光电测试技术-第2章 基本光学量测试技术(1／6)(精品).ppt

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1、光电测试技术光电测试技术 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学第第2 2章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/2522-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/2532-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦 对准对准对准对准又

2、称又称又称又称横向对准横向对准横向对准横向对准，是指一个目标与比较标志在垂直瞄准，是指一个目标与比较标志在垂直瞄准，是指一个目标与比较标志在垂直瞄准，是指一个目标与比较标志在垂直瞄准轴方向的重合或置中。轴方向的重合或置中。轴方向的重合或置中。轴方向的重合或置中。对准以后，眼睛的对准不确定度是以对准残余量对眼瞳中对准以后，眼睛的对准不确定度是以对准残余量对眼瞳中对准以后，眼睛的对准不确定度是以对准残余量对眼瞳中对准以后，眼睛的对准不确定度是以对准残余量对眼瞳中心的心的心的心的夹角夹角夹角夹角表示的。表示的。表示的。表示的。调焦调焦调焦调焦又称又称又称又称纵向对准纵向对准纵向对准纵向对准，是指一个

3、目标与比较标志在瞄准轴方，是指一个目标与比较标志在瞄准轴方，是指一个目标与比较标志在瞄准轴方，是指一个目标与比较标志在瞄准轴方向的重合。向的重合。向的重合。向的重合。调焦的目的调焦的目的调焦的目的调焦的目的主要是使物体（目标）成像清晰，其次是主要是使物体（目标）成像清晰，其次是主要是使物体（目标）成像清晰，其次是主要是使物体（目标）成像清晰，其次是为了确定物面或它的共轭像面的位置，后者往往称为为了确定物面或它的共轭像面的位置，后者往往称为为了确定物面或它的共轭像面的位置，后者往往称为为了确定物面或它的共轭像面的位置，后者往往称为定焦。定焦。定焦。定焦。定焦以后，眼睛的调焦不确定度以目标和标志到

4、眼瞳距离定焦以后，眼睛的调焦不确定度以目标和标志到眼瞳距离定焦以后，眼睛的调焦不确定度以目标和标志到眼瞳距离定焦以后，眼睛的调焦不确定度以目标和标志到眼瞳距离的倒数之差表示。的倒数之差表示。的倒数之差表示。的倒数之差表示。第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/2542-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦 眼睛通过光学系统去对准或调焦的眼睛通过光学系统去对准或调焦的眼睛通过光学系统去对准或调焦的眼睛通过

5、光学系统去对准或调焦的目的目的目的目的是利用系统的有效是利用系统的有效是利用系统的有效是利用系统的有效放大率和有利的比较标志以提高对准和调焦的准确度。所放大率和有利的比较标志以提高对准和调焦的准确度。所放大率和有利的比较标志以提高对准和调焦的准确度。所放大率和有利的比较标志以提高对准和调焦的准确度。所以对准和调焦不确定度应以观察系统的物方对应值表示。以对准和调焦不确定度应以观察系统的物方对应值表示。以对准和调焦不确定度应以观察系统的物方对应值表示。以对准和调焦不确定度应以观察系统的物方对应值表示。yFl0=l=1/观察系统物方的对准和调焦不确定度的表示 x第第第第2 2 2 2章章章章 基本光

6、学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/255对对对对准方式准方式准方式准方式示意示意示意示意图图图图人眼的人眼的人眼的人眼的对对对对准准准准标标标标准不确定度准不确定度准不确定度准不确定度()附注附注附注附注压线对压线对压线对压线对准准准准（单线单线单线单线与与与与单线单线单线单线重合）重合）重合）重合）6012060120两条两条两条两条实线实线实线实线重合重合重合重合时时时时，设线宽设线宽设线宽设线宽分分分分别为别为别为别为b b1 1，b b2 2()()，则则则则（b b1 1+b b2 2）/2/2（）实线实线实线实线与虚与虚与虚与

