光学测量原理和技术

第一章、对准、调焦

・对准、调焦的定义、目的；

1. 对准又称横向对准，是指一个对准目标与比较标志在垂直瞄准轴方向像的重合或置 中。目的：瞄准目标（打靶）；精确定位、测量某些物理量（长度、角度度量）。

2、 调焦又称纵向对准，是指一个目标像与比较标志在瞄准轴方向的重合。

目的：

-使目标与基准标志位于垂直于瞄准轴方向的同一个面上，也就是使二者位于同一空间 深度；

-使物体（目标）成像清晰；

-确定物面或其共轨像面的位置一定焦。

人眼调焦的方法及其误差构成；

清晰度法：以目标和标志同样清晰为准则：

消视差法：眼睛在垂直视轴方向上左右摆动，以看不出目标和标志有相对横 移为准则。可将纵向调焦转变为横向对准。

清晰度法误差源：几何焦深、物理焦深：

消视差法误差源：人眼对准误差；

几何焦深：人眼观察目标时，目标像不一定能准确落在视网膜上。但只要目标上一点在视网膜上生

成的弥散斑直径小于眼睹的分辨极限，人眼仍会把该弥散斑认为是一个点，即认为成像清晰。山此

所带来的调焦误左，称为几何焦深。

物理焦深：光波因眼瞳发生衍射，即使假定为理想成像，视网膜上的像点也不再泉一个几何点，而

是一个艾里斑。若物点沿轴向移动后，眼瞳面上产生的波像差小于XK（常取K-6）,此时人眼仍

（清晰度）人眼调焦扩展不确定度：

（消视差法）人眼调焦扩展不确定度:

人眼摆动距离为b,所选对准扩展不确定度为 g 不 6

•对准误差、调焦误差的表示方法；

对准：人眼、望远系统用张角表示；显微系统用物方垂轴偏离量表示；

调焦：人眼、望远系统用视度表示；显微系统用目标与标志轴向间距表示

•常用的对准方式;

力述图 人BOH金扩观不审定废

压线对笊 单红与m线盘旁对出

15- 1 •线宽不宜大于1’

7.分界薮”应扫夹找対准

10° 1. 三找严❖TfT

2. 两平行蛭中心间见务

i(r 与叉饮的创平 分壊史合对程

孩址喪线对冷

i(r 衣盘与狹羅严恪平乔 分辨不出视网膜上的衍射图像有什么变化。 #11 8/1

°厂厂厂両 ・ 光学系统在对准、调焦中的作用；

望远系统：对准扩展不确定度 y =

於0’

p r

借助光学系统提高对准和调焦对准度

■提高对准精度、调焦精度的途径；

书上没有？ ？ ？

补充：

消视差法特点：将纵向调焦转变为横向对准；可通过选择误差小的对准方式来提高调焦精确 度；不受焦深影响

第二章自准仪基本部件

・光具座的主要构造；

・ 平行光管（准直仪）

• 带回转工作台的白准直望远镜（前置镜〉

• 透镜夹持器

• 带13镜测微器的测虽显微镜

• 底座调焦

显微系统：对准

调焦

NA D—1 心= / 、

2nA

1 2NA (6(心)*

概述 内容 公式/概念 单位 值得注意的问邂

1•对准也称横向对准•是播基准目标与比较标志在

垂宜.于瞄准轴方向的重台或置中：

2•调倍也称纵向对准，是指目标像与比较标志在沿

瞄准轴方向的玉合。 无 1•基准目标与比较标志的含

义与区别：

2. 瞄准轴的概念；

3. 调焦与对准的目的:

4. 调焦与对准的亥示法.

人眼自 1 •对准

身（不 通过光

学仪器）2•调偉 1 •压践対准.游标对准.夹綫对准、叉线对准.狭 縫叉线或狭縫夹战对准 2.

几何魚深：（/）\ = ae/De 物理焦深5 （t>\ =

SA/KD； 消祝差法細 ;6 b

1•几何企深“物11余深的含 义及计篦式由来：

2.消视差法的待点.

光器对差

光器准与率系

光雅凋差 过仪的浜

过仪对差第关

过仪的误

通学后淮

通学后误分的

通学后焦 1 •用望远镜观察时的对准谋y = 6卩 e

df\ 2505

•用显微做观蔡时的对准i^y=一〒

2•与望远系统分耕率的关系益

2•与显微系统分耕率的关系①需 丄〜丄 -0 1 \ 16

CH D

0.5 U

£ = --------

NA

2.渭视差法 "脇卜牆I 2nA

6(耐

(b =

「(D—1)x10-' NA £)'一1 1. 使用光学仪器能威小对准

谋差：

2. 望远系统与显徴疾统对•准 決差描述法与单位不冋；

3 •式中各物理量含义与单1•尤学仪器的像喷和衍射效 应限制对准辅度的提高：

2 •这里给出的计算式是像质 优良的光学仪器II论上1・淆晰度法中，使用实际有

效遇光孔径：

2.消視差法中，眼匝的有效

移动距离不等于眼瞳的实际

移动跑离・ 1.什么叫对准〈横向对准》

2•什么叫湄焦4纵向对准》

•什么是平行光管；

平行光管又称H准直仪，它的作用是提供无限远的目标或给出一束平行光。

主要山一个望远物镜和一个安置在物镜焦平面处的分划板组成。

•三种自准直目镜的光路简图;

