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光学测量第一节 光学面形偏差的检测第三章 光学零部件的基本测量光学测量第一节 光学面形偏差的检测4u概述：概述：光学干涉测试技术最初在光学零件和光学系统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。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。比，属于非接触测量。第一节 光学面形偏差的检测干干涉涉法法5 u现代干涉技术是物理学理论和当代技术有机结合的产物。现代干涉技术是物理学理论和当代技术有机结合的产物。激光、光电探测技术和信号处理技术对于干涉技术的发激光、光电探测技术和信号处理技术对于干涉技术的发展起着重要的作用。展起着重要的作用。u历史进程：历史进程： u1717世纪后半叶世纪后半叶，玻意耳，玻意耳(Boyle)(Boyle)和胡克和胡克(Hooke)(Hooke)独立地观独立地观察了两块玻璃板接触时出现的彩色条纹（后被称作牛顿察了两块玻璃板接触时出现的彩色条纹（后被称作牛顿环），人类从此开始注意到了干涉现象。环），人类从此开始注意到了干涉现象。u16901690年年，惠更斯出版，惠更斯出版论光论光，提出，提出“波动波动”说。说。u17041704年年，牛顿出版，牛顿出版光学光学，提出了，提出了“微粒微粒”说。说。u18011801年年，托马斯，托马斯杨杨(Thomas Young)(Thomas Young)完成了著名的杨氏完成了著名的杨氏双缝实验，人们可以有计划、有目的地控制干涉现象。双缝实验，人们可以有计划、有目的地控制干涉现象。第一节 光学面形偏差的检测干干涉涉法法6u历史进程：历史进程：u18181818年年，阿喇果和菲涅尔发现两个正交的偏振光不能干，阿喇果和菲涅尔发现两个正交的偏振光不能干涉，导致杨和菲涅尔得出光是横波的结论。涉，导致杨和菲涅尔得出光是横波的结论。u18601860年年，麦克斯韦，麦克斯韦(C.Maxwell)(C.Maxwell)的电磁场理论为干涉技的电磁场理论为干涉技术奠定了坚实的理论基础。术奠定了坚实的理论基础。u18811881年年，迈克尔逊，迈克尔逊( (A.MichelsonA.Michelson) )设计了著名的干涉实设计了著名的干涉实验来测量验来测量“以太以太”漂移，导致漂移，导致“以太以太”说的破灭和相对说的破灭和相对论的诞生。他还首次用干涉仪以镉红谱线与国际米原器论的诞生。他还首次用干涉仪以镉红谱线与国际米原器作比对，导致后来用光波长定义作比对，导致后来用光波长定义“米米”。u19001900年年，普朗克（，普朗克（Max PlanckMax Planck）提出辐射的量子理论，提出辐射的量子理论，成为近代物理学的起点。成为近代物理学的起点。干干涉涉法法第一节 光学面形偏差的检测7u历史进程：历史进程：u19051905年年，爱因斯坦（，爱因斯坦（Albert EinsteinAlbert Einstein）提出相对论原理。提出相对论原理。u19241924年年，Louis de BroglieLouis de Broglie推导出推导出de Brogliede Broglie波方程，波方程，认为所有的运动粒子都具有相应的波长，为隧道显微镜、认为所有的运动粒子都具有相应的波长，为隧道显微镜、原子力显微镜的诞生做了理论准备。原子力显微镜的诞生做了理论准备。u19601960年年，梅曼，梅曼( (MaimanMaiman) )研制成功第一台红宝石激光器，研制成功第一台红宝石激光器，以及微电子技术和计算机技术的飞速发展，使光学干涉以及微电子技术和计算机技术的飞速发展，使光学干涉技术的发展进入了快速增长时期。技术的发展进入了快速增长时期。u19821982年年，G.BinningG.Binning和和H.RohrerH.Rohrer研制成功扫描隧道显微镜，研制成功扫描隧道显微镜，19861986年发明原子力显微镜，从此开始了干涉技术向纳米、年发明原子力显微镜，从此开始了干涉技术向纳米、亚纳米分辨率和准确度前进的新时代。亚纳米分辨率和准确度前进的新时代。第一节 光学面形偏差的检测干干涉涉法法8u特点：特点：n具有更高的测试灵敏度和准确度；具有更高的测试灵敏度和准确度；n绝大部分的干涉测试都是非接触式的，不会对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；被测件带来表面损伤和附加误差；n较大的量程范围；较大的量程范围；n抗干扰能力强；抗干扰能力强；n操作方便；操作方便；n在精密测量、精密加工和实时测控的诸多领域在精密测量、精密加工和实时测控的诸多领域获得广泛应用。获得广泛应用。第一节 光学面形偏差的检测干干涉涉法法9u分类：分类：干涉测试技术干涉测试技术干涉测试技术干涉测试技术按光波按光波按光波按光波分光方式分光方式分光方式分光方式按相干光束按相干光束按相干光束按相干光束传播路径传播路径传播路径传播路径按用途按用途按用途按用途分分分分振振振振幅幅幅幅式式式式分分分分波波波波阵阵阵阵面面面面式式式式共共共共程程程程干干干干涉涉涉涉非非非非共共共共程程程程干干干干涉涉涉涉静静静静态态态态干干干干涉涉涉涉动动动动态态态态干干干干涉涉涉涉干干涉涉法法第一节 光学面形偏差的检测101、干涉的概念、干涉的概念1）相干光）相干光（1）频率相同）频率相同 （2）位相差恒定）位相差恒定 （3）光矢量振动方向相同）光矢量振动方向相同（4）光程差小于波列长度）光程差小于波列长度 因此，必须用单色光源，使同一光源发出的光束分成两束，且因此，必须用单色光源，使同一光源发出的光束分成两束，且光程差不能太大。钠光光程差不能太大。钠光 ，激光激光 几十米）几十米）第一节 光学面形偏差的检测干干涉涉法法11影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素u干涉条纹对比度可定义为干涉条纹对比度可定义为 式式式式中中中中，I I I Imaxmaxmaxmax、I I I Iminminminmin 分分分分别别别别为为为为静静静静态态态态干干干干涉涉涉涉场场场场中中中中光光光光强强强强的的的的最最最最大大大大值值值值和和和和最最最最小小小小值值值值，也可以理解为动态干涉场中某点的光强最大值和最小值。也可以理解为动态干涉场中某点的光强最大值和最小值。也可以理解为动态干涉场中某点的光强最大值和最小值。也可以理解为动态干涉场中某点的光强最大值和最小值。当当当当 I I I Iminminminmin = = = = 0 0 0 0时时时时K K K K1 1 1 1，对对对对比比比比度度度度有有有有最最最最大大大大值值值值；而而而而当当当当 I I I Imaxmaxmaxmax= = = = I I I Iminminminmin时时时时K K K K0 0 0 0，条纹消失。在实际应用中，对比度一般都小于条纹消失。