1、光學(xué)測(cè)量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)牟達(dá) 劉智穎 編寫(xiě)目錄實(shí)驗(yàn)一平行光管調(diào)校自準(zhǔn)直法 1實(shí)驗(yàn)二平行光管調(diào)校五棱鏡法 3實(shí)驗(yàn)三V 棱鏡折光儀測(cè)折射率和色散 6實(shí)驗(yàn)四簡(jiǎn)式偏光應(yīng)力儀測(cè)量玻璃雙折射 10實(shí)驗(yàn)五光學(xué)零件曲率半徑測(cè)量 12實(shí)驗(yàn)六平面光學(xué)元件的光學(xué)不平行度測(cè)量 15實(shí)驗(yàn)七刀口陰影法檢驗(yàn)面形偏差 18實(shí)驗(yàn)八光學(xué)系統(tǒng)分辨率檢測(cè) 21實(shí)驗(yàn)九光學(xué)系統(tǒng)的星點(diǎn)檢驗(yàn) 25實(shí)驗(yàn)十光學(xué)系統(tǒng)雜光系數(shù)測(cè)量 27實(shí)驗(yàn)一平行光管調(diào)校自準(zhǔn)直法一、實(shí)驗(yàn)工程1了解自準(zhǔn)直法調(diào)校平行光管的原理，并掌握其調(diào)校方法。2 分析調(diào)校誤差，并總結(jié)其特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)要求及所用器具1.把待校平行光管的分劃面校到其物鏡的焦面上，并給出調(diào)校精度。2所用器具：裝有

2、十字絲分劃板的焦距為550mm的待校平行光管、 高斯式自準(zhǔn)目鏡、可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡其有效孔徑要大于平行光管物鏡通光孔徑。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法自準(zhǔn)直法調(diào)校平行光管的原理圖如圖1.1所示。假設(shè)忽略平行光管物鏡的像差和光的波動(dòng)性影響，當(dāng)分劃面4位于物鏡焦面處時(shí)，那么由平面反射鏡自準(zhǔn)回來(lái)的分劃像3與分劃均重合于物鏡焦面處。 假設(shè)分劃面離開(kāi)物鏡焦平面一小距離離焦量x，那么由平面反射鏡反射回來(lái)的自準(zhǔn)分劃像將位于焦面另一側(cè)，并且分劃像離焦面的距離d近似等于x,即分劃像至分劃間的距離是離焦量x的兩倍。故利用自準(zhǔn)直法可使調(diào)焦精度提高一倍。圖1.1自準(zhǔn)法調(diào)校平行光管的原理圖1平面反射鏡；2 平行光管物鏡；3分劃像

3、；4分劃；5自準(zhǔn)目鏡自準(zhǔn)直法調(diào)校平行光管的步驟：1將裝有十字分劃板的待檢平行光管、標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡及高斯式自準(zhǔn)目鏡按 圖1.1自準(zhǔn)光路擺好，并調(diào)出自準(zhǔn)分劃像。2當(dāng)用清晰度法調(diào)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)調(diào)到使自準(zhǔn)分劃像與分劃同樣清晰，那么認(rèn)為平行 光管已調(diào)好。3如以消視差法調(diào)焦，即通過(guò)眼瞳在出瞳面處橫向擺動(dòng)，由分劃像相對(duì)分劃是否存在橫向錯(cuò)動(dòng)有無(wú)視差，來(lái)判定分劃面是否位于物鏡焦面處。假設(shè)分劃像措動(dòng) 方向與眼瞳擺動(dòng)同向，那么說(shuō)明分劃像比分劃離眼瞳更遠(yuǎn)些。即分劃像位于焦點(diǎn)之內(nèi)， 而分劃面必然位于焦點(diǎn)之外，即圖1.1所示情況。反之，假設(shè)分劃像措動(dòng)方向與眼瞳擺動(dòng)反向，那么分劃面位于焦內(nèi)。然后，按照判定的分劃面調(diào)整方向，微調(diào)分

4、劃板鏡框， 直至分劃像與分劃間消視差止。反復(fù)調(diào)校幾次，調(diào)好后再擰緊分劃板的壓圈，此時(shí)表 明平行光管已調(diào)好。四、調(diào)校誤差分析 1 當(dāng)以清晰度為準(zhǔn)進(jìn)行自準(zhǔn)直法調(diào)校時(shí)，平行光管的調(diào)焦極限誤差為丄1 0.29。e 28丸 2 1/2ISD =- 亍2 時(shí)丁 m 1-1式中ae人眼的極限分辨角角分；K系數(shù)，一般取6； 波長(zhǎng)，單位為 微米；一一平行光管與自準(zhǔn)目鏡組成的自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡的視放大率；D 平行光管物鏡的實(shí)際通光孔徑；注：當(dāng)眼瞳直徑 De大于自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡的出瞳直徑D時(shí)，D取平行光管物鏡通光孔徑；當(dāng)DeV D'時(shí)，應(yīng)以e替代式中的D。如考慮標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡在口徑D范圍內(nèi)的面形誤差為 N個(gè)光圈，由此引入

5、的調(diào)焦誤差為4N''；-1.SD?亍m1-2D那么平行光管的調(diào)校極限誤差為二 SD = ：SD| =SD2m1-32當(dāng)以消視差為準(zhǔn)進(jìn)行自準(zhǔn)直調(diào)校時(shí)，平行光管的調(diào)焦極限誤差為“0.295_lLSD! -Dm 1-4-D 吐2式中 一一人眼的對(duì)準(zhǔn)誤差單位為角分。同樣，如考慮平面反射鏡面形誤差，引入的調(diào)焦誤差 SD2,那么調(diào)校極限誤差可參看式1-3求得。實(shí)驗(yàn)二 平行光管調(diào)校五棱鏡法一、實(shí)驗(yàn)工程1了解五棱鏡法調(diào)校平行光管的原理，并掌握其調(diào)校方法。2 分析調(diào)校誤差，并總結(jié)其特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)要求及所用器具1. 把待校平行光管的分劃面校到其物鏡的焦面上，并給出調(diào)校精度。2所用器具：裝有十字絲分

6、劃板的焦距為550mm的待校平行光管、 高斯式自準(zhǔn)目鏡、五棱鏡及承物臺(tái)、適當(dāng)倍率的前置鏡。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法1 五棱鏡法調(diào)校平行光管的原理及方法理想的五棱鏡有如下特點(diǎn)：在五棱鏡的入射光軸截面內(nèi)，不同方向入射的光線經(jīng)五棱鏡后，其出射光束相對(duì)入射光束折轉(zhuǎn)90°本方法即是利用五棱鏡這一特點(diǎn)來(lái)對(duì)平行光管進(jìn)行調(diào)校的。調(diào)校原理如圖2.1示。圖2.1五棱鏡調(diào)校平行光管的原理圖s分劃；1待校平行光管；2五棱鏡；3前置鏡將五棱鏡2放置在平行光管物鏡前的承物臺(tái)上，五棱鏡可沿垂直于平行光管光軸方向平穩(wěn)地移動(dòng)。沿五棱鏡出射光束方向放置前置鏡3 望遠(yuǎn)鏡，用以觀察平行光管的分劃像。假設(shè)分劃位于平行光管焦面上，那

