GB10987-1989光学系统参数的测定.pdf

中华 人民 共 和 国国 家标 准 Gs 109 87 一 89 光学系统参数的测定 Op t i c a l s y s t e ms -D e t e r mi n a t i o n o f p a r a me t e r s 1 主腼内容与适用范围 本标准规定了光学系统焦距、 视场、 放大率和孔径( 相对孔径和数值孔径) 四项光学参数的测量方 法、 测量装置和测量的基本要求. 本标准适用于在可见光谱区应用的显微镜、 望远镜以及照相、 投影、 制版物镜等光学参数的测量。 2 术语、 符号 焦距尹 ; 目镜焦距f. . 平行光管物镜焦距 物高 像高 物方视场角2 m ; 像方视场角2 - l ; 显微镜物镜放大率 角放大率7 ; 广。 ; 人 么. 1 ; 洲了 乞瓦么已么r乡阮 .1 . 供观察用显微镜总放大率MT V ; k . 目 镜放大率M. ; 1 . 人瞳直径D; m. 相对孔径D/ 尸: n . 数值孔径NA. 焦距测量 3 . 1 放大率法( P OR R O法) 如图 1 所示， 均匀照明平行光管物镜焦面上刻有多组线对的分划板， 分划板上的每一线对应与物镜 光轴对称分布， 线对间距Y以及平行光管物镜焦距 f o 应预先精确测定。 由平行光管发出的平行光束， 通过被测物镜在其像方焦面上成像， 用带十字分划板的显微镜瞄准， 并沿焦面移动显微镜， 由 长度测量机构直接测出其移动值， 即被测物镜后焦面上的像高了， 按式( 1 ) 计 算被测物镜焦距 f 一 f o . Y . . . ， . . ， ，( 1 ) Y 也可用带测微目 镜的显微镜瞄准 测量。 由目 镜测微器测量出显微镜中间像面上像高犷， 并按式( 2 ) 计算被测物镜的焦距: 中华人民共和国机械电子工业部 1 9 8 9 一 0 2 一 2 8 批准 1 9 9 0 一 0 1 一 0 1实施 GB 1 098 7一 89 f 二五 Y 几 么 o e t y (2 ) M o w 应 预先精确测定。由 于f “ Y 及Mo e l 为已 知数， f / M O B J Y 可作为常数项代入式( 2 ) 计算。 在测量负焦距时， 显微镜的工作距离应大于被测物 镜后表面到像方焦面的 距离。 测量方向应垂直于 分划板线对的刻线方向。 图 1 1 一平行光管; 2 一被测透镜; 3 一显微镜物镜; 4 一目镜测微器 3 . 2 精密测角法 如图2 所示， 分划板应精确地调焦在被测物镜的焦面上， 分划板上有一对与物镜光轴对称的刻线， 其间距为Y并预先精确测定， 在像方用精密测角仪或经纬仪测出对应的角度 2 . ， 用式( 3 ) 计算被测物镜 焦距 : 2 t g m / 2 (3 ) 图 2 1 一光源; 2 一分划板; 3 一被测物镜; 4 -经纬仪 在3 . 1 条中所叙述的用放大率法测焦距， 作为基准用的平行光管物镜， 其焦距建议采用精密测角法 测量， 以获得更高的准确度。 3 . 3 测量装置和测量的基本要求 3 . 3 . 1 照明条件 照明的光谱特性及孔径应与被测物镜使用要求相适应。 3 . 3 . 2 平行光管 3 . 3 - 2 , 1 平行光管物镜焦距为被测物镜焦距的 2 -5 倍 13 . 2 . 2 平行光管物镜焦距及焦面位置， 应根据测量的光谱特性要求予以标定。 3 . 3 - 2 . 3 平行光管物镜像差应经过良好校正。 3 . 3 . 3 分划板 3 . 3 . 3 . 1 分划板应精确地调节在平行光管物镜或被测物镜的焦面上。 3 - 3 . 3 - 2 分划板线对最大间距不应超过平行光管或被测物镜的有效视场范围; 在有效视场范围内应选 取间距大的线对进行测量， 有利于减小测量相对误差。 GB 1 098 7一 89 . 4 被测物镜的调节 调节被测物镜 光轴， 使之与平行光管 物镜光轴、 显微镜或经纬仪望远镜的瞄准轴线基本 重合。 . 