在实际应用中，对比度一般都小于条纹消失。在实际应用中，对比度一般都小于条纹消失。在实际应用中，对比度一般都小于1 1 1 1。对对对对目目目目视视视视干干干干涉涉涉涉仪仪仪仪可可可可以以以以认认认认为为为为：当当当当K K K K0.750.750.750.75时时时时，对对对对比比比比度度度度就就就就算算算算是是是是好好好好的的的的；而而而而当当当当K K K K0.50.50.50.5时时时时，可可可可以以以以算算算算是是是是满满满满意意意意的的的的；当当当当K K K K0.10.10.10.1时时时时，条条条条纹纹纹纹尚尚尚尚可可可可辨辨辨辨认，但是已经相当困难的了。认，但是已经相当困难的了。认，但是已经相当困难的了。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。对动态干涉测试系统，对条纹对比度的要求就比较低。对动态干涉测试系统，对条纹对比度的要求就比较低。对动态干涉测试系统，对条纹对比度的要求就比较低。第一节 光学面形偏差的检测干干涉涉法法12n n由由由由此此此此得得得得最最最最大大大大干干干干涉涉涉涉级级级级m m m m/ / / / ，与与与与此此此此相相相相应应应应的的的的尚尚尚尚能能能能产产产产生生生生干干干干涉涉涉涉条纹的两支相干光的最大光程差条纹的两支相干光的最大光程差条纹的两支相干光的最大光程差条纹的两支相干光的最大光程差( ( ( (或称光源的相干长度或称光源的相干长度或称光源的相干长度或称光源的相干长度) ) ) )为为为为4-1 激光干涉测试技术基础1.2 1.2 影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素光源的单色性与时间相干性光源的单色性与时间相干性u如图，干涉场中实际见到的条纹是如图，干涉场中实际见到的条纹是到到 中间所有波长的光干涉条纹叠加的结果。中间所有波长的光干涉条纹叠加的结果。u当当 的第的第m m级亮级亮 纹与纹与的第的第m m+1+1级亮纹重级亮纹重 合后，所有亮纹开始重合后，所有亮纹开始重 合，而在此之前则是彼此分开的。则尚能分辨干合，而在此之前则是彼此分开的。则尚能分辨干涉条纹的限度为涉条纹的限度为 图4-1 各种波长干涉条纹的叠加+在波动光学中，把光通过相干在波动光学中，把光通过相干在波动光学中，把光通过相干在波动光学中，把光通过相干长度所需要的时间称为长度所需要的时间称为长度所需要的时间称为长度所需要的时间称为相干时相干时相干时相干时间间间间，其实质就是可以产生干涉，其实质就是可以产生干涉，其实质就是可以产生干涉，其实质就是可以产生干涉的波列持续时间，（其的波列持续时间，（其的波列持续时间，（其的波列持续时间，（其对应产对应产对应产对应产生生生生干涉的两列波的光程差）。干涉的两列波的光程差）。干涉的两列波的光程差）。干涉的两列波的光程差）。因此，因此，因此，因此，激光光源的时间相干性激光光源的时间相干性激光光源的时间相干性激光光源的时间相干性比普通光源好得多，比普通光源好得多，比普通光源好得多，比普通光源好得多，一般在激一般在激一般在激一般在激光干涉仪的设计和使用时不用光干涉仪的设计和使用时不用光干涉仪的设计和使用时不用光干涉仪的设计和使用时不用考虑其时间相干性。考虑其时间相干性。考虑其时间相干性。考虑其时间相干性。 第一节 光学面形偏差的检测干干涉涉法法13影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素光源大小与空间相干性光源大小与空间相干性u干涉图样的照度，在很大程度上取决于光源干涉图样的照度，在很大程度上取决于光源的尺寸，而光源的尺寸大小又会对各类干涉的尺寸，而光源的尺寸大小又会对各类干涉图样对比度有不同的影响图样对比度有不同的影响: :n由平行平板产生的等倾干涉，无论多么宽的光源由平行平板产生的等倾干涉，无论多么宽的光源尺寸，其干涉图样都有很好的对比度。尺寸，其干涉图样都有很好的对比度。n杨氏干涉实验只在限制狭缝宽度的情况下，才能杨氏干涉实验只在限制狭缝宽度的情况下，才能看清干涉图样。看清干涉图样。n由楔形板产生的等厚干涉图样，则是介于以上两由楔形板产生的等厚干涉图样，则是介于以上两种情况之间。种情况之间。图4-3 光阑孔大小对干涉条纹对比度的影响 a) b) c)如取对比度为如取对比度为如取对比度为如取对比度为0.90.90.90.9，可得光源的许可半径，可得光源的许可半径，可得光源的许可半径，可得光源的许可半径 在干涉测量中，采取尽量减小光源尺在干涉测量中，采取尽量减小光源尺在干涉测量中，采取尽量减小光源尺在干涉测量中，采取尽量减小光源尺寸的措施，固然可以提高条纹的对比寸的措施，固然可以提高条纹的对比寸的措施，固然可以提高条纹的对比寸的措施，固然可以提高条纹的对比度，但干涉场的亮度也随之减弱。度，但干涉场的亮度也随之减弱。度，但干涉场的亮度也随之减弱。度，但干涉场的亮度也随之减弱。当采用激光作为光源时，因为光源上当采用激光作为光源时，因为光源上当采用激光作为光源时，因为光源上当采用激光作为光源时，因为光源上各点所发出的光束之间有固定的相位各点所发出的光束之间有固定的相位各点所发出的光束之间有固定的相位各点所发出的光束之间有固定的相位关系，形成的干涉条纹也有固定的分关系，形成的干涉条纹也有固定的分关系，形成的干涉条纹也有固定的分关系，形成的干涉条纹也有固定的分布，而与光源的尺寸无关。布，而与光源的尺寸无关。布，而与光源的尺寸无关。布，而与光源的尺寸无关。激光光源激光光源激光光源激光光源的大小不受限制，的大小不受限制，的大小不受限制，的大小不受限制，激光的空间相干性激光的空间相干性激光的空间相干性激光的空间相干性比普通光源好得多。比普通光源好得多。比普通光源好得多。比普通光源好得多。第一节 光学面形偏差的检测干干涉涉法法14影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素相干光束光强不等和杂散光的影响相干光束光强不等和杂散光的影响u设两支相干光的光强为设两支相干光的光强为I I2 2= =nInI1 1，则有则有图4-4 对比度K与两支干涉光强比n的关系可见，可见，可见，可见，没有必要追求两支没有必要追求两支没有必要追求两支没有必要追求两支相干光束的光强严格相等。相干光束的光强严格相等。相干光束的光强严格相等。相干光束的光强严格相等。尤其在其中一支光束光强尤其在其中一支光束光强尤其在其中一支光束光强尤其在其中一支光束光强很小的情况下，人为降低很小的情况下，人为降低很小的情况下，人为降低很小的情况下，人为降低另一支光束的光强，甚至另一支光束的光强，甚至另一支光束的光强，甚至另一支光束的光强，甚至是有害的。因为这会导致是有害的。因为这会导致是有害的。因为这会导致是有害的。因为这会导致不适当地降低干涉图样的不适当地降低干涉图样的不适当地降低干涉图样的不适当地降低干涉图样的照度，从而提升了人眼的照度，从而提升了人眼的照度，从而提升了人眼的照度，从而提升了人眼的对比度灵敏阈值，不利于对比度灵敏阈值，不利于对比度灵敏阈值，不利于对比度灵敏阈值，不利于目视观测。