岗岩等。
（2）移动平台移动平台是机械系统中用于支撑被测物体并进行移动的部分。
常见的移动平台有手动平台和自动平台两种类型，其中自动平台具有更高的精度和稳定性。
（3）运动控制系统运动控制系统主要用于控制移动平台的运动轨迹和速度，保证测量过程中的准确性和稳定性。
常见的运动控制系统有步进电机、伺服电机等。
3.电子系统电子系统是影像测量仪中用于处理图像信息和输出测量结果的部分。
其主要组成部分包括图像采集卡、数字信号处理器、计算机等。
（1）图像采集卡图像采集卡主要用于将光学系统中获取到的图像信息转换为数字信号，并传输到计算机进行处理。
(光学测量技术)第2章常用光学测量仪器及基本部件
第 2 章 常用光学测量仪器
及基本部件
2. 1 平行光管 2. 2 自准直目镜 2. 3 测微目镜 2. 4 光具座 2. 5 测角仪器 2. 6 积分球和球形平行光管 2. 7 单色仪 2. 8 干涉仪 2. 9 波面相位光电检测技术 本章小结 思考题与习题
第2章 用光学测量仪器及基本部件
第2章 用光学测量仪器及基本部件
图 2.4 自准直法调校平行光管
第2章 用光学测量仪器及基本部件
2. 调焦误差 1 )分划板对焦面的调焦误差 用自准直法调校平行光管，是通过对分划板上的分划与 其反射像的调焦来实现的。当分划板对物镜的焦平面偏离很 小时，容易证明 AF'1 ≈ F'1 A' ，因此有
基于这些考虑，设计出了远物法、五棱镜法、双经纬仪 法、可调前置镜法、自准直法以及三管法等多种方法。下面 介绍几种常用的方法。
第2章 用光学测量仪器及基本部件
一、 自准直法 所谓自准直法，是指使位于分划板面上的发光物(一般 是指被照明，而不是自发光)发出的光线经物镜出射后，由 反射面反射回来，并且又成像在分划面上的方法。能够实现 自准直法的望远镜和显微镜，分别称为自准直望远镜及自准 直显微镜。
技能要求 1. 能够在实验中正确使用平行光管。掌握光学测量中的 重要方法———自准直法。 2. 能够在实验中正确使用前置镜、自准直显微镜及测微 望远镜和测微显微镜。 3. 能够根据测量要求正确选用光具座的相关配件。 4. 能够利用精密测角仪或经纬仪进行有关角度方面的测 量。 5. 能够根据实际要求选择并使用合适的单色仪。 6. 能够利用干涉仪进行面形偏差、曲率半径等参数的测 量。
第2章 用光学测量仪器及基本部件
图 2.5 用五棱镜和前置镜调校平行光管
光学零部件的基本测量
2nh / cosi 2h sin in sin i / cosi 2nh / cosi (1 sin 2 i) 2nh cosi 1 2 2 2 cosi 1 sin i / n n sin 2 i n 2 2
2h n sin i f (h, n, i)
I max I min
式中，Imax、Imin 分别为静态干涉场中光强的最大值和最小值， 也可以理解为动态干涉场中某点的光强最大值和最小值。
干 涉 法
当 Imin = 0时K＝1，对比度有最大值；而当 Imax= Imin时K＝ 0，条纹消失。在实际应用中，对比度一般都小于1。 对目视干涉仪可以认为：当 K ＞ 0.75 时，对比度就算是好的； 而当K＞0.5时，可以算是满意的；当K＝0.1时，条纹尚可辨 认，但是已经相当困难的了。 对动态干涉测试系统，对条纹对比度的要求就比较低。
光学测量
第三章 光学零部件的基本测量
光学测量
第三章 光学零部件的基本测量
第三章 光学零部件的基本测量
第一节 光学面形偏差的检测
光学测量
第一节 光学面形偏差的检测
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第一节 光学面形偏差的检测
概述： 光学干涉测试技术最初在光学零件和光学系统 的检验中获得广泛应用。 在光学零件面型、平行度、曲率半径等的测量 中，斐索型干涉测量法与在光学车间广泛应用的 牛顿型干涉测量法（样板法或牛顿型干涉法）相 比，属于非接触测量。
