光學(xué)系統(tǒng)象質(zhì)檢驗與評價課件_第1頁
光學(xué)系統(tǒng)象質(zhì)檢驗與評價課件_第2頁
光學(xué)系統(tǒng)象質(zhì)檢驗與評價課件_第3頁
光學(xué)系統(tǒng)象質(zhì)檢驗與評價課件_第4頁
光學(xué)系統(tǒng)象質(zhì)檢驗與評價課件_第5頁
已閱讀5頁,還剩103頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)

文檔簡介

第五章光學(xué)系統(tǒng)象質(zhì)檢驗與評價

第五章光學(xué)系統(tǒng)象質(zhì)檢驗與評價1§5-1星點檢驗§5-1星點檢驗2一.星點檢驗原理為克服物體上各點成像后彌散斑的作用,用以各點經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像,觀察其彌散斑,如果有誤差及像差,彌散斑變形,利用人眼對此變形及亮度的變化,檢驗出象差這種方法稱為星點檢驗。

§5-1星點檢驗hf′U′θ夫朗和斐圓孔衍射圖——艾里斑

黑暗背景上有一個亮點(對被檢系統(tǒng)而言,點的幾何像小于彌散斑半徑即可認為是一個點)人很容易區(qū)分光能的變化,如果衍射形狀改變,則更靈敏,可達十分之一波長。3一.星點檢驗原理§5-1星點檢驗hf′U′θ夫朗和斐圓孔位于無限遠處的發(fā)光物點經(jīng)過理想光學(xué)系統(tǒng)成像,在像平面上的光強分布已經(jīng)研究得很清楚——符合物理光學(xué)中的夫朗和斐(Fraunhofer)衍射理論。如果光學(xué)系統(tǒng)的光瞳是圓孔,則所形成的星點像是夫朗和斐型圓孔衍射的結(jié)果,在像平面上點光源像的強度分布可以用下式表示:§5-1星點檢驗4位于無限遠處的發(fā)光物點經(jīng)過理想光學(xué)系統(tǒng)成像,在像平面上的光強θI/I0光能分配(%)備注中央亮斑00183.78中央級大第一暗環(huán)1.220π=3.830.610λ/a00第一極小第一亮環(huán)1.635π=5.140.818λ/a

0.01757.22第一極大第二暗環(huán)2.233π=7.021.116λ/a

00第二極小第二亮環(huán)2.679π=8.421.339λ/a

0.00422.77第二極大第三暗環(huán)3.238π=10.171.619λ/a

00第三極小第三亮環(huán)3.699π=11.621.849λ/a

0.00161.46第三極大第四暗環(huán)4.240π=13.322.120λ/a

00第四極小第四亮環(huán)4.711π=14.802.356λ/a

0.00080.86第四極大§5-1星點檢驗5θI/I0光能分配(%)備注中央亮斑00183.78中央級大§5-1星點檢驗二.星點檢驗裝置星點檢驗裝置示意圖光源星點孔平行光管物鏡被檢物鏡觀察顯微鏡星點像聚光鏡導(dǎo)軌U′Umax6§5-1星點檢驗二.星點檢驗裝置星點檢驗裝置示意圖光源星§5-1星點檢驗7§5-1星點檢驗7§5-1星點檢驗1.對平行光管的要求平行光管口徑大于待檢物鏡入瞳直徑徑且物鏡像質(zhì)較好光源選用發(fā)射連續(xù)光譜且亮度大的燈如鎢帶燈,汽車燈泡等,并用聚光鏡照明星孔,以便看清星點象的細節(jié)。星孔直徑的選擇:為使星點衍射象有好的對比度和足夠的衍射細節(jié),星孔允許的最大角直徑αmin應(yīng)等于待檢物鏡艾里斑第一暗環(huán)的角半徑θ1一半。

8§5-1星點檢驗1.對平行光管的要求8§5-1星點檢驗例:如果若不用平行光管則可直接將星點放置于距物鏡前節(jié)點的距離20倍焦距處則待檢物鏡口徑D=70mm焦距,由得