7、虚线线线线重合重合重合重合时时时时，设设设设虚虚虚虚线线线线宽为宽为宽为宽为b b1 1，b b2 2 b b1 1b b2 2+1+1时时时时，1 1游游游游标对标对标对标对准准准准（一直（一直（一直（一直线线线线在另一直在另一直在另一直在另一直线线线线延延延延长长长长线线线线上）上）上）上）1515线宽线宽线宽线宽不宜大于不宜大于不宜大于不宜大于11分界分界分界分界线线线线aaaa应细应细应细应细而整而整而整而整齐齐齐齐夹线对夹线对夹线对夹线对准（一条稍粗直准（一条稍粗直准（一条稍粗直准（一条稍粗直线线线线位于两条平行位于两条平行位于两条平行位于两条平行细线细线细线细线中中中中间间间间）1

8、010三三三三线严线严线严线严格平行。两平行格平行。两平行格平行。两平行格平行。两平行线线线线中心中心中心中心间间间间距最好等于粗直距最好等于粗直距最好等于粗直距最好等于粗直线宽线宽线宽线宽度的度的度的度的1.61.6倍倍倍倍叉叉叉叉线对线对线对线对准（一条直准（一条直准（一条直准（一条直线线线线位于位于位于位于叉叉叉叉线线线线中心）中心）中心）中心）1010直直直直线应线应线应线应与叉与叉与叉与叉线线线线的一条角等分的一条角等分的一条角等分的一条角等分线线线线重合重合重合重合狭狭狭狭缝缝缝缝叉叉叉叉线对线对线对线对准或狭准或狭准或狭准或狭缝夹线缝夹线缝夹线缝夹线对对对对准准准准1010直直直

9、直线线线线与狭与狭与狭与狭缝严缝严缝严缝严格平行格平行格平行格平行2-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1 11 1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度 常见的对准方式和人眼的对准标准不确定度见表。常见的对准方式和人眼的对准标准不确定度见表。常见的对准方式和人眼的对准标准不确定度见表。常见的对准方式和人眼的对准标准不确定度见表。aa第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测

10、试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/2562-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1 11 1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度 最简便最常用的调焦方法是清晰度法和消视差法。最简便最常用的调焦方法是清晰度法和消视差法。最简便最常用的调焦方法是清晰度法和消视差法。最简便最常用的调焦方法是清晰度法和消视差法。清晰度法清晰度法清晰度法清晰度法是以目标与比较标志同样清晰为准。调焦

11、不确定是以目标与比较标志同样清晰为准。调焦不确定是以目标与比较标志同样清晰为准。调焦不确定是以目标与比较标志同样清晰为准。调焦不确定度是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。度是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。度是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。度是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。几何焦深几何焦深几何焦深几何焦深是指当弥散圆直径等于人眼分辨极限时，目标至是指当弥散圆直径等于人眼分辨极限时，目标至是指当弥散圆直径等于人眼分辨极限时，目标至是指当弥散圆直径等于人眼分辨极限时，目标至标志的距离标志的距离标志的距离标志的距离xx的两倍的两倍的两倍的两倍2 2xx。由几何焦深造成的人眼调焦标准

12、不确定度为由几何焦深造成的人眼调焦标准不确定度为由几何焦深造成的人眼调焦标准不确定度为由几何焦深造成的人眼调焦标准不确定度为 式中，式中，式中，式中，以以以以mm-1-1为单位，这时为单位，这时为单位，这时为单位，这时l l1 1、l l2 2和和和和D De e的单位为的单位为的单位为的单位为mm，e e的的的的单位为单位为单位为单位为radrad。第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/2572-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统

13、的对准和调焦目视系统的对准和调焦1 11 1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度 根据衍射理论，由于眼瞳大小有限，即使是理想成像，一物点在视网根据衍射理论，由于眼瞳大小有限，即使是理想成像，一物点在视网根据衍射理论，由于眼瞳大小有限，即使是理想成像，一物点在视网根据衍射理论，由于眼瞳大小有限，即使是理想成像，一物点在视网膜上的像也不再是一个点而是一个艾里斑。当物点沿轴向移动膜上的像也不再是一个点而是一个艾里斑。当物点沿轴向移动膜上的像也不再是一个点而是一个艾里斑。当物点沿轴向移动膜上的像也不再是一个点