目视观测。目视观测。目视观测。 非期望的杂散光进入干涉场，会严重影响条纹对比度。非期望的杂散光进入干涉场，会严重影响条纹对比度。设混入两支干涉光路中杂散光的强度均为设混入两支干涉光路中杂散光的强度均为 ，则，则于是于是于是于是第一节 光学面形偏差的检测干干涉涉法法154-1 激光干涉测试技术基础影响干涉条纹对比度的因素相干光束光强不等和杂散光的影响u当n = 1时，有n n在干涉仪中各光学零件的每个界面上都产生光的反射和在干涉仪中各光学零件的每个界面上都产生光的反射和在干涉仪中各光学零件的每个界面上都产生光的反射和在干涉仪中各光学零件的每个界面上都产生光的反射和折射，其中非期望的杂散光线，能以多种可能的路径进折射，其中非期望的杂散光线，能以多种可能的路径进折射，其中非期望的杂散光线，能以多种可能的路径进折射，其中非期望的杂散光线，能以多种可能的路径进入干涉场。尤其是在用激光作光源的干涉测量中，由于入干涉场。尤其是在用激光作光源的干涉测量中，由于入干涉场。尤其是在用激光作光源的干涉测量中，由于入干涉场。尤其是在用激光作光源的干涉测量中，由于激光具有极好的空间相干性，使系统中存在的杂散光很激光具有极好的空间相干性，使系统中存在的杂散光很激光具有极好的空间相干性，使系统中存在的杂散光很激光具有极好的空间相干性，使系统中存在的杂散光很容易形成寄生条纹。容易形成寄生条纹。容易形成寄生条纹。容易形成寄生条纹。n n解决杂散光的主要技术措施有：解决杂散光的主要技术措施有：解决杂散光的主要技术措施有：解决杂散光的主要技术措施有：光学零件表面正确镀光学零件表面正确镀光学零件表面正确镀光学零件表面正确镀增透膜，增透膜，增透膜，增透膜，适当设置针孔光阑，适当设置针孔光阑，适当设置针孔光阑，适当设置针孔光阑，正确选择分束器。其正确选择分束器。其正确选择分束器。其正确选择分束器。其中尤以第三点为问题的关键。中尤以第三点为问题的关键。中尤以第三点为问题的关键。中尤以第三点为问题的关键。 比较式比较式比较式比较式可见，在两支光强比可见，在两支光强比可见，在两支光强比可见，在两支光强比n n n n较较较较小时，杂散光对条纹对比小时，杂散光对条纹对比小时，杂散光对条纹对比小时，杂散光对条纹对比度的影响远比两支干涉光度的影响远比两支干涉光度的影响远比两支干涉光度的影响远比两支干涉光的光强不相等的影响要严的光强不相等的影响要严的光强不相等的影响要严的光强不相等的影响要严重得多。重得多。重得多。重得多。 第一节 光学面形偏差的检测干干涉涉法法164-1 激光干涉测试技术基础影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素u小结：小结：u对于所有类型的干涉仪，干涉条纹图样对比度降对于所有类型的干涉仪，干涉条纹图样对比度降低的普遍原因是：低的普遍原因是：n光源的时间相干性；光源的时间相干性；n光源的空间相干性；光源的空间相干性；n相干光束的光强不等；相干光束的光强不等；n杂散光的存在；杂散光的存在；n各光束的偏振状态差异；各光束的偏振状态差异；n振动、空气扰动、干涉仪结构的刚性不足等。振动、空气扰动、干涉仪结构的刚性不足等。第一节 光学面形偏差的检测干干涉涉法法174-1 激光干涉测试技术基础共程干涉和非共程干涉u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，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。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，因而不能进行精确的测量。这类干涉仪，称为非共程干涉仪。u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仪。其u共程干涉仪大致可分为u共程干涉仪常常借助于部分散射面、双折射晶体、半反射面或衍射实现分束。特点：特点：特点：特点：抗环境干扰；抗环境干扰；抗环境干扰；抗环境干扰；在产生参考光束时，通常不需要尺在产生参考光束时，通常不需要尺在产生参考光束时，通常不需要尺在产生参考光束时，通常不需要尺寸等于或大于被测光学系统通光口径寸等于或大于被测光学系统通光口径寸等于或大于被测光学系统通光口径寸等于或大于被测光学系统通光口径的光学标准件；的光学标准件；的光学标准件；的光学标准件；在视场中心两支光束的光程差一般在视场中心两支光束的光程差一般在视场中心两支光束的光程差一般在视场中心两支光束的光程差一般为零，因此可以使用白光光源。为零，因此可以使用白光光源。为零，因此可以使用白光光源。为零，因此可以使用白光光源。特点有：特点有：特点有：特点有：使参考光束只通过被检光学系统使参考光束只通过被检光学系统使参考光束只通过被检光学系统使参考光束只通过被检光学系统的小部分区域，因而不受系统像差的小部分区域，因而不受系统像差的小部分区域，因而不受系统像差的小部分区域，因而不受系统像差的影响，当此参考光束和经过该光的影响，当此参考光束和经过该光的影响，当此参考光束和经过该光的影响，当此参考光束和经过该光学系统全孔径的检验光束相干时，学系统全孔径的检验光束相干时，学系统全孔径的检验光束相干时，学系统全孔径的检验光束相干时，就可直观地获得系统的缺陷信息。就可直观地获得系统的缺陷信息。就可直观地获得系统的缺陷信息。就可直观地获得系统的缺陷信息。如如如如散射板干涉仪、点衍射干涉仪散射板干涉仪、点衍射干涉仪散射板干涉仪、点衍射干涉仪散射板干涉仪、点衍射干涉仪等。等。等。等。大多数的共程干涉仪中，参考光大多数的共程干涉仪中，参考光大多数的共程干涉仪中，参考光大多数的共程干涉仪中，参考光束和测试光束都受像差的影响，干束和测试光束都受像差的影响，干束和测试光束都受像差的影响，干束和测试光束都受像差的影响，干涉是由一支光束相对于另一支光束涉是由一支光束相对于另一支光束涉是由一支光束相对于另一支光束涉是由一支光束相对于另一支光束错位产生的。这时，得到的信息不错位产生的。这时，得到的信息不错位产生的。这时，得到的信息不错位产生的。这时，得到的信息不是直观的，需要作某些计算才能确是直观的，需要作某些计算才能确是直观的，需要作某些计算才能确是直观的，需要作某些计算才能确定被测波面形状，如各种类型的定被测波面形状，如各种类型的定被测波面形状，如各种类型的定被测波面形状，如各种类型的剪剪剪剪切干涉仪切干涉仪切干涉仪切干涉仪。