星點大襯度不好、星點小襯度好但太小圖形暗不易觀察9§5-1星點檢驗例:如果若不用平行光管則可直接將星點放置§5-1星點檢驗2.被檢系統(tǒng)支持部分:能自動定心或帶偏心調(diào)整裝置,以保證被測物鏡和平行光管光軸顯微鏡光軸重合。3.對觀察顯微鏡的要求:顯微物鏡數(shù)值孔徑:為使待檢物鏡射出的光束全部進入觀察顯微鏡,應(yīng)要求顯微物鏡的數(shù)值孔徑等于或大于待檢物鏡的象方孔徑角u′即待檢物鏡D/f′應(yīng)選取的NA消色差顯微物鏡的倍率<1/50.14×1/5~1/2.50.2510×1/2.5~1/2.40.4025×1/1.4~1/0.80.6540×顯微鏡總放大率:顯微鏡總放大率Γ的選取應(yīng)保證人眼能將星點衍射象的第一、二衍射亮環(huán)分辯開。

兩環(huán)在被檢焦面上距離經(jīng)顯微鏡后兩衍射環(huán)像能為人眼鑒別取則取10§5-1星點檢驗2.被檢系統(tǒng)支持部分:能自動定心或帶偏心§5-1星點檢驗若取則平面光學(xué)零件或望遠鏡用前置鏡接收除對前置鏡的象質(zhì)有要求外要求入瞳直徑大于望遠鏡出瞳,與顯微鏡的選擇相似平面零件當取λ=0.56μm,α以分為單位,待檢望遠系統(tǒng)出瞳直徑D′以毫米為單位時,ГT≥

11§5-1星點檢驗若取則平面光學(xué)零件或望遠鏡用前置鏡接收除§5-1星點檢驗三.星點檢驗方法與判別★檢驗光學(xué)系統(tǒng)的共軸性★檢驗球差★檢驗彗差★檢驗位置色差★檢驗象散★檢驗其它工藝疵病★定量檢驗不同球差時的星點像不同彗差時的星點像12§5-1星點檢驗三.星點檢驗方法與判別不同球差時的星點像§5-2分辨率測試技術(shù)§5-2分辨率測試技術(shù)13§5-2分辨率測試技術(shù)分辨率測量的特點:所獲得的有關(guān)被測系統(tǒng)像質(zhì)的信息量不及星點檢驗多;發(fā)現(xiàn)像差和誤差的靈敏度也不如星點檢驗高;分辨率能以確定的數(shù)值作為評價被測系統(tǒng)的像質(zhì)的綜合性指標——定量測量;并且不需要多少經(jīng)驗就能獲得正確的分辨率值——客觀性;對于有較大像差的光學(xué)系統(tǒng),分辨率會隨像差變化而有較明顯的變化,因而能用分辨率區(qū)分大像差系統(tǒng)間的像質(zhì)差異,這是星點檢驗法所不如的;分辨率測量裝置幾乎和星點檢驗一樣簡單。分辨率測量仍然是目前生產(chǎn)中檢驗一般成像光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量的主要手段之一。14§5-2分辨率測試技術(shù)分辨率測量的特點:14§5-2分辨率測試技術(shù)

理想系統(tǒng)的理論分辨率數(shù)值——對非相干光波,兩個衍射光斑重疊部分的光強度為兩光斑強度之和。σσσIminImaxa)b)c)兩衍射斑中心距不同時的光強分布曲線和光強對比度σ三種判據(jù)的部分合光強分布曲線0.735(瑞利)1.118(斯派羅)1.013(道斯)1.0001.045

瑞利判斷:K=15%,兩衍射斑之間的光強最小值為最大值的73.5%道斯判據(jù):K=2.6%,兩衍射斑之間的合光強最小值為1.013最大為1.045斯派羅判據(jù):K=0%,兩衍射斑之間的合光強值為1.118

15§5-2分辨率測試技術(shù)