14、而是一个艾里斑。当物点沿轴向移动d dl l后，后，后，后，在眼瞳面上产生的波差小于或等于在眼瞳面上产生的波差小于或等于在眼瞳面上产生的波差小于或等于在眼瞳面上产生的波差小于或等于/K K（常取（常取（常取（常取K K6 6）时，人眼仍分辨）时，人眼仍分辨）时，人眼仍分辨）时，人眼仍分辨不出此时视网膜上的衍射图像与艾里斑有什么差别。即如果目标与标不出此时视网膜上的衍射图像与艾里斑有什么差别。即如果目标与标不出此时视网膜上的衍射图像与艾里斑有什么差别。即如果目标与标不出此时视网膜上的衍射图像与艾里斑有什么差别。即如果目标与标志相距小于志相距小于志相距小于志相距小于d dl l时眼睛仍认为二者的像

15、同样清晰，通常将时眼睛仍认为二者的像同样清晰，通常将时眼睛仍认为二者的像同样清晰，通常将时眼睛仍认为二者的像同样清晰，通常将2d2dl l称为称为称为称为物理焦物理焦物理焦物理焦深深深深。由物理焦深造成的人眼调焦的标准不确定度由下式求得。由物理焦深造成的人眼调焦的标准不确定度由下式求得。由物理焦深造成的人眼调焦的标准不确定度由下式求得。由物理焦深造成的人眼调焦的标准不确定度由下式求得 式中，式中，式中，式中，l l2 2l l1 1ddl l；D De e为眼瞳直径（为眼瞳直径（为眼瞳直径（为眼瞳直径（D De e与波长与波长与波长与波长 的单位皆为的单位皆为的单位皆为的单位皆为mm）。）。）

16、。）。第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/2582-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1 11 1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度 由清晰度法产生的人眼调焦合成标准不确定度为几何焦深由清晰度法产生的人眼调焦合成标准不确定度为几何焦深由清晰度法产生的人眼调焦合成标准不确定度为几何焦深由清晰度法产生的人眼调

17、焦合成标准不确定度为几何焦深和物理焦深造成的调焦标准不确定度的平方和再开方。即和物理焦深造成的调焦标准不确定度的平方和再开方。即和物理焦深造成的调焦标准不确定度的平方和再开方。即和物理焦深造成的调焦标准不确定度的平方和再开方。即 (m(m-1-1)第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/2592-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1 11 1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对准不确定度和调焦不确定度人眼的对

18、准不确定度和调焦不确定度 消视差法消视差法消视差法消视差法是以眼睛在垂轴平面上左右摆动也看不出目标和是以眼睛在垂轴平面上左右摆动也看不出目标和是以眼睛在垂轴平面上左右摆动也看不出目标和是以眼睛在垂轴平面上左右摆动也看不出目标和标志有相对横移为准的。标志有相对横移为准的。标志有相对横移为准的。标志有相对横移为准的。1 1）由于无相对横移时目标不一定与标志同样清晰，所以消视差法不）由于无相对横移时目标不一定与标志同样清晰，所以消视差法不）由于无相对横移时目标不一定与标志同样清晰，所以消视差法不）由于无相对横移时目标不一定与标志同样清晰，所以消视差法不受焦深的影响；受焦深的影响；受焦深的影响；受焦深

19、的影响；2 2）由于消视差法把纵向调焦变成横向对准，从而可）由于消视差法把纵向调焦变成横向对准，从而可）由于消视差法把纵向调焦变成横向对准，从而可）由于消视差法把纵向调焦变成横向对准，从而可通过选择准确度高的对准方式来提高调焦准确度。通过选择准确度高的对准方式来提高调焦准确度。通过选择准确度高的对准方式来提高调焦准确度。通过选择准确度高的对准方式来提高调焦准确度。设眼睛摆动距离为设眼睛摆动距离为设眼睛摆动距离为设眼睛摆动距离为b b，所选择对准方式的对准标准不确定，所选择对准方式的对准标准不确定，所选择对准方式的对准标准不确定，所选择对准方式的对准标准不确定度为度为度为度为，定焦时目标和标志到