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①使参考光束只通过被检光学系统 特点： 第一节 §4-1 激光干涉测试技术基础 光学面形偏差的检测 的小部分区域，因而不受系统像差 ①抗环境干扰； 的影响，当此参考光束和经过该光 ②在产生参考光束时，通常不需要尺 学系统全孔径的检验光束相干时， 共程干涉和非共程干涉 寸等于或大于被测光学系统通光口径 就可直观地获得系统的缺陷信息。 在普通干涉仪中，由于参考光束和测试光束沿着分开的光路行进， 如散射板干涉仪、点衍射干涉仪等。 的光学标准件； ②大多数的共程干涉仪中，参考光 故这两束光受机械振动和温度起伏等外界条件的影响是不同的。 ③在视场中心两支光束的光程差一般 束和测试光束都受像差的影响，干 干 因此，在干涉测量过程中，必须严格限定测量条件，采取适当的 涉是由一支光束相对于另一支光束 为零，因此可以使用白光光源。 保护措施，否则干涉场上的干涉条纹是不稳定的，因而不能进行 错位产生的。这时，得到的信息不 是直观的，需要作某些计算才能确 精确的测量。这类干涉仪，称为非共程干涉仪。 定被测波面形状，如各种类型的剪 若参考光路和测试光路经过同一光路，这类干涉仪称为共程干涉 切干涉仪。
常见光学元件资料
2.4 光栅
光栅的应用1—光栅尺 光栅尺，属光电传感器，多应用在精密机加工和数
控机床上，用来精密测量物体的位移，作用是对刀具 和工件的坐标起一个检测的作用，在数控机床中常用 来观察其是否走刀有误差，以起到一个补偿刀具的运 动的误差的补偿作用。
2.1 反射器
雷达反射器—应用领域 1、隐真示假、欺骗迷惑敌人；
（真假桥、模拟海军舰队的队形等） 2、海上遇险救生；
木制船及救生艇放置雷达反射器，可提高大型船 舶的雷达回波显示，避免碰撞减少意外； 3、航道船舶航行安全；
海面养殖及作业的小船放置雷达反射器，避免船 舶误入造成不必要的损失；沉船、暗礁、浅礁应放 置雷达反射器，防止在特殊气象条件下船舶航行出 现意外。
2.4 光栅
光栅与F-P的分光性能比较 光栅和F-P是两种不用类型的分光元件，前者运
用波段宽，但所得光谱线也宽，不能作精细分析，后 者虽然只能用于极窄的波段范围，但所得谱线也窄， 故可在小范围内作谱线精细分析。
因此，两者各有各的独到之处，相互补充，不能 彼此替代。
2.4 光栅
光栅的应用1—光栅尺 将指示光栅上的栅线与标尺光栅上的栅线成一角
纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽。 它是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护
膜层压而成的复合材料。
2.5 偏振器
偏振片—应用
1、用两片重叠，一片旋转，调节暗度，以观日全食； 2、一眼一片，轴偏差90度，可观立体电影 ； 3、数码摄像，可去除玻璃的反光，提高摄像效果； 4、汽车驾驶室前玻璃，可有效地减小对面车强光的影 响，从而减少交通事故发生； 5、 医学检查，对患者视力损坏程度进行评估。
2.5 偏振器
光学测量的基本知识
光学测量的基本知识一.典型的光学测试装置-----光具座光具座的类型一般以其上的平行光管EFL的长短来区分,例如: GXY---08A型之EFL=1200mm.我们的光具座:MSFC---Ⅳ型有3个准直镜头,EFL1=550mm,F/NO=10EFL2=200.61mm,F/NO=4EFL3=51.84mm,F/NO=4 其组成如下:1.平行光管. 2.透镜夹持器. 3.V型座. 4测量显微镜.5.导轨底座.6.光源.7. 光源变压器.8.光源调压器.9.附件.1.平行光管又称准直仪,它的作用是提供无限远的目标或给出平行光.其组成如下:物镜EFL=550mm 分划板分划板的形式有多种,例如(1)十字或十字刻度分划板,(2)分辨率板,(3)星点板,(4)玻罗板(PORRO).2.