两类：两类：两类：两类：第一节 光学面形偏差的检测干干涉涉法法182)平板干涉平板干涉第一节 光学面形偏差的检测干干涉涉法法19考虑半波损失考虑半波损失干干涉涉法法第一节 光学面形偏差的检测i i不变不变h h变等厚干涉，变等厚干涉，i i变变h h不变等倾干涉不变等倾干涉202、等厚干涉法、等厚干涉法1）菲索干涉仪）菲索干涉仪原理：当原理：当i=0时，时，干干涉涉法法第一节 光学面形偏差的检测213-1-13-1-1裴索平面干涉仪检测面形偏差裴索平面干涉仪检测面形偏差第一节 光学面形偏差的检测第一节 光学面形偏差的检测菲菲索索平平面面干干涉涉仪仪22第一节 光学面形偏差的检测菲菲索索平平面面干干涉涉仪仪23第一节 光学面形偏差的检测菲菲索索平平面面干干涉涉仪仪24影响测试准确度的因素影响测试准确度的因素影响测试准确度的因素影响测试准确度的因素1 1 1 1）光源大小和空间相干性）光源大小和空间相干性）光源大小和空间相干性）光源大小和空间相干性 激光斐索型平面干涉仪的基本光路和原理激光斐索型平面干涉仪的基本光路和原理1237456M1参考平面M2被测平面图4-15 激光斐索型平面干涉仪基本光路图计算例：计算例：计算例：计算例：若若若若h h5mm5mm， 546.1nm546.1nm，则则 1717。若取若取若取若取f f 500mm500mm，则则d d5mm5mm。 2 2 2 2）光源的单色性和时间相干性。）光源的单色性和时间相干性。）光源的单色性和时间相干性。）光源的单色性和时间相干性。 第一节 光学面形偏差的检测菲菲索索平平面面干干涉涉仪仪25影响测试准确度的因素影响测试准确度的因素影响测试准确度的因素影响测试准确度的因素 3 3 3 3）杂散光的影响。）杂散光的影响。）杂散光的影响。）杂散光的影响。平行光在标准参考平板的上表面和被测件的下表面平行光在标准参考平板的上表面和被测件的下表面平行光在标准参考平板的上表面和被测件的下表面平行光在标准参考平板的上表面和被测件的下表面都会反射一部分光而形成非期望的杂散光。由于都会反射一部分光而形成非期望的杂散光。由于都会反射一部分光而形成非期望的杂散光。由于都会反射一部分光而形成非期望的杂散光。由于激光的相干性能非常好，这些杂散光叠加到干涉激光的相干性能非常好，这些杂散光叠加到干涉激光的相干性能非常好，这些杂散光叠加到干涉激光的相干性能非常好，这些杂散光叠加到干涉场上会产生寄生条纹和背景光，影响条纹的对比场上会产生寄生条纹和背景光，影响条纹的对比场上会产生寄生条纹和背景光，影响条纹的对比场上会产生寄生条纹和背景光，影响条纹的对比度。度。度。度。消除该杂散光的主要措施是：消除该杂散光的主要措施是：消除该杂散光的主要措施是：消除该杂散光的主要措施是：将标准参考平板做成楔形板，以使标准平板上表面反射将标准参考平板做成楔形板，以使标准平板上表面反射将标准参考平板做成楔形板，以使标准平板上表面反射将标准参考平板做成楔形板，以使标准平板上表面反射回来的光线不能进入干涉场；回来的光线不能进入干涉场；回来的光线不能进入干涉场；回来的光线不能进入干涉场；同样，将被测件做成楔形板或在它的背面涂抹油脂，也同样，将被测件做成楔形板或在它的背面涂抹油脂，也同样，将被测件做成楔形板或在它的背面涂抹油脂，也同样，将被测件做成楔形板或在它的背面涂抹油脂，也能消除或减小被测件下表面产生的杂散光影响；能消除或减小被测件下表面产生的杂散光影响；能消除或减小被测件下表面产生的杂散光影响；能消除或减小被测件下表面产生的杂散光影响；整个系统的所有光学面上均应镀增透膜。整个系统的所有光学面上均应镀增透膜。整个系统的所有光学面上均应镀增透膜。整个系统的所有光学面上均应镀增透膜。第一节 光学面形偏差的检测菲菲索索平平面面干干涉涉仪仪26影响测试准确度的因素影响测试准确度的因素影响测试准确度的因素影响测试准确度的因素 4 4 4 4）标准参考平板的影响。）标准参考平板的影响。）标准参考平板的影响。）标准参考平板的影响。标准参考平板参考面标准参考平板参考面标准参考平板参考面标准参考平板参考面M M M M1 1 1 1在干涉仪中是作为测量基准用在干涉仪中是作为测量基准用在干涉仪中是作为测量基准用在干涉仪中是作为测量基准用的，主要要求是：面形误差小；口径必须大于被测件。的，主要要求是：面形误差小；口径必须大于被测件。的，主要要求是：面形误差小；口径必须大于被测件。的，主要要求是：面形误差小；口径必须大于被测件。当标准平板口径大于当标准平板口径大于当标准平板口径大于当标准平板口径大于200mm200mm200mm200mm时，其加工和检验都很困时，其加工和检验都很困时，其加工和检验都很困时，其加工和检验都很困难。难。难。难。为了保证参考平面面形精度：为了保证参考平面面形精度：为了保证参考平面面形精度：为了保证参考平面面形精度：严格控制加工过程；严格控制加工过程；严格控制加工过程；严格控制加工过程；材料的线膨胀系数较小、残余应力很小；材料的线膨胀系数较小、残余应力很小；材料的线膨胀系数较小、残余应力很小；材料的线膨胀系数较小、残余应力很小；安装时使之不产生装夹应力；安装时使之不产生装夹应力；安装时使之不产生装夹应力；安装时使之不产生装夹应力；在高质量平面（如标准参考平面）的面形测量中，可以考虑在高质量平面（如标准参考平面）的面形测量中，可以考虑在高质量平面（如标准参考平面）的面形测量中，可以考虑在高质量平面（如标准参考平面）的面形测量中，可以考虑用液体的表面作为参考平面。用液体的表面作为参考平面。用液体的表面作为参考平面。用液体的表面作为参考平面。此时被测平面此时被测平面此时被测平面此时被测平面MM2 2朝下对液体表面。朝下对液体表面。朝下对液体表面。朝下对液体表面。地球的曲率半径约为地球的曲率半径约为地球的曲率半径约为地球的曲率半径约为6370km6370km，当液面口径为，当液面口径为，当液面口径为，当液面口径为1000mm1000mm时，液面中心才高出约时，液面中心才高出约时，液面中心才高出约时，液面中心才高出约0.10.1光圈，当口光圈，当口光圈，当口光圈，当口径为径为径为径为250mm250mm时，液面才高出约时，液面才高出约时，液面才高出约时，液面才高出约0.0050.005光圈。光圈。光圈。光圈。主要要求：主要要求：主要要求：主要要求：使液体处于静止状态（对测量环境使液体处于静止状态（对测量环境使液体处于静止状态（对测量环境使液体处于静止状态（对测量环境要求严格控制，还应该选用粘度较大，本身比要求严格控制，还应该选用粘度较大，本身比要求严格控制，还应该选用粘度较大，本身比要求严格控制，还应该选用粘度较大，本身比较均匀和清洁的液体。）较均匀和清洁的液体。）较均匀和清洁的液体。）较均匀和清洁的液体。）常常用作标准参考平面的液体有液态石蜡、扩常常用作标准参考平面的液体有液态石蜡、扩常常用作标准参考平面的液体有液态石蜡、扩常常用作标准参考平面的液体有液态石蜡、扩散泵油、精密仪表油和水银等。散泵油、精密仪表油和水银等。散泵油、精密仪表油和水银等。散泵油、精密仪表油和水银等。第一节 光学面形偏差的检测菲菲索索平平面面干干涉涉仪仪27测平面面形测平面面形光程差变化光程差变化，h=/2看条看条纹纹的弯曲的弯曲和不和不规则规则判断面形判断面形误误差，减小空气差，减小空气层层厚度看条厚度看条纹纹移移动动判断凸凹性判断凸凹性质质。