理想系統(tǒng)瑞利(Rayleigh)認為,當兩衍射斑中心距正好等于第一暗環(huán)的半徑時,人眼剛能分辨開這兩個像點,這時兩衍射斑的中心距為道斯(Dawes)判據(jù)認為,人眼剛能分辨兩個衍射像點的最小中心距為派羅(Sparrow)判據(jù)認為,當兩個衍射斑之間的合光強剛好不出現(xiàn)下凹時為剛可分辨的極限情況,兩衍射斑之間的最小中心距為§5-2分辨率測試技術(shù)16瑞利(Rayleigh)認為,當兩衍射斑中心距正好等于第一暗望遠系統(tǒng),由于物體位于無限遠,所以用角距離表示剛能分辨的兩點間的最小距離,即以望遠物鏡后焦面上兩衍射斑的中心距對物鏡后主點的張角a表示照相系統(tǒng)以像面上剛能分辨的兩衍射斑中心距的倒數(shù)表示分辨率顯微系統(tǒng)則直接以剛能分辨開的兩物點間的距離表示分辨率§5-2分辨率測試技術(shù)實際工作中,由于光學(xué)系統(tǒng)種類不同,分辨率的具體表示形式也不同,并通常以道斯判據(jù)給出的分辨率作為光學(xué)系統(tǒng)的目視衍射分辨率(或稱理想分辨率)。實際工作中,由于光學(xué)系統(tǒng)的種類不同,用途不同,分辨率的具體表示形式也不同:17§5-2分辨率測試技術(shù)實際工作中,由于判據(jù)

瑞利判據(jù)道斯判據(jù)斯派羅判據(jù)望遠α(rad)照相N(mm-1)顯微ε(mm)§5-2分辨率測試技術(shù)不同類型的光學(xué)系統(tǒng)按不同判據(jù)計算出的理論分辨率見下表

其中D為入瞳直徑(mm);NA為數(shù)值孔徑;應(yīng)用白光照明時,取光波長λ=0.55×10-3mm

波像差與分辨率關(guān)系可認為為理想分辨率18判據(jù)瑞利判據(jù)道斯判據(jù)斯派羅判據(jù)望遠α(rad)照相§5-2分辨率測試技術(shù)以上討論的各類光學(xué)系統(tǒng)的分辨率公式都只適用于視場中心的情況。對照相系統(tǒng),由于視場通常較大,除考察視場中心的分辨率外還應(yīng)考察中心以外視場的分辨率。經(jīng)過推導(dǎo)照相系統(tǒng)軸外分辨率為:100806004020204060ωNt/N,Ns/N(%)Ns/NNt/N理論分辨率隨視場ω變化的曲線可見隨著視場角的增大,子午方向的分辨率比弧矢方向分辨率下降得更快些。19§5-2分辨率測試技術(shù)以上討論的各類光學(xué)系統(tǒng)的分辨率公式軸外點理論分辨率與軸上點理論分辨率的關(guān)系MσtCPPωMCσσOu'PPu'f'f'子午面上20軸外點理論分辨率與軸MσtCPPωMCσσOu'PPu'f軸外點理論分辨率與軸上點理論分辨率的關(guān)系MσtCPPωMCσσOu'PPu'f'f'弧矢面上21軸外點理論分辨率與軸MσtCPPωMCσσOu'PPu'f§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.1分辨率圖案要直接用人工方法獲取兩個非??拷姆窍喔牲c光源作為檢驗光學(xué)系統(tǒng)分辨率的目標物是比較困難的,因此,通常采用由不同粗細的黑白線條組成的人工特制圖案或?qū)嵨飿吮咀鳛槟繕藖頇z驗光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。由于各類光學(xué)系統(tǒng)的用途不同,工作條件不同,要求不同,所以設(shè)計制作的分辨率圖案在形式上也很不一樣。22§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法23§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.1分辨率圖案ZBN35003-89國家專業(yè)標準圖案例:線條寬度寬度P按等比級數(shù)規(guī)律依次遞減P=P0qn-1P0=160μm;;n=1~85P84=1.25μm分組將85種不同寬度的分辨率線條分成七組,通常稱為1號到7號板,即A1~A7分辨率板。

每號分辨率板包含有25種不同寬度的分辨率線條;相鄰兩號分辨率圖案之間有一部分單元是彼此重復(fù)的;同一寬度的分辨率線條又按四個不同的方向排列構(gòu)成一個“單元”輻射狀分辨率圖案塔式分辨率圖案:照相物鏡照相時的分辨率24§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.2望遠系統(tǒng)分辨率的測量在光具座上測量望遠系統(tǒng)分辨率時的光路安排與星點檢驗時類似,只是將星孔板換成分辨率板并增加一毛玻璃而已。光源聚光鏡毛玻璃分辨率板準直物鏡被測系統(tǒng)前置鏡測量望遠系統(tǒng)分辨率裝置簡圖25§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.2望遠系統(tǒng)分辨率的測量測量時,從線條寬度大的單元向線條寬度小的單元順序觀察,找出四個方向的線條都能分辨開的所有單元中單元號最大的那個單元(簡稱剛能分辨的單元)。根據(jù)此單元號和分辨率板號,由表查出該單元的線條寬度P(mm),再根據(jù)平行光管的焦距(mm)由下式即可求出被測望遠鏡系統(tǒng)的分辨率

