第一章 光学测量基础

第一章 光学测量基础

第三节 光学测量仪器的基本部件

光学测量

2

第三节光学测量仪器的基本部件

光具座与光学平台平行光管自准直目镜目镜测微器

3

第三节光学测量仪器的基本部件

一、光具座

1 －平行光管 2 －透镜夹持器 3 －测量显微镜 4 －测微目镜 5 －导轨

光具座的结构示意图

1 23 4

5

4

第三节光学测量仪器的基本部件

一

光具座

5

第三节光学测量仪器的基本部件

二

光学平台

6

第三节光学测量仪器的基本部件作用：给出无限远目标或平

行光组成：望远物镜 (或照相物

镜）和安置在物镜焦面上的分划板。

物镜形式：

三

平行光管F D/f 物镜形式

<500 1/6~1/10 双胶合>500 1/10~1/15 双分离检验象质的平行光管 复消色差200～ 300 1／ 4.5~1/7 大视场平行光管

7

平行光管的分划板的形式有许多种，主要区别在于玻璃板上刻度形式的不同。

十字线分划板十字刻度分划板分辨率板星点板 ---- 用在玻璃上镀膜或激光加工的方法制得，透光孔直径小于 0.05mm ，最小的为 6μm 。小孔光阑一般用圆金属薄板或锡箔，在中心钻孔而成。玻罗板 ---- 上面刻有四对间距不同、线条宽度也不相同的刻线，专门供测量透镜焦距用。

第三节光学测量仪器的基本部件

三

平行光管

8

第三节光学测量仪器的基本部件

三

平行光管

9

第三节光学测量仪器的基本部件

三

平行光管

10

第三节光学测量仪器的基本部件

三

平行光管

11

第三节光学测量仪器的基本部件

三

平行光管

12

第三节光学测量仪器的基本部件

三

平行光管

2tan ft

ft 2

十字线与其倒像之间将错开距离 t为：

t--- 称为偏离量 当 α很小时，

图2-2 自准直光管的工作原理

13

第三节光学测量仪器的基本部件

三

平行光管

2tan ft )(2

2sin

f

fd

t

dtd

22 )()(2

2sin

f

f

t

t

讨论： f 长有利，

1) 2)象质好3)温度对校正状况影响小

14

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

目镜，自带分划板及照明装置。

自准直仪

1. 体外反射镜

2. 物镜光管部件

3. 测微目镜部件

必须与物镜结合使用 自准直望远镜

自准直显微镜

三种形式（根据照明方式划分）

15

R

第三节光学测量仪器的基本部件

三

平行光管

自准直显微镜

自准直望远镜

16

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

高斯目镜：平面镜垂直于视轴自准像与分划重合

亮视场暗线

平面镜 物镜 分划板 分束镜 光源 目镜

优 点：高斯型系统是目镜视场不受遮挡，且分划板上的刻划位于视场正中，观察方便。

优 点：高斯型系统是目镜视场不受遮挡，且分划板上的刻划位于视场正中，观察方便。

缺 点：是亮度损失大，因而自准直像较暗；另外，为安置分光镜，目镜焦距较长，因而无法获得较大的放大倍数。

缺 点：是亮度损失大，因而自准直像较暗；另外，为安置分光镜，目镜焦距较长，因而无法获得较大的放大倍数。

高斯型主要应用于普通光学自准直仪的光学系统。

17

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

18

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

阿贝目镜：平面镜垂直于视轴十子线与其象位于光轴两侧，特点；射向平面镜光线不能延其法线入射。

优 点：光强度大，亮度损失只有 10-15%缺 点：它的视场被胶合棱镜遮挡了一半，又因光管出射光和反射光的方向不同，当反射镜和物镜间的距离超过一定数值后，反射光线就不能进入物镜成像，所以仪器工作距离较短。阿贝型应用于光学计的光学系统。

a

分划板 照明棱镜

a

暗视场亮线

19

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

20

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

双分划板目镜：平面镜垂直于视轴则亮十字线象与主分划重合目镜和分划板之间无光学元件。

优 点 : 是视场不被遮挡，刻线可位于视场中央；目镜焦距短，可获得较大的放大倍率。另外目镜和光源可互换位置，给使用带来方便。 缺 点 : 是结构比较复杂，亮度损失较大（介于前两者之间），易失调。