第一节 光学面形偏差的检测菲菲索索平平面面干干涉涉仪仪28第一节 光学面形偏差的检测菲菲索索平平面面干干涉涉仪仪29第一节 光学面形偏差的检测30第一节 光学面形偏差的检测31第一节 光学面形偏差的检测32第一节 光学面形偏差的检测33第一节 光学面形偏差的检测34第一节 光学面形偏差的检测菲菲索索平平面面干干涉涉仪仪35第一节 光学面形偏差的检测菲菲索索平平面面干干涉涉仪仪36精度分析：精度分析：1、标准平面的误差、标准平面的误差 口径大于口径大于200mm时加工和检验困难，精度大于二十分之一波长用液面作基时加工和检验困难，精度大于二十分之一波长用液面作基准面地球半径准面地球半径6400KM液面口径液面口径500mm时液面平面度误差为百分之一波长。时液面平面度误差为百分之一波长。2、准直物镜的像差、准直物镜的像差 出射光不是平行光以角象差出射光不是平行光以角象差表示形成干涉条表示形成干涉条纹纹的光程差附加了一个的光程差附加了一个2h的光的光程差，若精度要求程差，若精度要求/100，h=50mm求得求得550,550,37.5 0.06% 4、环扣选择、环扣选择 另另 机机械械法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量109f f1 1(K),(K),f f2 2(K)(K)在定在定义域内域内为单调函数有端函数有端值00.250.50.751.00f1(K)7.883.732.201.00f2(K)30.56.641.950.00K取0.75较合适5、优缺优点：精度高、测量范围宽、零件不用抛光、操作方便缺点：磨损 机机械械法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量110 机机械械法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量111自自准准直直法法一、准直望远镜法一、准直望远镜法(Autostigmatic Measurement)1、测量原理、测量原理当 第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量1122 2、测量装置及方法、测量装置及方法1）装置：带有伸缩筒的自准直望远镜）装置：带有伸缩筒的自准直望远镜2）方法）方法 A用平面反射镜自准读取用平面反射镜自准读取a1 B用被测球面自准读取用被测球面自准读取a2 C计算计算3、误差分析、误差分析自自准准直直法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量113 实际上用实际上用 分析分析其中其中 主要有三个因素决定：主要有三个因素决定：（1）纵向调焦误差）纵向调焦误差调焦误差调焦误差自准时自准时自自准准直直法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量114调焦两次调焦两次（2）平面镜的面形误差）平面镜的面形误差修正修正 凹面取正，凸面取负凹面取正，凸面取负 （3）伸缩筒格值误差）伸缩筒格值误差自自准准直直法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量115例例:用自准直望远镜测一透镜曲率半径已知用自准直望远镜测一透镜曲率半径已知D=50mm D/f=1/10=20X平面镜口径平面镜口径D=60mm,N=0.2(在在50mm范围内范围内)测得测得x=5mm,1mm,25mm解：解：取清晰度法取清晰度法自自准准直直法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量116若若X=5mm，若若X=1mm，自自准准直直法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量117若若X=25mm，若若d=200mm 4、优缺点、优缺点（1）优点：可测大曲率半径、非接触测量、设备简单）优点：可测大曲率半径、非接触测量、设备简单（2）缺点：精度低（）缺点：精度低（0.2%10%）只适用于大曲率半径、被测零件要抛光）只适用于大曲率半径、被测零件要抛光 自自准准直直法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量118自自准准直直法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量119自自准准直直法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量120二、准直显微镜法二、准直显微镜法1、测量原理、测量原理自自准准直直法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量1212、测量方法和装置、测量方法和装置（1）装置：光学球径仪）装置：光学球径仪（2）方法：自准直显微物镜可换）方法：自准直显微物镜可换A显微镜的准球心看到自准反射象记下读数显微镜的准球心看到自准反射象记下读数a1B显微镜的准球面看到自准反射象记下读数显微镜的准球面看到自准反射象记下读数a2C计算计算R=a2-a1+x03、误差分析、误差分析A夹持器座定位误差夹持器座定位误差1 1=3.0=3.0m mB B刻尺刻线误差刻尺刻线误差2 2=0.5=0.5m mC C投影读数器误差投影读数器误差3 30.5mD显显微微镜镜两次两次调调焦（清晰度法）的焦（清晰度法）的标标准偏差准偏差例：用光学球径例：用光学球径仪测仪测曲率半径，已知：曲率半径，已知：求求调调焦焦误误差差自自准准直直法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量122可见提高可见提高 和和 可提高测量精度可提高测量精度但但1、大，大，NA大，工作距小，凸面大，工作距小，凸面测测量受限量受限2、零件口径、零件口径D/R小小时时，NA不能充分利用，达不到提高精度不能充分利用，达不到提高精度的目的，反而会因的目的，反而会因为为放大率大、光束孔径小、使放大率大、光束孔径小、使视场视场暗，暗，降低降低调调焦精度。焦精度。