望遠系統(tǒng)的物鏡為孔徑光闌又為入瞳所以分辨率由物鏡決定目鏡起放大作用設(shè)計時只考慮物鏡分辨率。但由于加工裝配,及材料誤差故測量時不僅要對物鏡進行單獨測量外還要測定系統(tǒng)的分辨率。26§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分§5-2分辨率測試技術(shù)若待檢望遠鏡存在較大的象差或工藝疵病,除使分辨率有明顯下降外,還使分辨率圖案中的線條象出現(xiàn)特定的變化。由此變化可定性地判別影響象質(zhì)的主要原因。例如:色差會使分辨率圖案的線條象帶有彩邊,并影響線條邊界銳度;球差引起透明線條象的邊緣有均勻的光暈,使線條象對比度下降;彗差常使透明線條象形成單向的伸展光暈,嚴重時呈尾巴狀;象散的存在,引起分辨率圖案中相互垂直的線條象不能同時清晰,故觀察顯微鏡需作調(diào)焦,才能分別看清各自方向的線條象。若望遠鏡裝配不良或某個鏡片偏心過大,則線條象的邊緣往往形成暗弱的次生象。望遠鏡的雜光會在圖案象的透明背景上形成漫射光,降低線條象的對比度等。27§5-2分辨率測試技術(shù)若待檢望遠鏡存在較大的象差或工藝疵§5-2分辨率測試技術(shù)直接觀察要求:(1)平行光管復(fù)消色,口徑比被測系統(tǒng)口徑大。(2)人眼極限分辨角1‘~4’為如望遠系統(tǒng)放大倍率若系統(tǒng)分辨率時無法測量。(3)被測系統(tǒng)出瞳直徑應(yīng)小于人眼瞳孔直徑否則無法測量附加以輔助前置鏡觀察前置鏡的要求與星點檢驗是相同入瞳大于被檢儀器的出瞳,出瞳小于人眼瞳孔直徑注意:(1)光軸重合(2)被檢系統(tǒng)目鏡視度為零(3)檢驗視場中心分辨率(4)四個方向均能分清(5)不一定線條分得很開只要認出四個方向上的線條數(shù)即可(6)分辨率板均勻照明28§5-2分辨率測試技術(shù)直接觀察要求:(1)平行光管復(fù)消色§5-2分辨率測試技術(shù)望遠物鏡柵格狀分辨率板輻射狀分辨率板注意:(1)平行光管物鏡大于被測物鏡孔徑被測物鏡盡量靠近平行光管以減小雜光的影響平行光管套一個比被檢物鏡稍大一點的光闌(2)顯微物鏡數(shù)值孔徑和放大率根據(jù)被測物鏡相對孔徑選擇θK22173325443355427759(3)光軸基本重合29§5-2分辨率測試技術(shù)望遠物鏡柵格狀分辨率板輻射狀分辨§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.3照相物鏡目視分辨率測量在光具座上測量照相物鏡的目視分辨率時通常采用目視法;而要測量照相物鏡的照相分辨率,要考慮感光材料,采用照相法。其裝置圖和轉(zhuǎn)換公式為:式中,fc'是平行光管的焦距;f'是被測物鏡的焦距。

在光具座上測量照相物鏡分辨率的光路圖ωF′f′F′Δx光源毛玻璃分辨率板準直物鏡被測物鏡

顯微鏡30§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨§1-4分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.3照相物鏡目視分辨率測量測量軸外點的目視分辨率時,通常將被測物鏡的后節(jié)點調(diào)整在物鏡夾持器的轉(zhuǎn)軸上,旋轉(zhuǎn)物鏡夾持器即可獲得不同視場的斜光束入射,如上圖中虛線所示。為了保證軸上與軸外都在同一像面上進行測量,當物鏡轉(zhuǎn)過視場角ω時,觀察顯微鏡必須相應(yīng)地向后移動一段距離△x。在光具座上測量照相物鏡分辨率的光路圖ωF′f′F′Δx光源毛玻璃分辨率板準直物鏡被測物鏡