优 点 : 是视场不被遮挡，刻线可位于视场中央；目镜焦距短，可获得较大的放大倍率。另外目镜和光源可互换位置，给使用带来方便。 缺 点 : 是结构比较复杂，亮度损失较大（介于前两者之间），易失调。

亮视场暗线

分束棱镜 毛玻璃

辅助分划板

目镜分划板

21

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

22

比较项目

高斯

阿贝

双分划板

反射像亮度 暗 亮 暗

称度 差 好 好

视场 大 小 大

视放大率 小 大 大

失调 无 无 有

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

23

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

24

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

25

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

26

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

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第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

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第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

平直度检查仪光学系统

1- 光源； 2- 滤光片； 3- 分划板； 4- 立方直角棱镜； 5 、 6- 反射镜； 7- 物镜； 8- 体外反射镜； 9- 固定分划板；10- 活动分划板； 11- 目镜； 12- 测微螺杆； 13- 测微鼓轮

平直度检查仪目镜视场

29

体外反射镜结构

1-- 反射镜；2-- 可动板；3-- 压圈；4-- 反射镜座；5-- 球头螺钉；6-- 调节螺钉 （共三个）

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

30

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

31

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

32

第三节光学测量仪器的基本部件

四

自准直目镜

33

五、平行光管调校

第三节光学测量仪器的基本部件

五

平行光管调校

1. 远物法调焦误差 2

22

1 )3

4()

29.0(

3

1

DDSD

)2

(

58.0

3

11 d

DSD

清晰度法

消视差法

物体在有限距离引起的误差

00

1

lSD

总的误差 10 SDSDSD

34

2. 可调前置镜法

(1) 清晰度法 22

21 )

3

4()

29.0(

3

1

DDTSD

(2) 消视差法

)2

(

58.0

3

11 d

D TT

SD

第三节光学测量仪器的基本部件

五

平行光管调校

TT

C af

fa

2

2

调焦误差

0SD 10 SDSDSD

10 SDSDSD

前置镜误差SD0 系统误差

偶然误差 总的误差

35

3. 自准直法(1) 调焦误差 A 清晰度法

22

21 )

3

4()

29.0(

32

1

DDSD

B 消视差法

)2

(

58.0

32

11 d

DSD

RSD

10

2

Nh

ND

h

DR

48

22

20

4

D

NSD

10 SDSDSD 总的误差

平面镜误差

第三节光学测量仪器的基本部件

五

平行光管调校

36

)(

29.0

1000)(

3438

pQpQp DDDDDDSD

4. 五棱镜法第三节光学测量仪器的基本部件

五

平行光管调校

F

cf 前置镜

x

F

前置镜

37

第三节光学测量仪器的基本部件

五

平行光管调校

38

准直法简单易行，但误差较大，适合于调校口径较小的平行光管；

五棱镜法调校准确度较高，但操作校繁，适用于调校大口径平行光管。

第三节光学测量仪器的基本部件

五

平行光管调校

39

第三节光学测量仪器的基本部件1、螺杆式测微目镜

六

测微目镜

40

第三节光学测量仪器的基本部件

六

测微目镜

41

细分原理

第三节光学测量仪器的基本部件

六

测微目镜

42

微小量测量

第三节光学测量仪器的基本部件

六

测微目镜

43

改进形式

第三节光学测量仪器的基本部件

六

测微目镜

44

阿基米德螺旋线式测微目镜 第三节光学测量仪器的基本部件

六

测微目镜

45

第三节光学测量仪器的基本部件

七

习题

10 10 1.0

mmm 073.0)(000073.01010

1.0073.0

万能工具座的测量显微镜，其物镜的轴向放大率 ， NA=0.25,目镜放大率

,用叉丝对准方式 测量显微镜的对准误差为

mNA

16.1

25.0

56.052.052.0

073.0116.010/16.1

所以对准误差最小为 1.16µm

2,8,100,mm20 mmfD

)1

(006625.0)003.0003625.0()2

6.02

208

229.0()