7、么由平行光管物鏡射出一束平行光。當(dāng)五 棱鏡沿垂直于平行光管光軸方向，由位置I向位置n移動(dòng)時(shí)，平行光管分劃經(jīng)前置鏡所成的分劃像將不產(chǎn)生任何橫向移動(dòng)，如圖2.1 (a)所示。假設(shè)分劃面s不位于平行光管物鏡焦面上，那么隨著五棱鏡由I向n位置移動(dòng)，前置鏡中形成的分劃像將產(chǎn)生左右方向的橫向移動(dòng)，如圖 2.1 (b)、(c)所示。利用這一現(xiàn)象可將平行光管分劃面準(zhǔn)確 調(diào)到焦面位置。五棱鏡法調(diào)校平行光管的步驟(1) 將五棱鏡放置在可沿垂直物鏡光軸方向移動(dòng)的承物臺(tái)上，并使五棱鏡的入 射面對(duì)向平行光管物鏡，其出射面對(duì)向前置鏡。調(diào)整承物臺(tái)的上下位置，并調(diào)前置鏡的俯仰手輪和方位手輪，使分劃像呈現(xiàn)于前置鏡視場(chǎng)中，并使平

8、行光管的豎線分劃像與前置鏡相應(yīng)分劃對(duì)準(zhǔn)(假設(shè)兩分劃均為豎線，那么應(yīng)利用兩者間的橫向微小間隙的變化 進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，以提高調(diào)校精度)。(2) 轉(zhuǎn)承物臺(tái)的手輪，使其上的五棱鏡沿垂直于平行光管物鏡光軸的方向，向著前置鏡移動(dòng)。假設(shè)在前置鏡中形成的平行光管的分劃像由右向左移動(dòng)，說(shuō)明分劃面位于焦前，如圖2.1 (b)所示；反之，分劃面在焦后，見(jiàn)圖2.1 (c)。(3) 松開(kāi)分劃板鏡框壓圈，按步驟(2 )確定的分劃面移動(dòng)方向，沿軸向微調(diào)分 劃板框，直至五棱鏡移動(dòng)時(shí)，平行光管的分劃像相對(duì)前置鏡分劃不發(fā)生橫向移動(dòng)(或 兩者間的微小間隙寬度不再變化)，那么說(shuō)明分劃面已準(zhǔn)確位于平行光管物鏡焦面上了。(4) 調(diào)好后，擰緊分

9、劃鏡框的壓圈。四、調(diào)校誤差分析本法的實(shí)質(zhì)是將縱向調(diào)焦變?yōu)閷?duì)人眼較靈敏的橫向?qū)?zhǔn)，故與消視差為準(zhǔn)的調(diào)焦誤差相當(dāng)。主要是由前置鏡的橫向?qū)?zhǔn)誤差確定，所不同的是：該法是由五棱鏡在平 行光管物鏡前方沿垂直光軸方向移動(dòng)，替代了眼瞳在出瞳面內(nèi)的擺動(dòng)。故參看(1-4)(2-1)式可得五棱鏡法的調(diào)校極限誤差為-(D -)式中一一前置鏡的視放大率；一一人眼對(duì)準(zhǔn)誤差，單位為角分；D 平行光管物鏡通光口徑；Dw 五棱鏡通光口徑。分析式(2-1)可知當(dāng)Dw 0.D，且選擇最好對(duì)準(zhǔn)方式時(shí)，可使本法達(dá)最高調(diào)校 精度。五棱鏡法最適于較大口徑的平行光管調(diào)校。五、思考題1 .比擬自準(zhǔn)直法與五棱鏡法調(diào)校平行光管的各自特點(diǎn)？2 為

10、提高自準(zhǔn)直法調(diào)校平行光管的精度在實(shí)驗(yàn)設(shè)置上應(yīng)考慮那些因素？3. 對(duì)f'= 550mm, D/f= 1/10的平行光管，以消視差為準(zhǔn)進(jìn)行自準(zhǔn)直法調(diào)焦時(shí)，假設(shè)所選高斯自準(zhǔn)目鏡的焦距f'e= 44.0mm，求平行光管的調(diào)焦誤差(取0.5；眼瞳直徑De= 2mm)?4. 假設(shè)上題中，平面反射鏡在100mm范圍內(nèi)凸一個(gè)光圈，其余條件不變，求分劃 面的調(diào)校位置精度有多高？5. 兩種方法，各自是如何判別分劃面相對(duì)平行光管物鏡焦面位置的?6. 五棱鏡法調(diào)校中，有人提出在五棱鏡入射面前放置一垂直于入射光軸截面的 狹縫光闌，這樣做是否可提高平行光管的調(diào)校精度？為什么？7. 五棱鏡法調(diào)校平行光管的光

11、路安排中，假設(shè)平行光管位于觀察者右方，或五棱 鏡背離前置鏡方向移動(dòng)，應(yīng)如何判別分劃面的調(diào)節(jié)方向？&五棱鏡法調(diào)校平行光管時(shí)，假設(shè)五棱鏡的入射面與出射面間的夾角不是嚴(yán)格的 90。角，試分析對(duì)調(diào)校結(jié)果有無(wú)影響？9從對(duì)準(zhǔn)誤差與分辨率的關(guān)系，分析五棱鏡法調(diào)校平行光管的實(shí)驗(yàn)裝置中，諸 參量應(yīng)如何正確選擇？10.用五棱鏡法調(diào)校平行光管，平行光管物鏡的球差曲線如圖2.2所示，且分劃面落于球差曲線以內(nèi)某一位置處。當(dāng)移動(dòng)五棱鏡時(shí)， 分析平行光管分劃像相對(duì)前置鏡分劃應(yīng)如何措動(dòng)？附錄：平行光管技術(shù)性能及其主要附件介紹。550型和1200型平行光管的技術(shù)數(shù)據(jù)名稱型號(hào)物鏡相對(duì)孔徑高斯目鏡照明燈規(guī)格焦距口徑焦距視放

12、大率550型平行光管5W550mm55mm1 : 1044mm5.7X6V -2.1W1200型平行光管32W1200mm80mm1 : 1544mm5.7X6V -30W主要附件：(1)可調(diào)式平面反射鏡：口徑100mm，裝在可繞左右上下兩相互垂直的軸線微轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)節(jié)架上。調(diào)節(jié)時(shí)，每一方向由一只調(diào)節(jié)螺釘控制。(2)四種分劃板a. 十字分劃板，調(diào)校平行光管用。b. 傅科型分辨率板，用于測(cè)透鏡分辨率。c. 星點(diǎn)板通光孔徑 0.05mm，用于星點(diǎn)法檢驗(yàn)透鏡像質(zhì)。d. Porro板，有間距分別為1、2、4、10、20mm的五對(duì)線，線間距精度 ±).001mm, 供測(cè)透鏡焦距用。實(shí)驗(yàn)三 V棱鏡折