20、眼睛的轴向距离分别为，定焦时目标和标志到眼睛的轴向距离分别为，定焦时目标和标志到眼睛的轴向距离分别为，定焦时目标和标志到眼睛的轴向距离分别为l l1 1和和和和l l2 2，此时人眼直接观察的调焦标准不确定度可由定义式为，此时人眼直接观察的调焦标准不确定度可由定义式为，此时人眼直接观察的调焦标准不确定度可由定义式为，此时人眼直接观察的调焦标准不确定度可由定义式为 式中，式中，式中，式中，的单位为的单位为的单位为的单位为radrad，b b的单位为的单位为的单位为的单位为mm。第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 202

21、3/1/25102-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.2 1.2 望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度 人眼通过望远系统或显微系统去对准和调焦是为了提高对人眼通过望远系统或显微系统去对准和调焦是为了提高对人眼通过望远系统或显微系统去对准和调焦是为了提高对人眼通过望远系统或显微系统去对准和调焦是为了提高对准与调焦准确度。准与调焦准确度。准与调焦准确度。准与调焦准确度。1 1）望远系

22、统的对准标准不确定度）望远系统的对准标准不确定度）望远系统的对准标准不确定度）望远系统的对准标准不确定度 设人眼直接对准的对准标准不确定度为设人眼直接对准的对准标准不确定度为设人眼直接对准的对准标准不确定度为设人眼直接对准的对准标准不确定度为，望远系统的放，望远系统的放，望远系统的放，望远系统的放大率为大率为大率为大率为，通过望远镜观察时物方的对准标准不确定度设，通过望远镜观察时物方的对准标准不确定度设，通过望远镜观察时物方的对准标准不确定度设，通过望远镜观察时物方的对准标准不确定度设为为为为，则有，则有，则有，则有 第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本

23、光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/25112-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.2 1.2 望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度2 2）望远系统的调焦标准不确定度）望远系统的调焦标准不确定度）望远系统的调焦标准不确定度）望远系统的调焦标准不确定度清晰度法清晰度法清晰度法清晰度法 将人眼的两部分调焦标准不确定度分别换算到望远系统物将人眼的两部分调焦标准不确定度分别

24、换算到望远系统物将人眼的两部分调焦标准不确定度分别换算到望远系统物将人眼的两部分调焦标准不确定度分别换算到望远系统物方，即可求出望远系统用清晰度法调焦的标准不确定度，方，即可求出望远系统用清晰度法调焦的标准不确定度，方，即可求出望远系统用清晰度法调焦的标准不确定度，方，即可求出望远系统用清晰度法调焦的标准不确定度，换算公式为换算公式为换算公式为换算公式为 由此可得到望远系统物方的调焦标准不确定度由此可得到望远系统物方的调焦标准不确定度由此可得到望远系统物方的调焦标准不确定度由此可得到望远系统物方的调焦标准不确定度第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量

25、的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/25122-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.2 1.2 望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度 上式中选取眼瞳和望远镜的出瞳直径较小者。上式中选取眼瞳和望远镜的出瞳直径较小者。上式中选取眼瞳和望远镜的出瞳直径较小者。上式中选取眼瞳和望远镜的出瞳直径较小者。望远系统调焦的合成标准不确定度为：望远系统调焦的合成标准不确定度为：望远系统调焦

26、的合成标准不确定度为：望远系统调焦的合成标准不确定度为：DD系统入瞳直径。系统入瞳直径。系统入瞳直径。系统入瞳直径。第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/25132-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.2 1.2 望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度2 2）望远系统的调焦标准不确定度）望远系统