5 调焦 测量时用显微 镜或望远镜对目 标像调焦， 应遵循消 视差原则。 视场测t 4 . ， 望远镜 望远镜视场以能见到的物空间的边缘对入瞳中心的张角 2 。来表示。 4 . 1 . 1 用视场仪测量视场角 视场仪是一种大视场的平行光管， 它的物镜常采用成像质量良好的广角照相物镜， 在焦面上装有标 注角度分划的十字分划板。 如图 3 所示， 测量时将被测望远镜对准视场仪， 人眼大致位于眼点位置， 通过望远镜直接观察视场 仪分划板上的分划线， 望远镜所能见到的视场仪分划线左右两边最大读数之和就是望远镜的视场。 测量 时应调节视场仪或被测物镜的高低角， 使十字分划像的横线通过被测视场的中心. /犷 图 3 1 一视场仪沼一被测望远镜， 3 一人眼; 4 一视场见到的分划像 4 . 1 . 2 用经纬仪测量视场角 如图4 所示， 从被测望远镜目镜方向照明， 用经纬仪在物镜方向观测， 水平转动经纬仪， 先后对准视 场光阑两个边缘， 两次读数之差就是望远镜的视场。 图 4 1 一分划板; 2 -视场光阑; 3 一被测望远镜; 4 一经纬仪 4 . 2 显微镜 显微镜视场是以物平面上能观察到的最大直径来表示， 通常称为线视场。 测量时在载物台上安放一标准 刻尺， 人眼通过被测显微镜直接观测， 在视场中 所能见到的刻尺范围 就是显微镜的视场大小。 4 . 3 测量装置和测量的基本要求 4 . 3 . 1 照明条件 GB 1 0987 一 89 采用白光 照明。照明光束应均匀充满被测视场， 不应产生 光束切割现 象。 3 . 2 物平面 被测显微 锐的物平面应垂直于物镜光轴， 保 证视场边缘两 侧的 像同时清晰。 放大率测t 5 . 1 望远镜 视) 角放大率 5 . 、 . 1 以测量出瞳直径计算放大率 如图5 所示， 将已 知尺寸的标准光阑( 圆形或方形) 套在被测系统的物镜框上， 在目 镜一 侧用倍率计 测出标准光阑像的大小， 用式( 4 ) 计算被测望远镜的角放大率: y = a . . . . . . . . . . . . . (4 ) 式中: a -圆形标准光阑的直径( 或方形标准光阑的边长) ; 己圆形标准光阑像的直径( 或方形标准光阑像的边长) 。 图 5 1 -标准光阑: Z -被测系统: 3 -标准光阑像: 4 -低倍显微镜 5 . 1 . 2 以测量像方视场角计算放大率 如图s 所示， 被测系统物方对 准平行光管， 在平行 光管物镜的焦面上安装分划板， 分划板上的线对 间距y 和物镜焦距几事先精确测定， 则物方视场角( t g a r = o . 5 刃几) 为已知， 在被测系统的像方， 用带有 角值分划板的望远镜直接测出相应的像方视场角， 用式( 5 ) 计算被测系统的角放大率: y = t g= t g 田 (5 ) 图 6 1 一平行光管 a -被测系统; 3 -测量角值望远镜 3 以测量物方视场角计算放大率 将被测系 统的 像方对向视 场仪， 视场仪的角度分划值作为已 知的像方视场角， 在物方用经纬仅测出 G B 1 0 9 8 7 一8 9 对应的物方视场角， 按式( 5 ) 计算被测系统的角放大率. 5 . 2 显徽镜 5 . 2 . 1 物镜放大率 按规定的机械筒长装入被测物镜和观察用目 镜， 并对载物台上的测 微尺调 焦， 直到测微尺像清晰为 止， 然后取出观察用目 镜， 装上测微目 锐， 在保 证物距不 变的 条件下， 调节显微镜抽简， 使测微目 镜的分 划板与原来已 调好的物镜像面重合。 测微尺的间 距为y ， 用测微目 镜测出 测微尺像间 距为丫， 按式( s ) 计 算物镜放大率: ， ， _Y , mp9 J- Y (6 ) 2 . 2 目 镜放大率 目镜放大率按式( 7 ) 计算: M - 2 5 0 =兀 “ “ ” ” ” “ “ ” ” . ”二 . “ ” ” “( 7 ) 目 镜焦距 尹二 根据 3 . 1 . 1 条所叙述的方法测量。 5 . 2 . 