13、光儀測(cè)折射率和色散一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握v棱鏡法測(cè)量光學(xué)玻璃折射率與色散的原理及其測(cè)量方法。2熟悉V棱鏡折光儀的結(jié)構(gòu)與操作方法，了解影響測(cè)量精度的諸因素。二、實(shí)驗(yàn)要求及所用器具1用WYV型V棱鏡折光儀分別測(cè)光學(xué)玻璃對(duì)D、C、F、e、g、h譜線的折射率，并求得色散值。2 所用器具：WYV型V棱鏡折光儀、鈉燈、汞燈、氫燈、待測(cè)玻璃試樣、折 射浸液等。三、測(cè)量原理及方法1測(cè)理原理V棱鏡法測(cè)理折射率的原理如圖3.1所示。V棱鏡乃是一塊帶有 “ V形缺口的組合棱鏡，它由兩塊材料性能完全相同的直角棱鏡膠合而成。V棱鏡的材料折射率 n0是的。V形缺口的張角/ AED為90°兩個(gè)棱角/ A、/ D均為4

14、5°圖3.1 V棱鏡法測(cè)折射率原理圖1 V棱鏡；2待測(cè)試樣待測(cè)試樣應(yīng)磨出兩個(gè)互成90°的平面，置于 V形缺口內(nèi)，為使兩者的外表很好地貼合，其間參加少量的與試樣折射率大致相同的折射浸液。單色平行光垂直 AB面射入。經(jīng)V棱鏡和試樣，最后從 CD面射出。假設(shè)待測(cè)試樣 折射率n與no相同，那么入射的單色平行光將不發(fā)生住何偏折地從CD面射出。此時(shí)儀器的度盤(pán)有一零位讀數(shù)。假設(shè)n和°,出射光線相對(duì)于入射光線將有偏角。顯然角的大小、正負(fù)與 n有關(guān)。測(cè)出角，那么待測(cè)試樣在測(cè)量條件下對(duì)某一波長(zhǎng)的折射率為n = (n2 - sin 二n2 -sin2 )"2(3-1)當(dāng)n&g

15、t;n。時(shí)，出射光線向上偏折，取牛號(hào)。 角由度盤(pán)的0°30°范圍讀值；當(dāng)nv no時(shí)，出射光線向下偏折取號(hào)， 由度盤(pán)的360°330°范圍讀值。2. V棱鏡折光儀簡(jiǎn)介按上述原理制成的專用儀器稱為V棱鏡折光儀，如圖3-2所示，主要由準(zhǔn)直系統(tǒng)1、對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡2和精密測(cè)角系統(tǒng)3組成。準(zhǔn)直系統(tǒng)由平行光管及照明裝置組成，以給出垂直射向V棱鏡的單色平行光。其分劃線(單線)平行于 V棱鏡的V型缺口底棱。對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡可繞度盤(pán)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便確 定透過(guò)V棱鏡的光束方向。 為減少雜光，準(zhǔn)直系統(tǒng)的分劃選用狹縫方式照明細(xì)絲；為確保系統(tǒng)對(duì)各單色光均有良好的像質(zhì)，準(zhǔn)直物鏡和望遠(yuǎn)物鏡均采用

16、復(fù)消色差物鏡。圖3.2 V棱鏡折光儀光學(xué)系統(tǒng)略圖1準(zhǔn)直系統(tǒng)；2對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡；3精密測(cè)角系統(tǒng)精密測(cè)角系統(tǒng)由度盤(pán)及其照明系統(tǒng)和讀數(shù)顯微鏡組成。由于對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡在瞄準(zhǔn)時(shí)帶動(dòng)度盤(pán)一道轉(zhuǎn)動(dòng)，故通過(guò)讀數(shù)顯微鏡可讀得偏折角 盤(pán)直接讀得，小數(shù)局部由測(cè)微尺讀出，儀器最小格值為 范圍，儀器附有三塊不同折射率的V棱鏡供選用。3. 測(cè)量方法(1)制備試樣：兩直角面細(xì)磨或拋光，直角誤差v值。其中度十分由度0.05分。為擴(kuò)大儀器的測(cè)量1'。(2)制備折射浸液，其折射率與待測(cè)試樣折射率n之差控制在0.01范圍內(nèi)。(3)依據(jù)被測(cè)樣品折射率選定V棱鏡，使丨n-no| < 0.2(4) 校零位讀數(shù)：將校正零位用的標(biāo)準(zhǔn)玻

17、璃塊涂以相應(yīng)的折射浸液后，放入V棱鏡V槽內(nèi)，并注意排除其間氣泡。 用對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡的雙線對(duì)準(zhǔn)平行光管的單線像。此時(shí)讀數(shù)應(yīng)校成0° 0.00'如校后仍有余數(shù)，那么以該數(shù)作為零位讀數(shù)。更換V棱鏡或改 變單色光的波長(zhǎng)時(shí)均需校零位。(5) 取下標(biāo)準(zhǔn)塊，仿上述方法放入試樣，重新對(duì)準(zhǔn)讀數(shù)五次。各數(shù)經(jīng)零位修正后，再求平均值。即得被測(cè)試樣對(duì)某一譜線的偏角石，依次測(cè)得試樣對(duì) D、C、F、e、g、h譜線的偏折角。參看表3-1進(jìn)行記錄。V 棱鏡編號(hào)n°D n°cn °fnoe nogno被測(cè)試樣編號(hào)No 浸液折射率nLD零位讀數(shù)復(fù)測(cè)次數(shù)DCFegh12345平均值6由平均

18、值查 -n-n°表或代入式3-1，即得到待檜試樣對(duì)各單色光的折射率，并求得色散值。四、測(cè)量誤差分析 折射率的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差為叫門(mén)飛罟用 n。十詈甘日3-2式中 n° V棱鏡的折射率標(biāo)準(zhǔn)偏差；一一偏角的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差。上式中的微商可由式3-1求得Jn _n。sin2 寸】.:non2n2 - n2;n sin2rnf 2sin2 R :r 4nn2 -rb偏折角的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差包括下述三個(gè)因素：度盤(pán)刻線的標(biāo)準(zhǔn)偏差 5,對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡的單次對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)偏差 5以及讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差5。在測(cè)角0時(shí)，需要兩次對(duì)準(zhǔn)和兩次讀數(shù)，故角的測(cè)量偏準(zhǔn)偏差為CT但=Jo"； +2眄+20

19、9;；。65no通常是用精密測(cè)角儀以最小偏向角法測(cè)得的。一般不大于5X10-;而59 一般可控制在1.5 X10-5弧度范圍內(nèi)。對(duì)應(yīng)的 n可到達(dá)12 X10-5，這滿足一般 的折射率測(cè)量精度要求。五、思考題1 要使V棱鏡折光儀到達(dá)預(yù)期的測(cè)量精度，你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)滿足那些測(cè)試要求？2 本儀器中對(duì)準(zhǔn)直物鏡與對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡物鏡的像差校正有什么要求？3 為何要規(guī)定一塊 V棱鏡只適用測(cè)量折射率為某一范圍的玻璃試樣？4. 假設(shè)采用一對(duì)樣品法 即用同一待檢玻璃做成兩塊偏差不大于5的直角形試樣，然后再將兩直角的一個(gè)面膠合在一起，磨另一面成平角，應(yīng)如何測(cè)折射率？這樣做有什么好處？5 假設(shè)V棱鏡折光儀的對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡放