27、的调焦标准不确定度）望远系统的调焦标准不确定度）望远系统的调焦标准不确定度消视差法消视差法消视差法消视差法 将人眼的消视差法调焦不确定度换算到望远系统物方将人眼的消视差法调焦不确定度换算到望远系统物方将人眼的消视差法调焦不确定度换算到望远系统物方将人眼的消视差法调焦不确定度换算到望远系统物方注意：眼瞳的有效移动距离注意：眼瞳的有效移动距离注意：眼瞳的有效移动距离注意：眼瞳的有效移动距离b b不等于眼瞳的实际移动距不等于眼瞳的实际移动距不等于眼瞳的实际移动距不等于眼瞳的实际移动距离离离离t t，而等于出瞳中心到进入眼瞳的光束中心的距离。，而等于出瞳中心到进入眼瞳的光束中心的距离。，而等于出瞳中心

28、到进入眼瞳的光束中心的距离。，而等于出瞳中心到进入眼瞳的光束中心的距离。如图所示。如图所示。如图所示。如图所示。第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/25142-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.2 1.2 望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度望远系统的对准不确定度和调焦不确定度2 2）望远系统的调焦标准不确定度）望远系统的调

29、焦标准不确定度）望远系统的调焦标准不确定度）望远系统的调焦标准不确定度消视差法消视差法消视差法消视差法 调焦标准不确定度的调焦标准不确定度的调焦标准不确定度的调焦标准不确定度的 眼睛最大移动距离是眼睛最大移动距离是眼睛最大移动距离是眼睛最大移动距离是 眼瞳中心移至位于出眼瞳中心移至位于出眼瞳中心移至位于出眼瞳中心移至位于出 瞳边缘处：瞳边缘处：瞳边缘处：瞳边缘处：若若若若D De e2mm2mm，则有，则有，则有，则有 btbD/2De眼瞳在出瞳面上摆动时的有效移动距离第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1

30、/25152-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.3 1.3 显微系统的对准不确定度和调焦不确定度显微系统的对准不确定度和调焦不确定度显微系统的对准不确定度和调焦不确定度显微系统的对准不确定度和调焦不确定度1 1）显微系统的对准标准不确定度）显微系统的对准标准不确定度）显微系统的对准标准不确定度）显微系统的对准标准不确定度 设显微系统的总放大率为设显微系统的总放大率为设显微系统的总放大率为设显微系统的总放大率为，其中物镜的垂轴放大率为，其中物镜的垂轴放大率为，其中物镜的垂轴放大率为，其中物镜的垂轴放大率为。通过显微系统观察时物方的

31、对准标准不确定度设为通过显微系统观察时物方的对准标准不确定度设为通过显微系统观察时物方的对准标准不确定度设为通过显微系统观察时物方的对准标准不确定度设为yy，则，则，则，则有有有有 式中，式中，式中，式中，250 250 /f fe e，f fe e 为目镜焦距；为目镜焦距；为目镜焦距；为目镜焦距；250mm250mm为人眼的为人眼的为人眼的为人眼的明视距离；明视距离；明视距离；明视距离；为人眼的对准标准不确定度（为人眼的对准标准不确定度（为人眼的对准标准不确定度（为人眼的对准标准不确定度（radrad）。）。）。）。第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本

32、光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/25162-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦 关于对准标准不确定度的讨论关于对准标准不确定度的讨论关于对准标准不确定度的讨论关于对准标准不确定度的讨论由公式可以看出，对准的标准不确定度与放大率由公式可以看出，对准的标准不确定度与放大率由公式可以看出，对准的标准不确定度与放大率由公式可以看出，对准的标准不确定度与放大率 成反比。是否可成反比。是否可成反比。是否可成反比。是否可以认为，只要单纯增大以认为，只要单纯增大以认为，只要单纯增大以认

33、为，只要单纯增大，对准的标准不确定度必然减小呢？实践，对准的标准不确定度必然减小呢？实践，对准的标准不确定度必然减小呢？实践，对准的标准不确定度必然减小呢？实践证明，证明，证明，证明，对准标准不确定度的减小还受到光学仪器分辨率的限制对准标准不确定度的减小还受到光学仪器分辨率的限制对准标准不确定度的减小还受到光学仪器分辨率的限制对准标准不确定度的减小还受到光学仪器分辨率的限制。因。因。因。因为即使光学仪器像质优良，对准和分辨也都存在着目标经物镜成像为即使光学仪器像质优良，对准和分辨也都存在着目标经物镜成像为即使光学仪器像质优良，对准和分辨也都存在着目标经物镜成像为即使光学仪器像质优良，对准和分辨