顯微鏡31§1-4分辨率測試技術(shù)

2.分§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.3照相物鏡目視分辨率測量由于分辨率板通過被測物鏡后的成像面與其高斯像之間有一傾角ω,而且像的大小隨視場角的增大而增大(不同視場的放大率不同),所以分辨率板上同一單元對軸上點和軸外點有不同的N值。2P′=αf′子午面內(nèi)物面上的線寬Pt與像面上對應(yīng)的線寬Pt′的關(guān)系2PtA0B0-fcf′/cosω2Pt′ωααf′32§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分§5-2分辨率測試技術(shù)綜合分辨率N照相物鏡的目視分辨率底片的分辨率軸上點分辨率注意事項:(1)平行光管口徑大于被檢物鏡口徑在檢驗各視場的分辨率時應(yīng)保證平行光管的光束充滿被測物物鏡入瞳。(2)平行光管象質(zhì)盡量好,焦距比被測物鏡答兩倍以上。(3)顯微鏡的數(shù)值孔徑的選擇a)分辨率高于被檢物鏡的分辨率b)被檢物鏡成像光束能全部進入顯微鏡。33§5-2分辨率測試技術(shù)綜合分辨率N底片的分辨率軸上點分§5-2分辨率測試技術(shù)a)在光具座上測量拍照在測量顯微鏡上測底片分辨率用大面積分辨率板拍照影響分辨率的因素目視分辨率底片分辨率沖洗方法34§5-2分辨率測試技術(shù)a)在光具座上測量34一.二次截面法(哈特曼法)測幾何象差(一)原理

§5.3物鏡幾何象差檢測區(qū)域光闌(哈特曼光闌)35一.二次截面法(哈特曼法)測幾何象差§5.3物鏡幾何象差檢測§5.3物鏡幾何象差檢測36§5.3物鏡幾何象差檢測36§5.3物鏡幾何象差檢測軸外球差曲線象散與軸外球差的檢測37§5.3物鏡幾何象差檢測軸外球差曲線象散與軸外球差的檢測3§5.3物鏡幾何象差檢測場曲的檢測

檢測某視場角ω下的Sot和Sos的方法,測出各視場角下的Sot和Sos值后,即可以ω為縱坐標,以對應(yīng)的Sot和Sos為橫坐標,作出待測物鏡的細光束子午場曲和弧矢場曲曲線在測不同視場角的斜光束球差曲線過程中,每次調(diào)節(jié)待檢物鏡軸向位置時,截面E1和E2應(yīng)與待檢物鏡同步移動,以確保測量基準面(E1)的統(tǒng)一。

38§5.3物鏡幾何象差檢測場曲的檢測檢測某視場角§5.3物鏡幾何象差檢測5.彗差的檢測斜光束的子午光線對和弧矢光線對,經(jīng)待檢物鏡后的交點到實際主光線的垂軸距離,分別稱為子午彗差和弧矢彗差。B′為子午光線對的交點,線段A′B′即表示視場角為ω,入射高度為h時的子午彗差K′T值。由圖看出,只要分別在E1和E2截面上,測出入射高度為hn的子午光線對(或弧矢光線對)與中心光線的對應(yīng)光斑的中心距a1和a2(或a′1和a′2),即可求得子午彗差或弧矢彗差以h為縱坐標,以K′t或K′s為橫坐標,即可作出不同視場角ω下的子午彗差曲線或弧矢彗差曲線。39§5.3物鏡幾何象差檢測5.彗差的檢測斜光束的子午光線對§5.3物鏡幾何象差檢測由于哈特曼法無法確定理想象高,也無法確定實際主光線在理想象平面上的投射高度,故不能檢測畸變和倍率色差。檢測過程中的調(diào)整要點:(1)將小孔光闌校正到平行光管物鏡焦面上;轉(zhuǎn)動臂轉(zhuǎn)到軸向位置。(2)根據(jù)待檢物鏡的焦距和相對孔徑選擇合適小孔的哈特曼光闌。以使截面處攔得的光斑清晰、足夠小且有一定數(shù)量。由經(jīng)驗,光闌孔直徑的選取一般應(yīng)為待檢物鏡焦距的l/l00~l/400。當待檢系統(tǒng)的相對孔徑較小時宜取下限,以保證有足夠多的測量點;反之,宜取上限,以得到邊界盡可能清晰的光斑,并減少檢測工作量。(3)調(diào)待檢物鏡光軸與平行光管光軸重合。微調(diào)夾持器中的雙偏心環(huán),并使待檢物鏡繞水平軸旋轉(zhuǎn),若觀測顯微鏡中看到的小孔光闌象不再劃圓圈(不動),則表明兩光軸已調(diào)重合。(4)確定兩截面的軸向位置,以其攔截的光斑小而清晰為好。依據(jù)經(jīng)驗,焦前和焦后截面離開焦平面的距離,應(yīng)分別選待檢物鏡焦距的l/7和l/5左右較為合適。(5)在檢測斜光束象差時,應(yīng)使待檢物鏡相對基準面的軸向位置始終保持不變。40§5.3物鏡幾何象差檢測由于哈特曼法無法確定理想象高,也無法§5.3物鏡幾何象差檢測測量誤差分析