20、大率 r= 6x，讀數(shù)顯微鏡總倍率 r M= 58x，度盤(pán)刻度直徑o t= 114.6mm,格值中讀差 = ±2；請(qǐng)你估算一下 0角的測(cè)量 誤差有多大？6.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，放入折射浸液有什么作用？對(duì)折射浸液有什么要求？應(yīng)如何配 制？7平行光管的分劃面的單線應(yīng)按什么方向放置？其透光狹縫有什么用？&度盤(pán)轉(zhuǎn)軸為什么要與 V棱鏡的V型缺口棱邊平行？9測(cè)各譜線的折射率時(shí)，共用一個(gè)D光的零位讀數(shù)可以嗎？為什么？附錄按我國(guó)無(wú)色光學(xué)玻璃的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：每種玻璃應(yīng)給出7種光譜線的折射率。 表3-2列出7種譜線的波長(zhǎng)，符號(hào)及產(chǎn)生這些譜線的元素?zé)簟１?-2列出了常用折射液的折射率及色散值。表3-2譜線

21、符號(hào)波長(zhǎng)nm元素?zé)魝渥404.7汞Hg燈當(dāng)元素?zé)敉瑫r(shí)發(fā)岀幾條光譜 線時(shí)，為得到某一波長(zhǎng)的譜 線，需配用相應(yīng)波長(zhǎng)的濾光 片。g435.8汞Hg燈F486.1氫H 燈e546.1汞Hg燈D589.3鈉Na燈C656.3氫H 燈A766.5鉀K燈表3-2常用折射液的折射率和色散 表中*為常用的液體名稱nDnFnc煤油*1.4460.0088液體石臘1.4800.0086丁香油1.5330.0174三溴甲烷1.5930.0181碘苯1.6200.0253溴代萘*1.6560.0320碘代萘*1.7050.0375二碘甲烷1.7410.0375二碘甲烷加硫磺的飽和液1.7870.0423溴化硒Se2B

22、r21.960實(shí)驗(yàn)四簡(jiǎn)式偏光應(yīng)力儀測(cè)量玻璃雙折射一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握簡(jiǎn)式偏光應(yīng)力儀測(cè)量玻璃雙折射的原理和方法。2 會(huì)根據(jù)干預(yù)色來(lái)計(jì)算雙折射，并確定光學(xué)玻璃的等級(jí)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及所用器具1.利用簡(jiǎn)式偏光應(yīng)力儀測(cè)量被測(cè)試樣的雙折射2 所用器具：簡(jiǎn)式偏光應(yīng)力儀、被測(cè)試樣。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法1 測(cè)量原理光學(xué)玻璃在退火過(guò)程中，由于各處溫度不均勻而保存下來(lái)的應(yīng)力稱為剩余應(yīng)力， 它會(huì)引起雙折射。光學(xué)玻璃的質(zhì)量指標(biāo)是以光通過(guò)1cm厚的玻璃時(shí)，由o光和e光所產(chǎn)生的光程差表示的。假設(shè)玻璃厚度為 d,通過(guò)該玻璃時(shí)，o光和e光的光程差為，那么雙折射為(4-1)：(nm) d(cm)式中，n。，入一分別為o光與e光的折射

23、率。光學(xué)玻璃雙折射的測(cè)量實(shí)際上就是測(cè)量o光和e光的光程差。由于o光和e光都是線偏振光，故雙折射測(cè)量都是用偏振光干預(yù)實(shí)現(xiàn)的。干預(yù)色法是利用線偏振光干預(yù)，由干預(yù)色的識(shí)別來(lái)確定光程差的大小。為此，自 然光須經(jīng)起偏器變成線偏振光入射。假設(shè)玻璃不產(chǎn)生雙折射，那么仍以線偏振光射出。使 檢偏器的主方向與起偏器正交，那么人眼看到的是暗視場(chǎng)。假設(shè)玻璃具有雙折射，那么出射 的o光和e光之間具有穩(wěn)定光程差， 通過(guò)檢偏器將發(fā)生干預(yù)。 由干預(yù)色可判定光程差， 并確定雙折射等級(jí)。玻璃的雙折射以垂直應(yīng)力方向上單位厚度內(nèi)o光與e光的光程差 nm/cm表示,按表4-1分為四類(lèi)。表4-1類(lèi)別玻璃中部光程差nm?cmi1121a4

24、263104205502.測(cè)量方法帶有全波片的偏光儀如圖 4.1所示。起偏器與檢偏器正交，兩者間放有全波片。全 波片的兩個(gè)主方向快慢軸與起偏器的主方向成45°翻開(kāi)光源后，人眼通過(guò)檢偏器看到視場(chǎng)中干預(yù)色為均勻的紫紅色。將待檢試樣放在臺(tái)面玻璃板上，視場(chǎng)中的干預(yù)色將依據(jù)試樣各部位光程差的大小發(fā)生相應(yīng)的變化。10圖4.1偏光儀光學(xué)系統(tǒng)1 光源；2 隔熱片；3 聚光鏡；4 反射鏡；5 起偏器；6全波片;7發(fā)散透鏡；6臺(tái)面玻璃；9待檢玻璃；10檢偏器測(cè)量時(shí)，可一邊繞著儀器光軸轉(zhuǎn)動(dòng)試樣，一邊觀察干預(yù)色變化，找出試樣中干預(yù) 色變化較大的某一部位一般研究試樣的中部，并確定最高色序和最低色序的兩個(gè)位置，

25、然后查表求得這兩個(gè)色序?qū)?yīng)的光程差，取二者的平均值，然后帶到公式4.1中求出雙折射 &再在表4-1找到試樣所對(duì)應(yīng)的玻璃等級(jí)。由于該法存在著對(duì)干預(yù)色判別的主觀誤差，其靈敏度較低，只適用于測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合。四、思考題1提高簡(jiǎn)式偏光應(yīng)力儀測(cè)量精度的方法有哪些？2測(cè)量圓板玻璃時(shí)，將觀察到什么現(xiàn)象，試分析之。3為什么用雙折射光程差來(lái)表示光學(xué)玻璃應(yīng)力的大小，試分析之。實(shí)驗(yàn)五光學(xué)零件曲率半徑測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握自準(zhǔn)顯微鏡法測(cè)量球面曲率半徑的原理和方法。2 熟悉3C型自準(zhǔn)球徑儀的結(jié)構(gòu)特征及其測(cè)量范圍。3了解影響測(cè)量精度的主要因素，并能正確地給出測(cè)量誤差。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及所用器具1用3C型自準(zhǔn)球