34、也都存在着目标经物镜成像的清晰度受衍射影响这一因素，所以两者有一定的联系。的清晰度受衍射影响这一因素，所以两者有一定的联系。的清晰度受衍射影响这一因素，所以两者有一定的联系。的清晰度受衍射影响这一因素，所以两者有一定的联系。实验结果指出，像质优良的望远系统和显微系统的单次对准标准不实验结果指出，像质优良的望远系统和显微系统的单次对准标准不实验结果指出，像质优良的望远系统和显微系统的单次对准标准不实验结果指出，像质优良的望远系统和显微系统的单次对准标准不确定度最小只能达到它的确定度最小只能达到它的确定度最小只能达到它的确定度最小只能达到它的理论分辨率的理论分辨率的理论分辨率的理论分辨率的1/61

35、/101/61/10 ，即，即，即，即 第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/25172-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.3 1.3 显微系统的对准不确定度和调焦不确定度显微系统的对准不确定度和调焦不确定度显微系统的对准不确定度和调焦不确定度显微系统的对准不确定度和调焦不确定度2 2）显微系统的调焦标准不确定度）显微系统的调焦标准不确定度）显微系统的调焦标准不确定度）显微系统的调焦标准不确定度清

36、晰度法清晰度法清晰度法清晰度法 设显微系统物空间的折射率为设显微系统物空间的折射率为设显微系统物空间的折射率为设显微系统物空间的折射率为n n时，时，时，时，经过推导可得经过推导可得经过推导可得经过推导可得第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/25182-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦1.3 1.3 显微系统的对准不确定度和调焦不确定度显微系统的对准不确定度和调焦不确定度显微系统的对准不确定度和调

37、焦不确定度显微系统的对准不确定度和调焦不确定度2 2）显微系统的调焦标准不确定度）显微系统的调焦标准不确定度）显微系统的调焦标准不确定度）显微系统的调焦标准不确定度消视差法消视差法消视差法消视差法 消视差法求调焦标准不确定度的方法与清晰度法的方法相消视差法求调焦标准不确定度的方法与清晰度法的方法相消视差法求调焦标准不确定度的方法与清晰度法的方法相消视差法求调焦标准不确定度的方法与清晰度法的方法相似。换算到显微系统物方有似。换算到显微系统物方有似。换算到显微系统物方有似。换算到显微系统物方有 再利用再利用再利用再利用 可得可得可得可得第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量

38、的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/25192-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术1.1.目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦目视系统的对准和调焦 关于两种调焦方法不确定度的讨论：关于两种调焦方法不确定度的讨论：关于两种调焦方法不确定度的讨论：关于两种调焦方法不确定度的讨论：由于消视差法可通过选择有利的对准方式使对准标准由于消视差法可通过选择有利的对准方式使对准标准由于消视差法可通过选择有利的对准方式使对准标准由于消视差法可通过选择有利的对准方式使对准标准不确定度不确定度不确定度不确定度 大大减小，因此，系统出瞳直径大大减

39、小，因此，系统出瞳直径大大减小，因此，系统出瞳直径大大减小，因此，系统出瞳直径D D2mm2mm时，时，时，时，用消视差法准确度高；用消视差法准确度高；用消视差法准确度高；用消视差法准确度高；D D1mm1mm时，用清晰度法准确度高；时，用清晰度法准确度高；时，用清晰度法准确度高；时，用清晰度法准确度高；1mm1mmD D 2mm2mm时，两种方法准确度相差不多。时，两种方法准确度相差不多。时，两种方法准确度相差不多。时，两种方法准确度相差不多。实际进行目视法调焦时，往往两种方法同时采用。就是说，实际进行目视法调焦时，往往两种方法同时采用。就是说，实际进行目视法调焦时，往往两种方法同时采用。就