在同一視場下對不同的bn1和bn2來說的誤差是相同的,故可不考慮,所以表明41§5.3物鏡幾何象差檢測測量誤差分析

在同一視場下對不同的b§5.3物鏡幾何象差檢測優(yōu)缺點優(yōu)點測量原理簡單測多種幾何象差精度較高(比如球差可達)可直接測象差曲線和設(shè)計曲線比較測量裝置通用性好缺點近軸壓不是直接測量測量工作量大不能測畸變,倍率色差42§5.3物鏡幾何象差檢測優(yōu)缺點42§5.3物鏡幾何象差檢測焦后:陰影與刀口移動方向相反焦后:陰影移動方向與刀口相同焦點:同時變暗43§5.3物鏡幾何象差檢測焦后:陰影與刀口移動方向相反43§5.3物鏡幾何象差檢測二、刀口陰影法檢測幾何象差44§5.3物鏡幾何象差檢測二、刀口陰影法檢測幾何象差44§5.3物鏡幾何象差檢測45§5.3物鏡幾何象差檢測45§5.3物鏡幾何象差檢測46§5.3物鏡幾何象差檢測46§5.3物鏡幾何象差檢測檢測軸向色差使用兩不同的單色光(加相應(yīng)濾色片),測出同一帶區(qū)出現(xiàn)刃口環(huán)時刀口的位置之差,即為該帶區(qū)兩波長的軸向色差。如若檢測各個帶區(qū)的色差,可分別測得每種單色光的球差曲線,并畫在同一坐際上,兩曲線的橫坐標之差即為相應(yīng)各帶區(qū)的軸向色差。濾色片半寬度應(yīng)滿足檢測色差的需要,且應(yīng)將濾色片放在刀口儀的平行光路中。

47§5.3物鏡幾何象差檢測檢測軸向色差47§5.3物鏡幾何象差檢測48§5.3物鏡幾何象差檢測48§5.3物鏡幾何象差檢測49§5.3物鏡幾何象差檢測49§5.3物鏡幾何象差檢測優(yōu)缺點優(yōu)點:設(shè)備簡單,多種檢測適宜和于大口徑零件、系統(tǒng)靈敏度高1/20λ非接觸測量適于工序檢驗缺點大多數(shù)已能定性,不定量凸表面無法測量要有經(jīng)驗50§5.3物鏡幾何象差檢測優(yōu)缺點50§5.4物鏡波象差檢測

5.4.1泰曼-格林干涉儀檢測波象差51§5.4物鏡波象差檢測5.4.1泰曼-格林干涉§5.4物鏡波象差檢測

向焦外離焦時W=W1-W2向焦內(nèi)離焦時,W=W1+W2

52§5.4物鏡波象差檢測向焦外離焦時W=W1-W25§5.4物鏡波象差檢測

因?qū)嶋H待檢物鏡的波象差一般都很小,故當標準球面反射鏡的球心與待檢物鏡最佳象點重合時,干涉條紋很少且不穩(wěn)定,這給準確判讀干涉條紋帶來很大困難??墒骨蛐墓室馄x最佳象點位置,即離焦。離焦后的干涉條紋增多,也較穩(wěn)定。此時干涉圖表示的波差是實際待檢波面相對離焦比較波面的波差W1。為了求出實際波面相對最接近波面的波差W,必須求出由離焦引起的波差W2,即離焦比較波面相對最接近波面間的波差。53§5.4物鏡波象差檢測因?qū)嶋H待檢物鏡的波象差一般都很§5.4物鏡波象差檢測