3、优优缺点：缺点：u优点：非接触测量表面不会磨损、可测小曲率半径、精优点：非接触测量表面不会磨损、可测小曲率半径、精度高度高 （0.0010.002）u缺点缺点:表面必须抛光、测量范围小（凸大于表面必须抛光、测量范围小（凸大于25mm凹小于凹小于500mm ）、仪器调整复杂）、仪器调整复杂 自自准准直直法法第二节第二节 球面曲率半径的测量球面曲率半径的测量123曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法124uSpherical Wave Multiple Beam Interferometry (SWIM)曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法125曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法126曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法127uScatterplate Interferometer曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法128曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法129曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法130曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法131曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法132曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法133曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法134曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法135曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法136曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法137曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法138曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法139曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法140曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法141曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法142曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法143曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法144曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法145曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法146曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法147曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法148曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法149曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法150曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法151曲率半径和面形测量其他方法曲率半径和面形测量其他方法152第三节 平板玻璃平行差测量第三章 光学零部件的基本测量光学测量第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量光学系统分两大类光学系统分两大类u共轴球面系统共轴球面系统 coaxial spherical system A、球面、球面 B、非球面、非球面u平面镜棱镜系统平面镜棱镜系统 plane mirrorprism system 平面反射镜、平行玻璃板、光楔、平面反射镜、平行玻璃板、光楔、 棱镜：反射棱镜：反射棱镜、棱镜、 折射棱镜折射棱镜 154uMirrorsuWindowsuPrismsuCorner CubesuDiffraction GratingsuIndex inhomogeneity第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量155平行玻璃板平行差测量（光楔的楔角测量）平行玻璃板平行差测量（光楔的楔角测量）measurement of different of plane parallelmeasurement of different of plane parallel 平行玻璃板主要做：保护玻璃滤光片、分划板等平行玻璃板主要做：保护玻璃滤光片、分划板等 平行差平行差主要由色散给定，有时也考虑光轴偏（如航测相机的保护玻璃主要由色散给定，有时也考虑光轴偏（如航测相机的保护玻璃和滤光片）和滤光片） = =（n nF F-n-nC C） =(n-1)=(n-1)平行玻璃板性质平行玻璃板性质滤光片保滤光片保护玻璃护玻璃高精度高精度3-1一般精度一般精度1-10分划板分划板10-15表面镀膜反射镜表面镀膜反射镜10-15背面镀膜反射镜背面镀膜反射镜2-30光楔性质光楔性质 高精度高精度0.210 中精度中精度1030 一般精度一般精度301 第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量156一、自准直法一、自准直法事先将工作台反射面自准事先将工作台反射面自准1）测量原理）测量原理（1）当平行玻璃）当平行玻璃口径小于测角物镜口径小于测角物镜口径时，经工作台上平面反射镜自准，成像在视场中心口径时，经工作台上平面反射镜自准，成像在视场中心u光线光线I经平板玻璃上表面反射，方向如光线经平板玻璃上表面反射，方向如光线II，I、II间夹角间夹角为为2。u光线光线I经平板玻璃上表面折射后，又由下表面反射，最后经经平板玻璃上表面折射后，又由下表面反射，最后经上表面折射，方向为上表面折射，方向为III。 