26、徑儀分別測(cè)量凸、凹球面的曲率半徑。2所用工具：3C型自準(zhǔn)球徑儀、待測(cè)凸、凹球面光學(xué)零件。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法1測(cè)量原理：自準(zhǔn)球徑儀測(cè)量凹球面曲率半徑的原理如圖5.1所示。自準(zhǔn)球徑儀的核心局部是自準(zhǔn)顯微鏡。利用自準(zhǔn)顯微鏡分別對(duì)待測(cè)球面的球心C和頂點(diǎn)A進(jìn)行自準(zhǔn)直調(diào)焦可由自準(zhǔn)分劃像清晰無(wú)視差的成在分劃處判定。借助投影測(cè)長(zhǎng)機(jī)構(gòu)測(cè)出兩次調(diào)焦時(shí)，自準(zhǔn)顯微鏡或待測(cè)球面沿軸移動(dòng)的距離，即為衍測(cè)球面的曲牽半徑。在實(shí)際測(cè)量中，為了獲得盡可能高的測(cè)量精度，儀器備有一套不同放大率的物鏡供選用。國(guó)產(chǎn)3C型自準(zhǔn)球徑儀結(jié)構(gòu)如圖 5-2所示，主要由測(cè)量座、夾持器組件以及底座 等三大局部組成。圖5.2自準(zhǔn)球徑儀結(jié)構(gòu)示意圖1測(cè)量座

27、；2 夾持器組件；3底座測(cè)量座由可沿底座導(dǎo)軌方向移動(dòng)的上、下滑板、自準(zhǔn)顯微鏡、200mm長(zhǎng)精密玻璃刻尺以及投影讀數(shù)器組成。借助手輪，自準(zhǔn)顯微鏡能沿光軸方向進(jìn)行粗動(dòng)和微調(diào)， 其位置可由玻璃刻尺經(jīng)投影讀數(shù)器(最小格值0.001mm)測(cè)得。夾持器可依據(jù)待測(cè)面曲率半徑的名義值，沿導(dǎo)軌床面定位在某一刻線標(biāo)志處。夾持器用于裝卡和調(diào)整待測(cè)光學(xué)件。轉(zhuǎn)動(dòng)其上的兩調(diào)節(jié)螺，即可使待測(cè)球面分別沿水平和垂直方向做傾斜微調(diào)，以將球心準(zhǔn)確調(diào)到顯微鏡瞄準(zhǔn)軸線上。2測(cè)量步驟由待測(cè)球面的口徑、曲率半徑尺寸及要求的精度選用適當(dāng)倍率的顯微鏡。儀器備有4X、10確40x物鏡供選用。由待測(cè)球面曲率半徑名義值，將夾持器沿導(dǎo)軌床面裝定到需要

28、刻線標(biāo)志位置。將待測(cè)件裝卡到夾持器上。 軸向微動(dòng)測(cè)量座并微調(diào)待測(cè)件使自準(zhǔn)顯微鏡的目鏡視 場(chǎng)中，觀察到過(guò)球心的清晰且無(wú)視差的自準(zhǔn)像。在投影讀數(shù)器讀得對(duì)應(yīng)球心的位置讀數(shù)x1o移動(dòng)測(cè)量座，使自準(zhǔn)顯微鏡對(duì)待測(cè)面頂點(diǎn)調(diào)焦，直至目鏡視場(chǎng)中再次看到清晰無(wú)視差的自準(zhǔn)像。讀得對(duì)應(yīng)球面頂點(diǎn)的位置讀數(shù)X2,那么被檢面的曲率半徑 R應(yīng)為R= X2 Xi + x0(5-1)式中x0為夾持器裝定位置的刻線標(biāo)志讀數(shù)(0、200、400、600、)o測(cè)凸球面曲率半徑的步驟也大致類(lèi)同，只是所測(cè)半徑范圍受到顯微鏡工作距限 制。四、測(cè)量誤差I(lǐng) OOOOn -2 ' - 3 ' -4( 5-2)式中1夾持器的定位誤差

29、；2投影讀數(shù)器的讀數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差；3自準(zhǔn)顯微鏡的兩次調(diào)焦誤差；4玻璃刻尺的刻線標(biāo)準(zhǔn)偏差。五、思考題1. 自準(zhǔn)球徑儀測(cè)球面曲率半徑時(shí)，球面頂點(diǎn)自準(zhǔn)像與球心自準(zhǔn)像，哪個(gè)好找些?為什么？2為提高自準(zhǔn)顯微鏡的清晰度法的調(diào)焦精度，其光學(xué)參量應(yīng)怎樣選擇？3凸球面曲率半徑的測(cè)量范圍由什么限定？在不降低測(cè)量精度條件下，可否增大凸球面的半徑測(cè)量范圍？4.測(cè)Rv 200mm的凹球面曲率半徑，夾持器座的定位誤差對(duì)曲率半徑測(cè)量精度 有否影響？為什么？5 用自準(zhǔn)球徑儀測(cè) R為30mm，口徑為25mm的凸凹對(duì)板，發(fā)現(xiàn)所得數(shù)據(jù)不一 致，問(wèn)哪個(gè)結(jié)果更可靠些？實(shí)驗(yàn)六平面光學(xué)元件的光學(xué)不平行度測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握比擬測(cè)角儀的使用和

30、測(cè)量玻璃平板光學(xué)不平行度的原理和方法。2 掌握測(cè)量反射棱鏡光學(xué)不平行度的原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及所用器具1測(cè)量直角棱鏡 D I 90。的光學(xué)不平行度，并判別角度誤差和棱差。2. 測(cè)量直角棱鏡 D H180。的光學(xué)不平行度，判別角誤差和棱差。3. 所用器具： GXY型比擬測(cè)角儀、待測(cè)玻璃平板、直角棱鏡DI 90。和D n 180 °三、測(cè)量原理和方法1. 測(cè)量原理假設(shè)反射棱鏡存在角誤差或棱差，那么展成的玻璃平板將存在不平行度，稱為反射棱鏡的光學(xué)不平行度。 其中，在入射光軸截面內(nèi)的不平行度分量稱為第一光學(xué)不平行度i (它是由角度誤差引起的)；而垂直光軸截面方向的不平行度分量稱第二光學(xué)不

31、 平行度 n (由棱差產(chǎn)生的)。自準(zhǔn)直法測(cè)量光學(xué)不平行度的原理如圖6.1所示。由自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡射出的一束平行光，分別經(jīng)玻璃平板的前后面反射，在望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)中得到互成角的兩個(gè)像，那么玻璃平板的不平行度*(6-1)2n圖6.1自準(zhǔn)直法測(cè)光學(xué)不平行度原理圖1 待測(cè)玻璃平板；2自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡式中n玻璃平板的析射率?？紤]到自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡分劃是按實(shí)際角度值之半標(biāo)注的，故*v -(6-2)n2. 比擬測(cè)角儀簡(jiǎn)介測(cè)量光學(xué)不平行度常用的儀器是光學(xué)比擬儀。如GXY 1型雙管比擬測(cè)角儀。它由底座、支座、兩個(gè)阿貝式自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡和承物臺(tái)構(gòu)成。阿貝式自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)如圖6.2所示，由物鏡、直角棱鏡、分劃板、照明棱鏡和目鏡組成。分劃