透镜夹持器用来夹持被测镜片或镜头,並保持光轴的一致性.-1-3.V型座用来放置EFL=200.61mm和EFL=51.84mm准直物镜, 並保持光轴一致性.4.测量显微镜是一个带有目镜测微器的显微镜. 用来进行各种测量. 目镜测微器有多种.最常用的是螺杆目镜测微器,其螺距为0.02mm,则每格值为0.002mm.5.导轨底座导轨很精密,用它把1.平行光管. 2.透镜夹持器. 3.V型座. 4测量显微镜等联在一起,称为光具座.6.附件:各种倍数和不同数值孔径的显微镜物镜,各种分划板.光具座主要测量(1)正,负透镜和照相物镜,望远物镜的焦距(EFL).(2)正,负透镜和照相物镜,望远物镜的截距(BFL)(3)检测照相物镜,望远物镜的分辨率.(4)检测照相物镜,望远物镜的星点.(5) 照相物镜,望远物镜的F/NO.(6)加上其它光学器件和机械装置,可以组成多种光学测量装置.-2-一.焦距(EFL)的测量光学系统和透镜的重要参数---焦距(EFL),迄今已有多种行之有效的测量方法.1.放大率法.2.自准直法.3.附加透镜法.4.精密测角法.5. 附加接筒法.6.固定共軛距离法.7. 附加已知焦距透镜法.8.反转法.9.光栅法.10.激光散斑法.11.莫尔条纹同向法.(一)放大率法测量原理是目前最常用的方法,主要用于测量望远物镜,照相物镜,目镜的焦距(EFL)和后截距(BFL).也可以用于生产中检验正,负透镜的焦距(EFL)和后截距(BFL).被测透镜或物镜位于平行光管前, 平行光管物镜焦面上分划板的一对刻线就成像在被测物镜的焦面上.这对刻线的间距y和它的像的间距y¹与平行光管物镜焦距f c和被测物镜的焦距f¹有如下关系:y¹/y = f¹/f¹c 或 f¹ = f¹c(y¹/y)必须指出,由于负透镜成虚像,用测量显微镜观测这个像时, 显微镜的工作距离必须大于负透镜的焦距.-3-(二)一种简易测量焦距的方法在没有光具座的情况下,可用下面简易方法,但精度差.方法:用两次测量不同物距上被测物镜的横向放大率求焦距.根据高斯公式: F*=βX=-X*/β可得F*=E/γ2-γ1γ1=1/β1=Y1/Y1 , γ2=1/β2=Y2/Y2*A. 这种方法存在理论误差,必须要加以修正. 修正系数为:√1+(H/F*)2,所以:F*实际=F*×√1+(H/F*)2B. 镜头的球差对测量有很大影响,所以测出的焦距值是近似值.C. 测量人员的技术和对E,Y1,Y2,Y1*,Y2*测量的准确性非常重要,否则测出的焦距值将远远偏离真正值,而不能相信和使用.D. 焦距的准确测量,必须在光具座上用其它方法进行.E. 为了用这种方法测量, 必须有以下设备:简易导轨,夹持器,白色屏幕,有毫米刻度的物,精度为0.01mm的长度量测仪器.F. 要多次重复量测,取平均值.二.星点检验(一)原理星点检验法是对光学系统进行像质检验的常用方法之一,在光学系统设计,制造及使用中,人们关心的是其像质,並希望将像质与各种影响因素联系起来,借以诊断问题,提出改进措施, 星点检验在一定程度上可胜任上述工作.光学系统对非相干照明物体或自发光物体成像时,可将物光强分布看成是无数多个具有不同强度的独立发光点的集合,每一个发光点经光学系统后,由于衍射和像差以及工艺庇病的影响,在像面处得到的星点像光强分布是一个弥散斑,即点扩散函数(PSF).像面光强分布是所有星点像光强的叠加结果.因此, 星点像光强分布规律决定了光学系统成像的清晰程度,也在一定程度上反映了光学系统成像质量.上述点基元观点是进行星点检验的依据.-4-按点基元观点,通过考察一个点光源(星点)经过光学系统所成像,以及像面前后不同截面衍射图形的光强变化及分布,定性地评价光学系统成像质量,即是星点检验法.上面图形是艾里斑光强分布.(二)星点检验装置1.平行光管,2.光源,3.星孔(星点板),4.观察显微镜.对平行光管的要求:物镜像质要好,通光孔径要大于被检镜头.并用聚光镜照明星孔.星孔直径应小于:D max=0.61λf¹/D其中D---被检镜头入瞳直径f¹---平行光管物镜焦距-5-对观察显微镜的要求: 数值孔径NA等于或大于被检镜头的像方孔径角. 显微镜总放大率应为:Γ=(250~500)D/f¹.D/f¹---被检镜头的相对孔径.星点检验能判定: (1)光学系统的共轴性(2)球差(3)位置色差(4)慧差(5)像散(6)其它工艺疪病-6--7-四．分辨率检测分辨率检测可给出像质的数字指标，容易测量与比较。