第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量自自准准直直法法157第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量自自准准直直法法158当当I I很小时很小时,由图知，由图知，第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量自自准准直直法法159取取n=1.5则则、之间夹角之间夹角、之间夹角之间夹角、之间夹角之间夹角2）被测件口径大于测角仪望远镜口径，只能看到）被测件口径大于测角仪望远镜口径，只能看到II、III象象 第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量自自准准直直法法160u讨论当第一面垂直于光轴时讨论当第一面垂直于光轴时第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量自自准准直直法法1612、测量装置和测量方法、测量装置和测量方法1）装置）装置比较测角仪：自准直望远镜加测量机构比较测角仪：自准直望远镜加测量机构以杭州产以杭州产Gxy型光学比较测角仪为例：型光学比较测角仪为例：实际分划板每小格对应物方视场角为实际分划板每小格对应物方视场角为30，读数时取，读数时取15，故计算，故计算时时，第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量自自准准直直法法162第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量自自准准直直法法1632）测量方法）测量方法（1）使承物台上平面反射镜垂直于测角仪光轴（自准）使承物台上平面反射镜垂直于测角仪光轴（自准）（2）放上被测件，测出）放上被测件，测出 角，求角，求（3）判断楔角方向）判断楔角方向 在待测检后表面哈气变模糊的象为后表面的反射像该象所在的那端为厚端在待测检后表面哈气变模糊的象为后表面的反射像该象所在的那端为厚端3）误差分析）误差分析（1）测平行玻璃板平行差精度（以测量最小平行差）测平行玻璃板平行差精度（以测量最小平行差min表示）表示）受人眼受人眼鉴别角和角和仪器器鉴别率限制，一般取率限制，一般取=1，仪器器鉴别率率应与人眼与人眼鉴别角相匹配角相匹配 第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量自自准准直直法法164A B(2)测光楔精度测光楔精度 与自准直平行光管对准精度有关，如采自准直测微平行光管（最小格直为与自准直平行光管对准精度有关，如采自准直测微平行光管（最小格直为0.1和和0.2） 第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量自自准准直直法法165误差分析：误差分析：第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量自自准准直直法法166例：设例：设注意：注意： 由两项构成由两项构成A分划板刻度误差分划板刻度误差 B对准误差：设对准误差：设 则则第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量自自准准直直法法1671、等厚干涉法、等厚干涉法1）菲索干涉仪）菲索干涉仪原理：当原理：当i=0时，时，第三节第三节 平板玻璃平行差测量平板玻璃平行差测量干干涉涉法法h2h1D测试平板玻璃平行度图示测试平板玻璃平行度图示测试平板玻璃平行度图示测试平板玻璃平行度图示令令m=m2-m1168误差分析误差分析 0.2如用测微目镜测条纹还可更小如用测微目镜测条纹还可更小 ， 0.050.1mm若若m1,能测最小角度能测最小角度例：例： 比自准直方法好，可见比自准直方法好，可见 取决于零件尺寸即受取决于零件尺寸即受b的限制不受人的限制不受人眼鉴别率限制眼鉴别率限制md(d=2mm)时采用消视差法；时采用消视差法； D2mm时采用清晰度法定时采用清晰度法定焦焦。（6）为消除轴外象差的影响，平行光管分划板上刻有成对的一组刻线）为消除轴外象差的影响，平行光管分划板上刻有成对的一组刻线（又称波罗板），这些刻线对称于分划板中心，装配时使分划中（又称波罗板），这些刻线对称于分划板中心，装配时使分划中心位于光轴上，最大刻线间隔小于有效视场心位于光轴上，最大刻线间隔小于有效视场。2063-4-13-4-1放大率法放大率法1、测量原理、测量原理W=W tg W= =2、测量装置及方法、测量装置及方法1）测量装置：焦距仪）测量装置：焦距仪 C0D C0=D-测微目镜读数值测微目镜读数值 C0-仪器常数仪器常数 tg W=f0f y0y OLABBA放大率法测量原理图 207208平行光管焦距平行光管焦距f0=550mm 分划板：三组刻线：分划板：三组刻线：y0=13.75 ,5.50 ,2.75(mm)显微镜物镜放大倍率：显微镜物镜放大倍率：=0.5X , 1X , 5X测微目镜螺距：测微目镜螺距：0.25mm 螺杆式测微目镜螺杆式测微目镜测微鼓轮分为测微鼓轮分为100格，转一小格格，转一小格0.0025mm实际读数为：实际读数为：0.01mm 倍率倍率K=2）测量方法）测量方法（1）调各系统光轴基本重合调各系统光轴基本重合（2）调测量显微镜，使清楚看清分划板上的象（清晰度调测量显微镜，使清楚看清分划板上的象（清晰度 试清视差法），记试清视差法），记录轨上刻度录轨上刻度a1（3）读取读取D（4）计算）计算f=C0D（5）显微镜看清透镜表面的象，记下导轨刻度显微镜看清透镜表面的象，记下导轨刻度a2 Sf=a2-a12093、测量误差分析、测量误差分析f=C0D=实际生产中，平行光管焦距实际生产中，平行光管焦距f0不一定正好等于名义尺寸不一定正好等于名义尺寸550mm，有时差，有时差10mm，为保证表中，为保证表中C0,k是一起校的。是一起校的。用一精密刻尺，长度为用一精密刻尺，长度为A，由显微镜直接读数为，由显微镜直接读数为D,则：则： D=AK 210使使K= 其中相其中相对误对误差差取取则则：此外：此外：f0f0/f/f0 0= =0.1% D D= =0.005 y0y0= =0.001 A k k/ k/ k0.5X12 0.022%1X60.027% 5X1.20.086 %211例例（1）f=1200mm，=1X ， y=2.75 D=24（2） f=5mm, =5X , y=13.75, D=2.5解解: (1)(2)可可见：截距截距测量量误差：正透差：正透镜=1X ，5X：（：（0.1-0.4）mm 负透透镜=0.5X ： （0.1-1）mm4、负透透镜测量量对于负透镜测量时，显微镜工作距必须大于被测透镜焦距，用低倍显微物镜。对于负透镜测量时，显微镜工作距必须大于被测透镜焦距，用低倍显微物镜。