32、最小格值為15 。3. 測(cè)量方法(1)測(cè)直角棱鏡D I 90°勺光學(xué)不平行度如圖 6.3所示，待測(cè)棱鏡放承物臺(tái)上， 使其入射光軸截面與承物臺(tái)平行。 將自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡對(duì)向棱鏡入射面。 調(diào)自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡和承 物臺(tái)，在視場(chǎng)中可看到兩個(gè)像、，它們分別為棱鏡入射面與出射面的自準(zhǔn)像。將0 I、$，那么(6-3)像、各自調(diào)到分劃板的垂直分劃線上和水平分劃線上，并測(cè)得nn圖6.2阿貝式自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)1 物鏡：2直角棱鏡；3分劃板；4照明棱鏡；5 目鏡45 = ； A (6-4)n 1.4 n兩45。角大小的判別：在 AB面哈氣，那么出射面的自準(zhǔn)像將變暗或消失。由像 在左側(cè)可知/ Av/ B。棱鏡大小端判

33、別：由在的上方，那么棱鏡大端是垂直紙面向著讀者方向。圖6.3測(cè)量直角棱鏡 D I 90°勺光路圖(2)測(cè)直角棱鏡D n 180°光學(xué)不平行度：測(cè)量光路如圖6.4所示。自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡 對(duì)向棱鏡的入射面 AB，調(diào)自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡和承物臺(tái)，直至在視場(chǎng)中看到五個(gè)別離的自準(zhǔn) 像。其中像是從 AB面直接反射的自準(zhǔn)像；像、是兩次全反射像，故像最亮且 不隨棱鏡在入射光軸截面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)而移動(dòng)；像、是五次反射像(四次內(nèi)全反射和AB面的反射)，故像最暗。視場(chǎng)國(guó)一圖6.4 測(cè)量直角棱鏡 D n 佃0°的光路圖讀出自準(zhǔn)像與或間對(duì)應(yīng)的角距離I和n值，那么待測(cè)棱鏡的角度誤差 90 °及棱差a為I

34、-'"n90 =2n，a 6-52n 2n 90。的正負(fù)判別：在棱鏡與望遠(yuǎn)物鏡間用黑紙沿箭頭I方向移入光路，等價(jià)于箭頭n方向的欄擋效果。假設(shè)五次反射像消失的方向與箭頭n欄擋方向相同，那么 90°為正；反之 90°為負(fù)。棱鏡大小端判別：假設(shè)自準(zhǔn)像、在像的上方，那么棱鏡大端是垂直紙 面向著讀者；反之，棱鏡大端是垂直紙面遠(yuǎn)離讀者。四、思考題1用自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡測(cè)玻璃平板不平行度，假設(shè)經(jīng)平板前后外表反射的自準(zhǔn)像與 在視場(chǎng)中分布如圖 6.3的視場(chǎng)圖所示，指出玻璃平板不平行度方向及光楔厚端？2 現(xiàn)欲用自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡測(cè)一深茶色玻璃平板的不平行度，問(wèn)應(yīng)如何進(jìn)行測(cè)量？3.假設(shè)棱鏡D

35、n 180。僅存在某種誤差時(shí)，指出視場(chǎng)圖像的分布特征？實(shí)驗(yàn)七 刀口陰影法檢驗(yàn)面形偏差一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉刀口儀的構(gòu)造及使用方法。2 掌握刀口陰影法檢測(cè)面形偏差的原理，并能依據(jù)陰影圖分析面形偏差。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及所用器具1用刀口儀檢測(cè)凹球面鏡的面形偏差，并測(cè)其曲率半徑。2由實(shí)驗(yàn)中選定的參量，估算檢測(cè)面形偏差的靈敏度。3所用器具： WS 4型刀口儀、待檢凹球面鏡及夾持器。三、檢測(cè)原理及方法1刀口陰影法檢測(cè)面形偏差的原理刀口陰影法是通過(guò)觀察光瞳處的陰影圖來(lái)判別實(shí)際會(huì)聚波面對(duì)理想波面的偏離情況的，從而得知待檢光學(xué)面缺陷的部位、性質(zhì)和程度。圖7.1為檢測(cè)凹球面鏡面形偏差的情況。國(guó)產(chǎn)刀口儀規(guī)定刀口從右向左攔切

36、光束。由刀口在不同位置攔切光束的分析，可得判別面形偏差的準(zhǔn)那么：陰影與刀口同方向移動(dòng)，那么刀口位于光束會(huì)聚點(diǎn)之前，與刀 口位置為球心的球面波相比，波面ABC是凸起的；陰影與刀口反方向移動(dòng)，那么刀口位于光束會(huì)聚點(diǎn)之后，與刀口位置為球心的球面波相比，波面ABC是凹陷的；假設(shè)陰影圖瞬間呈均勻的半暗狀態(tài)，那么刀口剛好切到光束會(huì)聚點(diǎn)位置。當(dāng)波面存在局部凸起， 且刀口切到波面球心時(shí)， 可在均勻半暗背景中看到凸起處 呈現(xiàn)左明右暗情況；假設(shè)待檢面存在帶區(qū)誤差，相應(yīng)波面將產(chǎn)生軸對(duì)稱的帶區(qū)變形。當(dāng) 刀口切在某一帶區(qū)波面的會(huì)聚點(diǎn)時(shí)，對(duì)余下的各帶區(qū)波面而言， 將出現(xiàn)刀口在會(huì)聚點(diǎn)前、后切割光束的情況。顯然，波面誤差與刀

37、口所切軸向位置有關(guān)。圖7.1刀口陰影法檢凹球面鏡面形偏差在刀口切至光軸的同時(shí)，應(yīng)仔細(xì)地軸向微調(diào)刀口，使陰影圖到達(dá)最復(fù)雜刀口恰好切于波面的最正確像點(diǎn)處。此時(shí)，檢得的面形偏差與實(shí)際值最接近。當(dāng)?shù)犊谳S向移 動(dòng)距離足夠小時(shí)，由于人眼比照靈敏度的限制，人眼仍感到陰影圖沒(méi)出現(xiàn)明暗差異。 此時(shí)，刀口相應(yīng)的軸向移動(dòng)量 R或與之對(duì)應(yīng)的波差即表示刀口陰影法檢驗(yàn)靈敏度。用狹縫光源，且當(dāng)人眼比照靈敏度K取2%時(shí)，刀口陰影法檢驗(yàn)靈敏度為R：Ri =0.039b( ), ；iD= 0.0049b(D)R(7-1)式中b 狹縫寬度。用星孔光源且當(dāng) 取2%時(shí)，刀口陰影法檢驗(yàn)靈敏度為R ：R2 =0.17r(), ；2D&qu