1、高斯式自准直目镜

特点:

亮视场暗刻线（透明分划板上刻不透光刻线）;

视轴与平面镜法线重合: 对比度较差；

有较强的杂散光。 平而镜

2、 阿贝式

特点：

目镜结构紧凑、焦距短易做成高倍率自准目镜:

对比度较好；

瞄准视轴与自准用平面镜法线不重合；

视场有部分遮挡； -世

可能出现光束切割。 卜

3、 双分划板式

特点： r-

亮视场喑刻线； _____

对比度较好； _

视轴与平面镜法线重合：

结构复杂、可靠性较难保证

（要求两块分划板都准确位于物镜焦面上, 分划板J目镜 分划板 分刘板

准直物镜

且二者刻线中心严格位于同一视轴上）

・自准直望远镜、自准直显微镜（构成、光路简图）;

自准直目镜+显微物镜=自准直显微镜

自准直目镜+望远物镜=自准直望远镜 第三章、焦距测量

・放大率法的原理简图及测量装置;

■放大率法焦距测量计算；

见书33页

放大率法焦距测量中的注意事项

1. 负透镜（测量显微镜工作距离人于负透镜焦距）

2. 光源光谱组成（色差）

3. 被测镜头像质

4. 近轴焦距与全II径焦距（球差）、测量显微镜NA

习题P39 题4、6

第四章、准直与自准直技术

・准直、自准直的概念；

准直：获得平行光束。

自准直：利用光学成像原理，使物和像都在同一个平面上的方法。

・实现准宜的方法；

激光束：很好的方向性、很高的亮度，是直线性测量的理想光束 进一步提高激光束准直性（平行性），可采用激光束的准直技术 准直激光束，用来作为基准直线

利用倒装塑远镜法，实现激光束的准直

望远镜「越大，激光束发散角的压缩比越大！

・自准直仪的类别；

一般指自准直塑远镜和自准直显微镜。

・实现自准宜的方法；

利用光学成像原理，使物和像都在同一个平面上？ ？ ？凸透镜:

y=r

凹透镜: •自准直望远镜法测量平行差的原理;

第一光学平行差0 1：棱镜展开后的玻璃板在主截面内的不平行度误差，是由于棱镜主截

面内的角度误差引起的。

第二光学平行差011：棱镜展开后的玻璃板在垂直于主截面方向上的不平行度误差，是

由棱镜的各个棱不平行而造成的，也称棱差或塔差

•自准直显微镜法测量球面曲率半径的原理、简图;

凹面镜

要求显微物镜工作距离足够人! 读数减半

•宜角棱镜DI-90 °光学平行差测量;

卩;=n0H 自准直显微镜法测量透镜顶焦距的原理、简图

自准直显微镜法一般不用于测负透镜的焦距、顶焦距

第五章、测角技术

・精密测角仪的主要部件关键部件及其作用；

精密测角仪是实现角度高精度测量的重要仪器：（主要仪器）

圆分度器件是精密测角仪的角度基准部件；（关键部件）

角度测量就是使被测的角度屋和圆分度进行比较。（测量原理、本质）

>自准直前置镜（瞄准、定位）

> 平行光管（产生无限远的瞄准标记：狭缝、分划线等）

> 精密轴系（围绕旋转中心平稳旋转，圆锥轴系、圆柱轴系、空气静压轴系）

> 圆分度器件（角度基准）

> 显微读数系统（将被测角与度盘进行比较，得到角度值）

・常见的圆分度器件；

度盘

IHT 皿 4m

衍射光栅：栅距较小，一般约为0.5um~2um,利用光栅的衍射效应，主要应用于光谱 仪等；

计量光栅：栅距稍人，一般约为0.01mm ~ 0.05mm,利用两块光栅叠合在一起时产生的 莫尔条纹现彖进行长度或角度计量，主要用于计量仪器。计量光栅又可分为长光栅和圆 光栅，分别用于长度计量和角度计量，圆光扯还可分为径向光栅和切向光栅。

光学轴角编码器（光电读取）

・符合成像系统与对径读数法的用途； ffl

补充：测量焦距简图和原理见课件或书上