2123-4-23-4-2精密测角法精密测角法1、测量原理、测量原理2、测量装置及方法、测量装置及方法1)装置：测像仪式经纬仪装置：测像仪式经纬仪2）方法：）方法：（1）将分划析放在被测物镜焦平面上）将分划析放在被测物镜焦平面上（2）调整测象仪式望远镜，使其望远镜调焦看清被测物镜分划板，且刻线和被）调整测象仪式望远镜，使其望远镜调焦看清被测物镜分划板，且刻线和被测物镜分划板重合（调结者）测物镜分划板重合（调结者）（3）转动测角仪式经纬仪，使之瞄准被测物镜分划板一条放慢线，记下角度读）转动测角仪式经纬仪，使之瞄准被测物镜分划板一条放慢线，记下角度读数数a1,再转动测角仪式经纬仪使之瞄准中心刻线，或另一对称刻线，记下角再转动测角仪式经纬仪使之瞄准中心刻线，或另一对称刻线，记下角度读数度读数a0或或a2 2w=a2 a1 w=a0 a1（4）计算）计算 f=2133)误差分析误差分析lg f=lgy-lgtgw 当当w1时，时，sin2w2w 则则 214例：例：2y=20mm y y=0.001 2w=2“ w=1 2w=4251.8 w=2125.9=1285.9 解：解：f=1604.4mm精度：精度：不适于测负透镜不适于测负透镜 2153-4-33-4-3附加透镜法附加透镜法1、原理、原理2、装置及方法、装置及方法1）装置：平行光管，）装置：平行光管， 口焦距的正透镜，前置镜口焦距的正透镜，前置镜2）方法：）方法： 将正、负透镜构成一组将正、负透镜构成一组 略望远系统，放在平行光管和前置镜中间，略望远系统，放在平行光管和前置镜中间，测出测出y 将正、负透镜将正、负透镜 掉，测掉，测y0 计算计算 2163、误差分析、误差分析例：前置镜放大倍率例：前置镜放大倍率=7X，平行光管平行光管f0=1200mm，玻罗板刻线，玻罗板刻线30、12、6、3(mm)，前置镜测微目镜最小格值为，前置镜测微目镜最小格值为0.0025mm解：测得最宽对刻线，则解：测得最宽对刻线，则y1 =4.71mm y2=3.018mm,f正正=220.2mm设设精度和焦距仪（放大率法）一样：精度和焦距仪（放大率法）一样：0.3% 217 3-4-43-4-4附加接筒法附加接筒法1、原理、原理2、装置及方法、装置及方法1）装置：测微目镜、承物台、刻尺）装置：测微目镜、承物台、刻尺2）方法：）方法：（1）被测物镜拧在显微镜筒上，调使之成象在测微）被测物镜拧在显微镜筒上，调使之成象在测微目镜分划板上，测得目镜分划板上，测得y1（2）接上附加筒，用同样方法测）接上附加筒，用同样方法测y2（3）计算）计算 2183)误差分析误差分析219例：例：y1=5.45 y1 =0.5 y2=6.28 y2 =0.5 e=28.45设：设：精度精度 但但 ，故，故 高倍显微镜精度低，随着显微物镜高倍显微镜精度低，随着显微物镜 2203-4-53-4-5平面光学零件最小焦距的测量平面光学零件最小焦距的测量一、概述一、概述由于加工误差及玻璃材料缺陷，平面零件（平行玻璃板及棱镜）的光焦度不为由于加工误差及玻璃材料缺陷，平面零件（平行玻璃板及棱镜）的光焦度不为零，即具有一定的焦距，如将其放在物镜前（如保护玻璃、滤光片、端部零，即具有一定的焦距，如将其放在物镜前（如保护玻璃、滤光片、端部棱镜等），将使整个系统焦距变化。影响测量精度，如一束基线测距仪中棱镜等），将使整个系统焦距变化。影响测量精度，如一束基线测距仪中央棱镜（反射镜）央棱镜（反射镜）fmin1000y0 ,端部棱镜：端部棱镜：fmin2000米，航测相机及大地测米，航测相机及大地测量相机量相机fmin（5000-10000）米。）米。二、调焦距离法二、调焦距离法1、测量原理、测量原理uxx=-f2ux0=f +fmin -du(f +fmin d )x= -f0 22212、测量装置及方法、测量装置及方法1）装置：平行光管，前置镜）装置：平行光管，前置镜2）方法）方法（1）调平行光管，望远镜（前置镜）光轴基本重合）调平行光管，望远镜（前置镜）光轴基本重合（2）平行光管、前置镜调焦无限远，记下前置镜子套筒刻度）平行光管、前置镜调焦无限远，记下前置镜子套筒刻度a（3）放在被测平行玻璃板，调前系统伸缩筒，使之看清平行光管十字线成象，）放在被测平行玻璃板，调前系统伸缩筒，使之看清平行光管十字线成象，记下读取记下读取a2（4）计算：）计算：3、误差分析、误差分析1）误差分析式）误差分析式2222） 的计算的计算前置镜调焦误差前置镜调焦误差清晰度法清晰度法消视差法消视差法223说明：说明：1）平行光管调校误差）平行光管调校误差2）前置镜两次调焦误差）前置镜两次调焦误差3）平行光管焦距误差）平行光管焦距误差精度：精度：2243-53-5双星点法双星点法1、星点像的空间光分布、星点像的空间光分布轴光程分布曲线方程轴光程分布曲线方程式中：式中：Io艾利斑中心光强艾利斑中心光强 I 离焦时衍射斑中心光强离焦时衍射斑中心光强 离轴距离离轴距离 相对孔径相对孔径 波长波长2、单星点法定焦原理及其灵敏度、单星点法定焦原理及其灵敏度根据人眼的衬度根据人眼的衬度Io/ I，求出对应的最小离焦距离，求出对应的最小离焦距离min 。min称之为定焦极限误差式定焦灵敏度。称之为定焦极限误差式定焦灵敏度。225D/f1/101/51/201/251/301/351/401/501/60min(mm)0.110.250.440.690.991.351.762.753.96例：设人眼判断有无亮暗变化的衬度灵敏度为例：设人眼判断有无亮暗变化的衬度灵敏度为 =19%即即 =81% ，则由公式得，则由公式得X=1/4min=2（f/D）2=0.552(f/D)2() 当实际测量时，人眼往往不仅注意星点中心亮度的变化，而且还注当实际测量时，人眼往往不仅注意星点中心亮度的变化，而且还注意衍射环的亮度和宽度的变化，实际上第一暗环的亮度和宽度的变化比意衍射环的亮度和宽度的变化，实际上第一暗环的亮度和宽度的变化比中心亮环要快，所以实际录敏度比上表高一倍。中心亮环要快，所以实际录敏度比上表高一倍。3、双星点法变焦原理及灵敏度、双星点法变焦原理及灵敏度对灵敏度与观察条件有关，观察一物体一物体是否有亮度变化时，衬度对灵敏度与观察条件有关，观察一物体一物体是否有亮度变化时，衬度灵敏度灵敏度20%，而观察同一视场相邻两物体区别是衬度灵敏度为，而观察同一视场相邻两物体区别是衬度灵敏度为5%，故用，故用双星点法。双星点法。226双星点法定焦灵敏度双星点法定焦灵敏度用图解法渐进法分别求出，用图解法渐进法分别求出，K=0时时，227228u 设调焦于设调焦于M面，则中心亮度差（面，则中心亮度差（I1 I2 ）与）与P及及有关，由上面求出的有关，由上面求出的K点点取在亮度曲线变化最快时的取在亮度曲线变化最快时的P和和P值。值。uK点中心亮度为点中心亮度为Ik，Ik =0.548设人眼衬度灵敏度为设人眼衬度灵敏度为5%，则在含糊同上看到，则在含糊同上看到的两星点亮度的两星点亮度I为为I=5%IK=5%0.548=0.027考虑离焦时一个变暗、一个变亮、每个星点变化为考虑离焦时一个变暗、一个变亮、每个星点变化为1/2II1 =1/2I=0.014已知已知K是斜率为：是斜率为：(I/I0 )max = - 0.540所以所以X=I/（-0.540）=0.014/（-0.540）= 0.0254 min=取取=0.5510-3 mm D/f1/101/51/201/251/301/351/401/501/60min(mm)0.0040.0080.0140.0220.0320.0440.0570.0890.128229双星点法和星点法的比较双星点法和星点法的比较精度提高精度提高30倍倍D/f1/101/51/201/251/301/351/401/501/60min(mm)0.370.831.472.263.294.485.859.2013.2230