分光光度计的组成部件及作用
分光光度计的组成部件及作用分光光度计是一种常用的实验仪器，用于测量物质吸收或透射光的强度。
它主要由光源、样品室、单色器、检测器和信号处理器等组成。
每个部件都扮演着不同的角色，共同完成光度测量的任务。
1. 光源：光源是分光光度计中最基本的组件之一。
它提供光的辐射能量，常见的光源有白炽灯、氘灯和钨灯等。
光源的选择要根据实验需求来确定，不同的光源在不同波长范围内的辐射能量有所差异。
2. 样品室：样品室是放置样品的空间，通常是一个透明的容器。
它的作用是将待测样品与光进行交互，使光通过样品并与样品发生作用。
样品室需要具有良好的光学性能，例如高透射率和低散射率，以保证测量结果的准确性。
3. 单色器：单色器用于将光源发出的宽谱光分解成单一波长的光线。
这是分光光度计的核心部件之一。
常见的单色器有棱镜和光栅单色器。
单色器的作用是选择特定的波长范围进行测量，以便获得准确的吸光度值。
4. 检测器：检测器是分光光度计中用于测量光强度的部件。
常见的检测器有光电二极管（Photodiode）、光电倍增管（Photomultiplier tube）和半导体激光器（Semiconductor laser）等。
检测器能够将光转化为电信号，并输出到信号处理器进行处理。
5. 信号处理器：信号处理器负责接收来自检测器的电信号，并进行放大、滤波和数字转换等处理。
它能够将信号转化为可读的吸光度值，并通过显示器或记录仪等输出设备显示出来。
信号处理器的性能直接影响到测量结果的准确性和稳定性。
以上是分光光度计的主要组成部件及其作用。
除了这些基本部件外，还可以根据实际需要添加其他辅助部件，如温控装置、自动进样系统等，以提高实验的精确度和自动化程度。
分光光度计的组成部件相互配合，完成了光的发射、分光、样品与光的交互、光的检测和信号处理等一系列操作。
它在化学、生物、医药、环境等领域的实验和分析中具有重要的应用价值，为科学研究和工业生产提供了可靠的光学检测手段。
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第一章 光学测量基础
付跃刚
光电工程学院
第一章光学测量基础
§1．1 测量误差与数据处理 §1．2 目视光学仪器的对准误差和调焦误差 §1．3 光学测量仪器的基本部件
主要内容
2
第一章 光学测量基础
第三节 光学测量仪器的基本部件
光学测量
第三节光学测量仪器的基本部件
光具座与光学平台 平 行 光 管 自 准 直 目 镜 目 镜 测 微 器
45
5.五棱镜法调校平行光管
调校平行光管
f 550 mm ,D 55mm , 1, 15, 0.00056 mm
D0 80, N 0.25
(
自准直法
1
1.清晰度法
SD1
1 2 3 (
550 22 25
D
55 2.5mm 22
亮视场暗线
三
位置，给使用带来方便。
缺 点: 是结构比较复杂，亮度损失较大（介于前两者 之间），易失调。 目镜分划板
自 准 直 目 镜
辅助分划板 分束棱镜 毛玻璃
15
第三节光学测量仪器的基本部件
三
自 准 直 目 镜
16
第三节光学测量仪器的基本部件
比较 项目
反射 像亮度 称度 视场 视放 大率 失调
第七章 光学传递函数测量
光学传递函数仪
32
1.平行光管介绍
星模拟器 红外模拟器 激光准直发射 ………..