40、是说，实际进行目视法调焦时，往往两种方法同时采用。就是说，首先调至目标与标志同样清晰，再左右摆动眼睛看二者间首先调至目标与标志同样清晰，再左右摆动眼睛看二者间首先调至目标与标志同样清晰，再左右摆动眼睛看二者间首先调至目标与标志同样清晰，再左右摆动眼睛看二者间有无视差，最后以有无视差，最后以有无视差，最后以有无视差，最后以“清晰无视差清晰无视差清晰无视差清晰无视差”定焦。定焦。定焦。定焦。第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/25202-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术2.2.光电对准光

41、电对准光电对准光电对准 光电探测不仅可以代替眼睛进行对准、定焦和读数；还可光电探测不仅可以代替眼睛进行对准、定焦和读数；还可光电探测不仅可以代替眼睛进行对准、定焦和读数；还可光电探测不仅可以代替眼睛进行对准、定焦和读数；还可以大大提高对准、定焦准确度；实现测量的自动化，提高以大大提高对准、定焦准确度；实现测量的自动化，提高以大大提高对准、定焦准确度；实现测量的自动化，提高以大大提高对准、定焦准确度；实现测量的自动化，提高工作效率，而且是实现计算机实时控制和处理的前提。工作效率，而且是实现计算机实时控制和处理的前提。工作效率，而且是实现计算机实时控制和处理的前提。工作效率，而且是实现计算机实时控

42、制和处理的前提。目前，光电对准装置可分为光电显微镜和光电望远镜两大目前，光电对准装置可分为光电显微镜和光电望远镜两大目前，光电对准装置可分为光电显微镜和光电望远镜两大目前，光电对准装置可分为光电显微镜和光电望远镜两大类，两类仪器对准标准不确定度分别达到类，两类仪器对准标准不确定度分别达到类，两类仪器对准标准不确定度分别达到类，两类仪器对准标准不确定度分别达到0.01m0.02m0.01m0.02m和和和和0.050.10.050.1 光电对准分类：光电对准分类：光电对准分类：光电对准分类：光度式：普通光度式、差动光度式光度式：普通光度式、差动光度式光度式：普通光度式、差动光度式光度式：普通光度

43、式、差动光度式相位式相位式相位式相位式第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/2521光电自准直望远镜工作原理（相位式）光电自准直望远镜工作原理（相位式）光电自准直望远镜工作原理（相位式）光电自准直望远镜工作原理（相位式）测微器测微器测微器测微器振动狭缝振动狭缝振动狭缝振动狭缝鉴别器鉴别器鉴别器鉴别器放大器放大器放大器放大器指零仪表指零仪表指零仪表指零仪表光敏电阻光敏电阻光敏电阻光敏电阻目镜目镜目镜目镜分划板分划板分划板分划板分束棱镜分束棱镜分束棱镜分束棱镜IIII分束棱镜分束棱镜分束棱镜分束棱镜I I十字

44、线分划板十字线分划板十字线分划板十字线分划板毛玻璃毛玻璃毛玻璃毛玻璃物镜物镜物镜物镜平面镜平面镜平面镜平面镜2-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术2.2.光电对准光电对准光电对准光电对准第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/25222-1 光电系统的对准和调焦技术3.光电定焦 定焦实质上是确定物镜的最佳像面的位置。定焦实质上是确定物镜的最佳像面的位置。定焦实质上是确定物镜的最佳像面的位置。定焦实质上是确定物镜的最佳像面的位置。事实上，确定最佳像面的标准有多种，如事实上，确定最佳像面的标准