3 系统总放大率 如图7所示， 在被测系统的物平面上安放测微尺， 并调焦到像清晰为止. 然后在被测系统目镜一侧 用带有分划板或测微目镜的低倍望远镜测量像高， 按式( 8 ) 计算放大率: 二 2 5 0 y “ 孟 ，丁 V一 一 丁了1 一 J， (8 ) 式中: Y -测微尺间距; y “ - 测微尺像间距; 广望远镜物镜焦距( 预先测定， 为已知数) 。 如果望远镜分划板是以f大小标注角度的分划， 则直接测出测微尺两条刻线经被测系统后出射光 束的角度以， 可按式( 的计算: 2 5 0 Mr ,. =-t e a l。 . . 。 . 。 . 。 . . . . (q、 y一 图 7 1 -测微尺， 2 一被测系统; 3 一低倍望远镜 5 ， 3 投影仪 投影仪物镜放大率的测量， 可在投影仪工作台上安放标尺， 并对标尺调焦， 直 到在投影屏上标尺像 清晰为止， 然后用另一标尺直接在投影屏测出标尺像的大小， 按式( 6 ) 计算物镜的放大率。 测量时应按规定 在投影屏不同 部位和相互垂直方向 测量放大 率是否 符合要求。 5 . 4 测量装置和测量的基本要求 5 . 4 . 1 照明条件 采用白光照明， 照明光束应均匀并充满被测视场。 Gs 1 098 7 一 89 5 . 4 . 2 调焦 对于望远镜的测量， 应对无穷远目 标调焦， 目 镜如系可 调视度， 应调在零屈光度位置。 对目标像的调焦应遵循消视差原则。 5 . 4 . 3 共扼距 对于有限远物像距系统应保证正确的共扼距， 物平面与像平面均应垂直于 被测系 统光轴. 孔径( 相对孔径和数值孔径) 相对孔径 物镜的相对孔径用人瞳直径与焦距的比值来表示， 即 D/ f。对于照相物镜常用F数表示: ; 一 fD ， “ ( 1 0 ) F数即为照相物镜相对孔径的倒数， 亦称 光阑 指数或光圈。 物镜焦距可按照 3 . 1 . 1 条所叙述的方法测量。 测量照相物镜入瞳直径如图8 所示， 用测量显微镜测盘光阑在物空间所成像( 即入瞳) 的直径。 测量时从像方漫射照明光阑， 在物方用显微镜对光网像调焦， 移动显微镜用十字分划， 先后瞄准光 阑像的左右边缘， 显微镜读数机构两次读数之差就是入瞳直径的大小。 图 8 1 -漫射屏c 2 一入幢 3 -孔径光阑z 4 -测量显微镜; 5 -被侧照相物镜 6 . 2 数值孔径 数值孔径的表示式: NA二n s i n U“ ” ， “ ” ”“ ( 1 1 ) 式中: 。 物空间介质折射率; U物方半孔径角. 数值孔径 NA用数值孔径计测量， 孔径计玻璃圆柱体表面有两圈刻度线， 内圈刻度线为U值， 外圈 刻度线为NA值。 孔径计的大致结构如图9 所示， 在金属框上面位于玻璃圆柱面处装有带十字分划板的小平行光管， 作为无限远目标， 并与指标线一起沿玻璃圆柱面滑动。 测量时按规定的机械筒长装人被测物镜和观察用目镜。 将孔径计置于显微镜载物台上， 显微镜对孔 径计表面的狭缝调焦， 直到狭缝像清晰为止， 在保证物距不变的条件下， 取下观察用目 镜代之装上低倍 显微系统， 并对被测物镜后焦面上的十字像调焦， 用手柄滑动平行光管， 直到十字像的中心与孔径直径 方向左右边缘相交， 两次读数的平均值就是被测物镜的数值孔径值。 对于低倍物镜的测量， 可用小孔光阑取代观察用目镜， 人眼通过小孔光阑直接观测。 Gs 1 09 87 一 8 9 1 -指标线, z 一金属框s 3 一手柄s 4 一小灯泡t 5 一宽带滤光片. 6 一十字线分划板 7 一平行光管物镜卜 8 -指标线玻璃板i 9 一玻璃半圆柱体， 1 。 一底座; n一狭缝 63 测量装置和测量的基本要求 6 , 3 . 1 照明条件 入瞳直径的测量采用白光照明。数值孔径计的无限远十字目标， 应通过中心波长为 5 4 6 n m的宽带 滤光片照明。 6 . 3 . 2 浸液 对于显微镜浸液物镜 NA的测量， 应按规定在物镜前表面与孔径计狭缝之间注入相应的浸液介 质。 6 . 3 . 3 工作距离 在测量照相物