光学球径仪
平 行 光 管 有 什 么 用 途 ？
地球模拟器
自准直仪
33
1.平行光管介绍
为 什 么 要
调
校 自准直光管的工作原理
十字线与其倒像之间将错开距离t为：
平
行 光
t f tan 2
作用：用来模拟无限远目标或发出平行光
29
1.平行光管介绍
透射式平行光管物镜形式
F(mm) D/f 物镜形式
<500 1/6~1/10 >500 1/10~1/15 检验象质的平行光管 200～300 1／4.5~1/7
双胶合 双分离 复消色差 大视场平行光管
反射式平行光管物镜形式
同轴平行光管物镜
三 自 准 直 目 镜
26
第三节光学测量仪器的基本部件
三 自 准 直 目 镜
27
四、平行光管及其调校方法
要解决那些问题呢？
1.什么是平行光管？ 2.平行光管有什么用途？ 3.为什么要调校平行光管？ 4.什么方法调校平行光管呢？
28
1.平行光管介绍
平行光管组成：望远物镜(或照相物镜） 和安置在物镜焦面上的分划板。
0.000073(mm) 0.073m
0.1 10 10
3.测微目镜部件
必须与物镜结合使用 自准直望远镜
自 准 直 目 镜
自准直显微镜
三种形式（根据照明方式划分）
9
三
R
自准直显微镜
自 准 直 目 镜
自准直望远镜
10
第三节光学测量仪器的基本部件 高斯目镜：平面镜垂直于视轴自准像与分划重合
优 点：高斯型系统是目镜视场不受遮挡，且分划 板上的刻划位于视场正中，观察方便。 缺 点：是亮度损失大，因而自准直像较暗；另外， 为安置分光镜，目镜焦距较长，因而无法获得较 大的放大倍数。 高斯型主要应用于普通光学自准直仪的光学系统。
牛顿式 卡塞格林式 格里高利式 ……
离轴平行光管物镜
离轴牛顿式 离轴三反消象散（TMA） ……
30
1.平行光管介绍
由平行光管为主要部件组成的光具座： 自准望远镜法测量曲率半径（3.2.3节） 放大率法测焦距（4.4.1节） 光学系统星点检验（5.1节） 光学系统的分辨率检验（5.2节） 哈特曼法检测几何象差（5.3.1节） 摄影物镜畸变检测--节点滑轨法检测畸变（5.3.2节） 杂光扩散函数(GSF)的检测（6.3节）
49
拓展
50
五棱镜其他应用
51
第三节光学测量仪器的基本部件
1、螺杆式测微目镜
五
测 微 目 镜
52
第三节光学测量仪器的基本部件
五
测 微 目 镜
53
第三节光学测量仪器的基本部件
细分原理
五
测 微 目 镜
54
第三节光学测量仪器的基本部件
微小量测量
五
测 微 目 镜
55
第三节光学测量仪器的基本部件
三
暗视场亮线
a
自 准 直 目 镜
a
分划板 照明棱镜
13
第三节光学测量仪器的基本部件
三
自 准 直 目 镜
14
第三节光学测量仪器的基本部件
双分划板目镜：平面镜垂直于视轴则亮十字线象与主 分划重合目镜和分划板之间无光学元件。
优 点: 是视场不被遮挡，刻线可位于视场中央；目镜焦 距短，可获得较大的放大倍率。另外目镜和光源可互换
改进形式
五测 微 目 镜源自56第三节光学测量仪器的基本部件
阿基米德螺旋线式测微目镜
五
测 微 目 镜
57
第三节光学测量仪器的基本部件
万能工具座的测量显微镜，其物镜的轴向放大率
10 ，NA=0.25,目镜放大率
10,用叉丝对准方式 0.1
0.073
测量显微镜的对准误差为
一、光具座
1 2 3 4
5
1－平行光管
2－透镜夹持器
3－测量显微镜