45、有多种，如事实上，确定最佳像面的标准有多种，如事实上，确定最佳像面的标准有多种，如最高对比度像面最高对比度像面最高对比度像面最高对比度像面最高分辨率像面最高分辨率像面最高分辨率像面最高分辨率像面最小波像差像面最小波像差像面最小波像差像面最小波像差像面最小弥散圆像面最小弥散圆像面最小弥散圆像面最小弥散圆像面最大调制传递函数像面最大调制传递函数像面最大调制传递函数像面最大调制传递函数像面点像光斑中心照度最大值像面等。点像光斑中心照度最大值像面等。点像光斑中心照度最大值像面等。点像光斑中心照度最大值像面等。对于一个有剩余像差和加工误差的实际物镜来说，通常这对于一个有剩余像差和加工误差的实际物镜来说，

46、通常这对于一个有剩余像差和加工误差的实际物镜来说，通常这对于一个有剩余像差和加工误差的实际物镜来说，通常这些像面并不重合。实验确定最佳像面时，像面位置还与些像面并不重合。实验确定最佳像面时，像面位置还与些像面并不重合。实验确定最佳像面时，像面位置还与些像面并不重合。实验确定最佳像面时，像面位置还与照明光源的光谱成分和接收器的光谱灵敏度有关。照明光源的光谱成分和接收器的光谱灵敏度有关。照明光源的光谱成分和接收器的光谱灵敏度有关。照明光源的光谱成分和接收器的光谱灵敏度有关。第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1

47、/25232-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术 3.光电定焦光电定焦 光电定焦的方法有多种，如光电定焦的方法有多种，如光电定焦的方法有多种，如光电定焦的方法有多种，如扇形光栅法扇形光栅法扇形光栅法扇形光栅法小孔光阑法小孔光阑法小孔光阑法小孔光阑法刀口检验法刀口检验法刀口检验法刀口检验法MTFMTF法等。法等。法等。法等。这里以扇形光栅法为例介绍光电定焦方法。该方法已广泛这里以扇形光栅法为例介绍光电定焦方法。该方法已广泛这里以扇形光栅法为例介绍光电定焦方法。该方法已广泛这里以扇形光栅法为例介绍光电定焦方法。该方法已广泛用于测量照相物镜的工作距离（从最佳像面到物镜框端的用于测量

48、照相物镜的工作距离（从最佳像面到物镜框端的用于测量照相物镜的工作距离（从最佳像面到物镜框端的用于测量照相物镜的工作距离（从最佳像面到物镜框端的距离）。同时，还能测量和研究其它光学特性，如弥散斑距离）。同时，还能测量和研究其它光学特性，如弥散斑距离）。同时，还能测量和研究其它光学特性，如弥散斑距离）。同时，还能测量和研究其它光学特性，如弥散斑直径、直径、直径、直径、OTFOTF、焦距等。、焦距等。、焦距等。、焦距等。第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/25242-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准

49、和调焦技术 3.光电定焦光电定焦 M 扇形光栅法定焦系统a）b）c）用扇形光栅确定像面用扇形光栅确定像面0amaxa0-0.2 0 0.2af50a（%）100dRdd第第第第2 2 2 2章章章章 基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术基本光学量的测试技术 2023/1/25252-1 光电系统的对准和调焦技术光电系统的对准和调焦技术 3.光电定焦光电定焦 随着图像采集技术和数字图像处理技术的快速发展，数字随着图像采集技术和数字图像处理技术的快速发展，数字随着图像采集技术和数字图像处理技术的快速发展，数字随着图像采集技术和数字图像处理技术的快速发展，数字图像自动调焦（又

50、称聚焦）技术也获得快速发展，并成为图像自动调焦（又称聚焦）技术也获得快速发展，并成为图像自动调焦（又称聚焦）技术也获得快速发展，并成为图像自动调焦（又称聚焦）技术也获得快速发展，并成为图像测量技术、计算机视觉技术等的关键技术之一。图像测量技术、计算机视觉技术等的关键技术之一。图像测量技术、计算机视觉技术等的关键技术之一。图像测量技术、计算机视觉技术等的关键技术之一。基于数字图像处理的自动调焦过程可以描述为：计算机通基于数字图像处理的自动调焦过程可以描述为：计算机通基于数字图像处理的自动调焦过程可以描述为：计算机通基于数字图像处理的自动调焦过程可以描述为：计算机通过光学系统和图像采集设备采集到一