38、ot;020r(D(7-2)式中r星孔半徑。由此可見(jiàn)，刀口陰影法檢驗(yàn)波差的靈敏度是與光源大小以及光源形狀選擇有關(guān)。在選擇適宜情況下， 刀口陰影法檢驗(yàn)靈敏度可達(dá)幾十分之一波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)。根據(jù)檢測(cè)光路安排及所選取的參量，可由式7-1 及7-2進(jìn)一步求得檢測(cè)面形偏差的靈敏度值。3.測(cè)凹球面曲率半徑圖7.2測(cè)凹球面曲率半徑的原理圖利用刀口陰影法能靈敏地確定凹球面最正確球心位置的特點(diǎn)，可準(zhǔn)確地測(cè)量待檢面的曲率半徑R,如圖7.2所示。當(dāng)?shù)犊跍?zhǔn)確切在像點(diǎn)S'位置時(shí)，只需用卷尺測(cè)出刃口至待檢球面有效孔徑邊緣間的距離L,即可由下式求得待檢面的曲率半徑廠一 DdR 二 L7-34L式是D鏡面有效孔徑的直徑；

39、d刃口至點(diǎn)光源間的距離。該方法測(cè)凹球面長(zhǎng)曲率半徑時(shí)具有很高的精度，通常情況下 R/R可達(dá)0.05 %左右。4檢測(cè)裝置為提高檢測(cè)靈敏度，刀口儀多做成自準(zhǔn)直式的。國(guó)產(chǎn)WS4型刀口儀就是自準(zhǔn)直型的，其結(jié)構(gòu)如圖 7.3所示。圖7.3 WS 4型刀口儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1 刀片；2星孔轉(zhuǎn)板；3聚光鏡；4 濾光片；5 燈座；6待檢面對(duì)其根本要求是：刀口儀的刀片內(nèi)面拋成鏡面，該面與光軸成30°角。刀片的刃口要平直、鋒利；聚光鏡應(yīng)將燈絲成像到星孔處，星孔轉(zhuǎn)板備有大小不等的六個(gè)星孔 和兩個(gè)狹縫供選用；刀口儀應(yīng)有縱向、橫向微調(diào)機(jī)構(gòu)，升降調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以及用于改變 刀口切入方向的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。5.檢測(cè)方法先調(diào)燈絲位置與聚光

40、鏡， 使星孔射出的光亮度均勻； 再根據(jù)待檢系統(tǒng)相對(duì)孔徑大小，自準(zhǔn)光的強(qiáng)弱和波差對(duì)稱與否，合理選星孔直徑或狹縫寬度。星孔直徑一般取待 檢鏡衍射中央亮斑的 510倍較為適宜。假設(shè)檢軸對(duì)稱性波面，選狹縫較有利；接著調(diào) 待檢面與刀口儀的相對(duì)位置，使刀口儀的縱向移動(dòng)方向與待檢面光軸一致，刃口與光軸垂直。調(diào)刀口儀，使星點(diǎn)像落到刃口處；隨著刃口的切入而微調(diào)刀口軸向位置，使 陰影圖呈最復(fù)雜； 在刃口切到最正確球心位置時(shí)，用卷尺測(cè)出刃口到待檢鏡面邊緣間的 距離L。代入式7-3求曲率半徑。四、思考題1 .待檢凹面存在局部面形偏差應(yīng)如何檢？2假設(shè)刀口沒(méi)切于最正確像點(diǎn)位置，對(duì)檢測(cè)面形有什么影響？3刀口陰影法檢測(cè)靈敏度

41、與哪些因素有關(guān)？4. 在檢凹即面鏡的面形時(shí)，假設(shè)刀口從左向右攔切光束，光瞳 面亮暗分布將有什么變化？5. 在對(duì)玻璃平板 P進(jìn)行材料均勻性檢測(cè)的光路中見(jiàn)圖 7.4,假設(shè)反射鏡M是理想的，且刀口剛好到理想透鏡O的焦點(diǎn)處，此時(shí)看到圖示的陰影圖，試分析材料折射率的分布特征。6用眼睛觀察陰影圖與在刀口后放一屏接收陰影圖，兩者等 效嗎？為什么？圖7.47.怎樣調(diào)刀口儀，才能較快地使刃口剛好切到星孔光源像處？實(shí)驗(yàn)八光學(xué)系統(tǒng)分辨率檢測(cè)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握望遠(yuǎn)鏡與照相物鏡分辨率的檢測(cè)原理。2. 能正確地設(shè)計(jì)檢測(cè)光路并確定相關(guān)參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及所用器具1檢測(cè)望遠(yuǎn)鏡分辨率。2分別檢測(cè)照相物鏡零視場(chǎng)的目視分辨率以及0

42、.7視場(chǎng)、全視場(chǎng)的子午、孤矢方向目視分辨率。3所用器具：裝有分辨率板的平行光管、觀測(cè)顯微鏡、前置鏡、物鏡夾持器及 調(diào)節(jié)點(diǎn)機(jī)構(gòu)、待檢望遠(yuǎn)鏡、照相物鏡。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法1柵格狀分辨率板望遠(yuǎn)系統(tǒng)分辨率是以物方剛好分辨開(kāi)的遠(yuǎn)方兩物點(diǎn)的角距離表示，而照相物鏡那么以像面上剛能分辨的每毫米線對(duì)數(shù)N表示。分辨率最常用的是柵格狀分辨率板。 它共有7塊板分別為Ai, A2,，A7,每塊由線寬遞減的 25個(gè)單元組成，每個(gè)單元由 四個(gè)不同方向的黑白相間線條簇組成，參看圖8.1, 7塊分辨率板各單元的線條寬度見(jiàn)表8-1。通常將分辨率板置于平行光管物鏡焦面上，以形成無(wú)限遠(yuǎn)的檢測(cè)標(biāo)志。22521212225圖8.1柵格狀

43、分辨率板表8-1柵格狀分辨率板線寬表分辨率板號(hào)A1A2A3A4A5A6A分辨率圖案單元號(hào)線寬度b值/ g116080.040.020.010.07.505.00215175.537.818.99.447.084.72314371.335.617.88.916.684.45413567.333.616.88.416.314.20512763.531.715.97.945.953.97612059.930.015.07.495.623.75711356.628.314.17.075.303.54810753.426.713.36.675.013.34910150.425.212.66.384.72

44、3.151095.147.623.811.95.954.462.971189.844.922.411.25.614.212.811284.842.421.210.65.303.972.651380.040.020.010.05.003.752.501475.337.818.99.444.723.542.361571.335.617.88.914.453.342.231667.333.616.88.414.203.152.101763.531.715.97.943.972.981.981859.530.015.07.493.752.811.871956.628.314.17.073.542.65

45、1.772053.426.713.36.673.342.501.672150.425.212.66.303.152.361.572247.623.811.95.952.972.231.492344.922.411.25.612.812.101.402442.421.210.65.302.651.991.322540.020.010.05.002.501.881.25注：空間頻率N=10OO (mm-1);平行光管對(duì)應(yīng)角距離2b工=2/°X 206265式中fC 平行光管焦距2.望遠(yuǎn)鏡分辨率的檢測(cè)望遠(yuǎn)鏡分辨率檢測(cè)光路如圖8.2所示。將選定的分辨率板置于優(yōu)置平行光管物鏡焦面處，由光源經(jīng)聚