4－测微目镜
5－导轨
光具座的结构示意图
6
第三节光学测量仪器的基本部件
一
光 具 座
7
第三节光学测量仪器的基本部件
二
光 学 平 台
8
第三节光学测量仪器的基本部件
目镜，自带分划板及照明装置。 自准直仪 三
1.体外反射镜
2.物镜光管部件
三
平 行 光 管
36
第三节光学测量仪器的基本部件
三
平 行 光 管
37
第三节光学测量仪器的基本部件
五、平行光管调校 1.远物法
调焦误差
SD1
SD1
1
五
1 0.29 2 4 ( ) ( 2 )2 D 3D 3
清晰度法
0.58 3 ( D d ) 2
消视差法
物体在有限距离引起的误差
3)温度对校正状况影响小
光
管 ？
35
1.平行光管介绍
平行光管的分划板的形式有许多种，主要区别在于玻璃板上刻度形 式的不同。 十字线分划板 十字刻度分划板 分辨率板 星点板----用在玻璃上镀膜或激光加工的方法制得，透光孔直径小 于0.05mm，最小的为6μm。小孔光阑一般用圆金属薄板或锡箔， 在中心钻孔而成。 玻罗板----上面刻有四对间距不同、线条宽度也不相同的刻线，专 门供测量透镜焦距用。
47
5.五棱镜法调校平行光管
准直法简单易行，但误差较大，适合于调校口径 较小的平行光管； 五棱镜法调校准确度较高，但操作校繁，适用于 调校大口径平行光管。
48
5.五棱镜法调校平行光管
思考：为什么要用五棱镜？其他棱镜可否？
五棱镜为偶次 反射绕Z轴旋 转产生的像偏 转
反射棱镜国际标准
直角棱镜为奇 次反射绕Z轴 旋转产生的像 偏转
自 准 直 目 镜
21
第三节光学测量仪器的基本部件
三
自 准 直 目 镜
22
第三节光学测量仪器的基本部件
三
平直度检查仪光学系统
1-光源；2-滤光片；3-分划板；4-立方直角棱镜； 5、6-反射镜；7-物镜；8-体外反射镜；9-固定分划板； 10-活动分划板； 11-目镜； 12-测微螺杆；13-测微鼓轮
平面镜面形误差
SD0 4 N 4 0.56 0.25 8.8 10 5 (m 1 ) 2 2 D 80
46
5.五棱镜法调校平行光管
五棱镜法
SD
1 1
Dp 30mm, Q 22
0.29 3 Q ( D D p )
0.29 0.25 3 22 (55 30) 7.6 105 ( m 1 )
41
5.五棱镜法调校平行光管
五棱镜法调校平行光管原理？ 五棱镜法调校平行光管误差？ 为什么要用五棱镜？ 五棱镜的其他应用？
42
5.五棱镜法调校平行光管
F
f c
前 置 镜
F
x
前 置 镜 43
5.五棱镜法调校平行光管
44
5.五棱镜法调校平行光管
五棱镜法调校平行光管误差
消视差法误差
SD / 2
自 准 直 目 镜
平直度检查仪目镜视场
23
第三节光学测量仪器的基本部件
三
1--反射镜； 2--可动板； 3--压圈； 4--反射镜座； 5--球头螺钉； 6--调节螺钉 （共三个）
自 准 直 目 镜
体外反射镜结构
24
第三节光学测量仪器的基本部件
三
自 准 直 目 镜
25
第三节光学测量仪器的基本部件
t---称为偏离量
当α很小时，
t 2 f
管
？
34
1.平行光管介绍
为
sin 2 dt df d ( ) 2 t f
t f tan 2
sin 2 2 ( t 2 f 2 ) ( ) t f
什 么
要
调 校 平 行
讨论：f长有利，
1)
2)象质好
1
x物
＝
2 （
D d － ) 2 4