光学零件及光学系统焦距测量.ppt

2 3 1光学零件及光学系统焦距测量原理 焦距和顶焦距光学元件的焦距被定义为平行于光学系统光轴的平行光束经过光学系统后的会聚点 焦点 到光学系统的像方主点的距离 式中 被测系统焦距 单位为mm 象高 单位为mm 入射角 单位为rad 2 22 光学元件的顶焦距被定义为平行于光轴的平行光束经过光学系统后的会聚点 焦点 到光学系统最后一面顶点的距离 顶焦距通常又叫截距 测量焦距所依据的原理 主要都是几何光学中与焦距有关的基本公式 假定物 像空间都是空气介质 常用的几个公式如下 牛顿公式 正切条件公式 垂轴放大率 公式 2 3 2光学零件及光学系统焦距测量方法 焦距测量时为达到预期的准确度 注意以下几点 平行光管 显微镜 或前置镜 的光轴与被测光学系统的光轴应基本重合 通过被测光学系统光束充满指定的有效孔径 要求观测系统不切割被测光学系统的成像光束 测量用平行光管焦距不小于被测光学系统焦距的3倍 测量时 应按被测光学系统实际工作状态安排测量光路 测量焦距安置分划板时 应使光轴通过分划板刻线的对称中心 最外面一对刻线的间距应小于平光管物镜焦距的1 40 放大率法测量焦距和顶焦距这种方法主要用于测量望远镜物镜 照相物镜和目镜的焦距和顶焦距 也可用于生产中检验正 负透镜的焦距和顶焦距 一 测量原理本方法测量负透镜的焦距时 焦距计算公式 二 测量仪器放大率法测量焦距的专用仪器为焦距仪 此外也可以在光具座上应用本方法测量焦距 焦距仪主要由平行光管 透镜夹持器和测量显微镜构成 测量时将被测透镜装在透镜夹持器上 平行光管的分划刻线经平行光管物镜和被测透镜成像在被测透镜的焦面上 再经显微物镜成像在测微目镜的分划板上 测出分划板上这个像的大小 即可求出被测透镜的焦距 当显微镜看清被测透镜焦面上的刻线像时 记下显微镜的位置读数 然后轴向移动显微镜使之调焦在被测透镜的后表面上 再次记下显微镜的位置读数 两次读数之差即为被测透镜的顶焦距 图2 26焦距仪结构示意图玻罗板1 平行光管2 透镜夹持器3 测微目镜 设以表示测微目镜的螺距 则的表示方式为 因此有 2 23 式中 为仪器常数 以表示 于是 2 24 三 测量注意事项正透镜 焦距的最大值受仪器导轨长度限制 负透镜 受显微镜工作距离的限制 平行光管通光口径要大于被测透镜的有效口径 测量显微镜数值孔径大于或等于被测透镜相对孔径的一半 对于负透镜接近轴焦距 四 不确定度分析对焦距测量公式进行微分得 2 25 根据上表 当选用分划板刻线为20mm 成象大小为5mm时 可算得放大率法测量焦距时的相对合成标准不确定度为 相对扩展不确定度为 精密测角法测量焦距这种方法主要用于准确测量长焦平行光管物镜的焦距 它是常用方法中最准确的方法 一 测量方法与设备在被测物镜的焦平面上 垂直于光轴设置一玻璃分划板 其中A和B是它上面的两条已知间隔为的刻线 该两刻线对称位于被测物镜光轴两侧 它们对物镜主点的张角为2 则当分划板被照亮后 刻线A和B发出的光束经被测物镜成为两束夹角为2 的平行光 用测角仪器上的望远镜先后对准刻线A和B 望远镜转过的角度为2 则被测物镜焦距为 图2 27精密测角法测量焦距1 度盘 2 被测物镜 3 刻线尺 4 望远镜 图2 28平行光管物镜焦距的测量1 分划板 2 平行光管 3 物镜 4 经纬仪 二 不确定度分析在精密测角法中 引起焦距测量误差因素主要为刻线尺的间隔的标准不确定度及角度测量的标准不确定度 于是焦距的测量标准不确定度可表示为 2 26 数字图像法测量焦距原理及实验装置液晶分划置于平行光管物镜焦平面上 CCD靶面垂直光轴置于被测光学系统的后焦面附近 由计算机控制实现 液晶分划图形的发生 光电自动定焦 分划图像的采集 数字图像的分析与处理以及测试结果的输出 图1 29一种数字图像法测量焦距的总体布局 数字图像法是通过图象处理及机电控制进行光电自动定焦后计算出线对间距并自动计算出焦距 其中 关键之一 光电自动定焦的有效性和重复性 关键之二 从图像中准确计算线对间距数值 关键之三 测量装置的标定 图1 30数字图像和实际像的对应关系 电视跟踪摄像机性能参