3

429.0(

22

21

mDD

SDSDSDSD

)1

(006.04

2 mDSD

一望远镜 求调焦误差？

46

第三节光学测量仪器的基本部件

七

习题

一测量显微镜 1,5.12,55.0,100,01,2.0 mmfmNA m

用双夹线对准求对准误差和分别用清晰度法和消视差法调校的调焦误差 .

)(1012.0100

6

1073.0073.0 3 mm

aa yx

对准误差

)(1085.2)2.03

1055.0()

2.01002

1073.0(

3

1)

3()

2

073.0

3

1 322

322

22 mm

NA

n

NAx

（物

15/2.05.122/sinsin2 wmm unafufD

55.12/250

100250

2

m

w

f

mmNA

D 1100

2.05002502

221

2

2.01006

1073.0

3

1

2

073.0

3

1dD

D

NA

nx

物

因出瞳直径太小无法发现视差此显微镜只能用清晰度法调焦。光学系统出瞳直径较大则消视差法的调焦精度高，出瞳直径眼瞳直径的 1/2还是清晰度法的调焦精度高

47

第三节光学测量仪器的基本部件

七

习题

一望远镜 1,55.0,16,30 mmmD

用双夹线对准球对准误差及清晰度法以及消视差法调焦精度

562.016

01

422

222

2 1086.5)303

55.04()

3016

29.0(

3

1)

3

4()

29.0(

3

1

DDSD

屈光度）(00025.0)

2

1

16

30(16

6

158.0

3

1

)2

(

58.0

3

1

22

dD

SD

48

调校平行光管分划板位置要求在焦平面上平行光管口径 焦距 用一个望远镜 问用清晰度法和消视差法的调校误差， 。

第三节光学测量仪器的基本部件

七

习题

,50mmD mmf 550 40,1200,100 '0 mmfmmDT

m 56.0,2

清晰度法 D＝ 50mm

mDDSD1

104.2)503

56.04()

5040

229.0(

3

1)

3

4()

29.0(

3

1 422

222

2

消视差法

）md

DSD

1(106.8

)125.1(40

158.0

3

1

)2

(

58.0

3

1 422

1 mmd 2

mmD 25.140/50

压线对准 ，人眼直径 ，有效出瞳

49

第三节光学测量仪器的基本部件

七

习题

调校平行光管 mmmmDmmf 00056.0,51,1,55,550

一、可调前置镜法 mmfmmDmmf m 25,160,1600

6425

1600Q mmDQ 5.2

64

160 mmDQ 86.0

64

55

1.清晰度法

)1

(1075.4

1009.61079.63

1

)553

4()

5564

129.0(

3

1)

3

4()

29.0(

3

1

4

89

22

222

21

m

DDTSD

2.消视差法186.0

64

55 mmDQ 此方法不能用

50

第三节光学测量仪器的基本部件

七

习题

自准直法 25.0,800 ND

1.清晰度法 2225

550 mmD 5.222

55 mmD 44222 实

)

1(1041.1

)443

56.04()

4422

129.0(

32

1

)3

4()

29.0(

32

1

4

22

2

22

21

m

DDSD

2.消视差法

)1

(1077.5

)2

22255(22

25.058.0

32

1

)2

(

58.0

32

1

5

1

m

dD

SD

平面镜面形误差

)(108.880

25.056.044 15220

mD

NSD

51

第三节光学测量仪器的基本部件

七

习题

五棱镜法 22,30 Qp mmD

)(106.7

)3055(22

25.029.0

3

1

)(

29.0

3

1

15

m

DD pQSD

52

第三节光学测量仪器的基本部件

七

习题

53

第三节光学测量仪器的基本部件

七

习题

54

第三节光学测量仪器的基本部件

七

习题

55

第三节光学测量仪器的基本部件

七

习题

56

end