46、光鏡毛玻璃均勻照亮分辨率板。將待檢望遠(yuǎn)鏡視度歸零，并置于平行光管與前置鏡之間(前置鏡入瞳應(yīng)大致位于待檢望遠(yuǎn)鏡出瞳處)，調(diào)三者共軸，那么在前置鏡視場(chǎng)中可看到放大的分辨率圖案像。檢測(cè)時(shí)應(yīng)由線條粗的分辨單元順序地向線條細(xì)的單元觀看， 以剛好能同時(shí)看清四個(gè)方向線條的單元組號(hào)為準(zhǔn)，查得對(duì)應(yīng)的線寬b，由下式求得待檢望遠(yuǎn)鏡的角分辨率(8-1):二206265f'c式中f'c圖8.2望遠(yuǎn)鏡分辨率檢測(cè)光路圖1 光源；2分辨率板；3平行光管物鏡；4望遠(yuǎn)鏡；5前置鏡 檢測(cè)前置鏡倍率的選擇應(yīng)滿足(1 2) D/仟(1 2) D'(8-2)式中 t 待檢望遠(yuǎn)鏡的視放大率；D、D'別為待檢

47、望遠(yuǎn)鏡入瞳直徑與出瞳直徑。在檢測(cè)分辨率的同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)分辨率圖案像清晰程度，有否彩色邊緣，透明線 光暈，相互垂直的線條是否同時(shí)清晰，線條變形或線間距不均，出現(xiàn)重像等情況估計(jì) 被檢系統(tǒng)的像質(zhì)。3 照相物鏡目視分辨率的測(cè)量照相物鏡目視分辨率的檢測(cè)光路如圖8.3所示，通常是在光具座上進(jìn)行的。將分辨率板置于優(yōu)質(zhì)平行光管物鏡的焦面處，待檢照相物鏡裝在夾持器上。要求夾持器能定位在某一視場(chǎng)角位置處， 還可帶動(dòng)物鏡沿軸向移動(dòng)，以將其后節(jié)點(diǎn)調(diào)到垂直轉(zhuǎn)軸上，觀測(cè)顯微鏡能沿軸向移動(dòng)。(1)軸上點(diǎn)零視場(chǎng)目視分辨率的檢測(cè)：調(diào)待檢照相物鏡使其與平行光管、顯微鏡共軸。再微調(diào)觀測(cè)顯微鏡使分辨率圖案像位于視場(chǎng)中央，找出剛能分辨

48、四個(gè)方向線條的單元號(hào)，查得線寬 b,那么軸上點(diǎn)目視分辨率 N為(8-3)圖8.3檢測(cè)照相物鏡分辨率的光路圖1分辨率板；2平行光管物鏡；3待檢物鏡；4觀測(cè)顯微鏡 式中f'c平行光管物鏡的實(shí)際焦距；f'待檢照相物鏡焦距。觀察顯微鏡的倍率按卜式選r=( 250 500) D/f'(8-4)式中D/f' 檢照相物鏡的相對(duì)孔徑。(2)軸外目視分辨率的測(cè)量：為保證在同一像面上檢測(cè)分辨率，先將待檢測(cè)物鏡的后節(jié)點(diǎn)調(diào)到夾持器的垂直轉(zhuǎn)軸上，并使物鏡轉(zhuǎn)到待檢的視場(chǎng)角，觀測(cè)顯微鏡相應(yīng)沿光軸向后移動(dòng) = f'(sec 1)距離。通過(guò)觀測(cè)顯微鏡分別找出線條在垂直子午方向和沿子午方向

49、剛能分辨開(kāi)的單元 號(hào)，查得對(duì)應(yīng)的線寬 bt和bs,那么該視場(chǎng)角下的子午方向和孤矢方向分辨率分別為M1 f'c2Ntcos，2b f'“1 f'cNscCOS(8-5)2bs f'同樣可測(cè)出其它視場(chǎng)角下的Nt、Ns,畫(huà)出所測(cè)物鏡的分辨率隨視場(chǎng)角的變化曲線。四、思考題1. 檢測(cè)望遠(yuǎn)鏡分辨率時(shí)，對(duì)前置鏡的倍率有何要求？假設(shè)檢測(cè)時(shí)系統(tǒng)的視度沒(méi)歸 零，對(duì)檢測(cè)結(jié)果有什么影響？2. 在照相物鏡分辨率的檢測(cè)光路中，觀測(cè)顯微鏡的倍率及NA應(yīng)如何選定？3如何用分辨率圖案像的變化，評(píng)價(jià)望遠(yuǎn)鏡像質(zhì)？4 為什么說(shuō)望遠(yuǎn)鏡的分辨率主要是由望遠(yuǎn)物鏡的分辨率決定的？5在檢測(cè)照相物鏡軸外目視分辨率

50、時(shí)，如何做，才能確保所測(cè)結(jié)果均是同一像 面上的分辨率？實(shí)驗(yàn)九光學(xué)系統(tǒng)的星點(diǎn)檢驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握星點(diǎn)檢驗(yàn)法的原理，并熟悉其判別技術(shù)。2.能正確選定檢驗(yàn)裝置的相關(guān)參量。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及所用器具1. 檢驗(yàn)光學(xué)系統(tǒng)的共軸性。2. 觀察正透鏡、負(fù)透鏡、望遠(yuǎn)物鏡和顯微物鏡的星點(diǎn)衍射像及其變化特征。3. 結(jié)合單一像差或典型疵病的星點(diǎn)衍射圖特征，估評(píng)待測(cè)透鏡的像質(zhì)。4所用器具：帶有星孔及照明裝置的平行光管、透鏡夾持器、待檢望遠(yuǎn)物鏡、 顯微物鏡、正透鏡、負(fù)透鏡、觀測(cè)顯微鏡。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法1.星點(diǎn)檢驗(yàn)原理使待檢光學(xué)系統(tǒng)對(duì)一點(diǎn)光源 星點(diǎn)成像，那么星點(diǎn)像必然反映系統(tǒng)存在的像差、工 藝疵病、材料缺陷等狀況。故觀察待

51、檢物鏡像面及像面附近的衍射像的光強(qiáng)分布，并 與理的衍射光強(qiáng)分布比擬，就可定性地評(píng)價(jià)透鏡像質(zhì)。 盡管星點(diǎn)檢驗(yàn)是種定性的相對(duì)比擬的檢驗(yàn)方法。由于它所需設(shè)備簡(jiǎn)單、現(xiàn)象直觀、靈敏度高，故對(duì)小像差系統(tǒng)仍然 是一種好的檢驗(yàn)方法。2檢驗(yàn)裝置及參量選擇星點(diǎn)檢驗(yàn)置主要由帶有星孔和照明裝置的平行光管、物鏡夾持器和觀察顯微鏡組成。檢驗(yàn)物鏡的光路原理圖如實(shí)驗(yàn)圖10.1所示。1 裝有星點(diǎn)的平行光管；2待檢物鏡；3觀測(cè)顯微鏡為使星點(diǎn)衍射像有好的比照度和足夠的衍射環(huán)細(xì)節(jié)，星孔的最大允許直徑dmax應(yīng)為max0.61Df 'c式中照明光源波長(zhǎng);D 待檢物鏡的入瞳直徑;(9-1)f'c平行光管的物鏡。為對(duì)星點(diǎn)像的細(xì)節(jié)進(jìn)