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第七章 工程光学.pdf

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第七章 光学仪器的主要性能指标和质量检验方法 第七章 光学仪器的主要性能指标和质量检验方法 本章讨论照相物镜、显微镜和望远镜的主要光学性能及其检验方法,并介绍几种常用光 学测量设备。 §7.1 照相物镜 照相物镜的主要光学参数有焦距、相对孔径、视场角、渐晕(像面照度均匀性) 、分辨率、 光学传递函数、透过率、杂光系数,可根据实际使用情况选择其中若干检验项目。 1.焦距 前面已经学过,位于光轴上无穷远处的物通过照相物镜成像,像所在的位置为像方焦 点;像点位于光轴上无穷远时所对应物点的位置为物方焦点。照相物镜的物方主平面与物方 焦点之间的距离为物方焦距,像方主平面与像方焦点之间的距离为像方焦距。 测量照相物镜焦距的方法主要有放大率法和精密测角法。在大批量生产中有时还会用 顶焦距测量代替焦距测量。 a.放大率法 用放大率法测量照相物镜焦距的原理如图 7-1 所示,玻罗(Porro)板位于平行光管物镜的 物方焦平面上,平行光管物镜将玻罗板上的两条平行刻线成像到无穷远处。 图7-1 放大率法测量照相物镜焦距的原理图 若玻罗板上双刻线(刻线与图面垂直)之间的距离为 2y ,双刻线与光轴上下对称,平行光 管物镜的物方焦距为f’ c则刻线的主光线与光轴的夹角为 −1 y ω tan f c 设被测镜头的焦距为f ’ ,刻线经过被测镜头成像后的像到光轴距离为 f y ⋅ tan y f ω f c 当读数显微镜的横向放大倍率是β时,被测镜头的焦距为 f y ⋅ f c (7-1) y ⋅β 这种方法不仅能测整组镜头的焦距,原则上也可以测量包括单片、胶合片等任意光学 系统的焦距,但是,应注意测量精度受像差的影响。 这种方法也可以测量具有负光焦度光学系统的焦距,测量原理如图 7-2 所示,要求读数 显微镜的工作距离必须大于被测镜头的焦距。 91 第七章 光学仪器的主要性能指标和质量检验方法 图7-2 负透镜焦距测量原理图 测量时应选择合适的光束直径。由于照相物镜的残留像差比较大,从像差的角度考虑, 测量光束的直径越小,由像差引起的测量误差越小;从确定像面(焦平面) 的角度考虑,希望 测量光束的直径越大,景深越小;从像面照度的角度考虑,希望测量光束的直径不要太小。 所以,在选择测量光束直径时,应兼顾这几种因素,选择适中的光束口径。 b.精密测角法 用精密测角法测量光学镜头焦距的原理如图 7-3 所示,首先将玻罗板刻线面(刻线垂直 于图面)放在被测镜头的物方焦平面上,玻罗板上相距 2y 的一对刻线经过被测镜头成像后 成为两束平行光,夹角为 2 ω,然后用经纬仪测量 2 ω角,最后根据几何关系得到被测镜头 的像方焦距 y f ± (7-2)
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