54§5.4物鏡波象差檢測54§5.4物鏡波象差檢測

當待檢物鏡相對孔徑不太大時,由離焦量△S引起的波象差W2為W2與h2成正比。若以W2為橫坐標,h2為縱坐標,則所得的波象差W2曲線是一條直線,其斜率為就可從干涉圖測得波象差W1中剔除W2,從而求得波象差W。55§5.4物鏡波象差檢測當待檢物鏡相對孔徑不太大時,§5.4物鏡波象差檢測

測量前先調(diào)出適當數(shù)目的高對比度的干涉條紋,并移動參考反射鏡,使參考光路的光程縮短。根據(jù)增大測試光路和參考光路的光程差,干涉條紋向干涉級次低移,減少光程差,干涉條紋向級次高處移的特點??膳袛啻龣z波面的形狀。直至全部條紋同時擴大或縮小,再調(diào)球面反射鏡,使條紋對稱干涉場中心。拍攝離焦干涉圖。量出干涉圖直徑D′,若待檢物鏡的通光口徑為D,則干涉圖的放大率M=D′/D。實際光線的入射高度h與入瞳處干涉環(huán)半徑r關(guān)系為h=r/M。按相鄰干涉條紋程差變化λ/2,求得離焦干涉圖上各半徑r,的波象差W1值。56§5.4物鏡波象差檢測測量前先調(diào)出適當數(shù)目的高對比度§5.4物鏡波象差檢測

作W1-h2曲線。求W2-h2離焦波差曲線。用兩條平行直線夾W1-h2曲線,改變兩平行線的斜率,至兩平行線的水平間隔最小。過坐標原點作直線,使其平行于兩平行線,該直線即W2-h2曲線。曲線W1-h2對直線W2-h2的偏差即是待檢透鏡的實際波差W與h2對應(yīng)值,再轉(zhuǎn)換為W-h值,即求得波象差曲線。57§5.4物鏡波象差檢測作W1-h2曲線。57§5.4物鏡波象差檢測

由干涉圖計算球差的方法58§5.4物鏡波象差檢測由干涉圖計算球差的方法58§5.4物鏡波象差檢測

5.4.2剪切干涉法檢測波象差剪切干涉儀的兩束相干光是由待檢波面錯位形成的,其光學(xué)通道相同,故對干涉儀元件的要求較低。同時,儀器對震動和溫度變化等外界因素不敏感。59§5.4物鏡波象差檢測5.4.2剪切干涉法檢測橫向剪切干涉測量原理60橫向剪切干涉測量原理60采用振幅分割法,由于剪切,,故光源尺寸受限制ΔW(x,y)=W(x,y)-W(x-s,y)=Nλ

當S很小時,有△W(x,y)==Nλ在出瞳面,一個僅有初級象差的波面,對球心位于高斯象點的球面波的偏差可表示為W(x,y)=A(x2+y2)2+By(x2+y2)+C(x2+3y2)+D(x2+y2)+Ex+Fy

A、B、C、D分別為球差、彗差、象散和離焦系數(shù);E和F分別為繞y軸、繞x軸的波面傾斜系數(shù)。61采用振幅分割法,由于剪切,,故光1.離焦當系統(tǒng)僅存在離焦時,實際的波象差可表示為

W(x,y)=D(x2+y2)離焦波面沿x軸橫向剪切干涉的條紋分布ΔW(x,y)=2Dxs=Nλ

一組平行等間隔的直條紋。條紋的方向垂直于x軸,干涉條紋的間隔為e=若D=0,△W(x,y)=0,干涉場呈現(xiàn)均勻一片。621.離焦一組平行等間隔的直條紋。條紋的方向垂直于x軸,干涉條2.傾斜當沿y方向的傾斜與離焦同時存在時,剪切干涉條紋分布為△W(x,y)=2DSx+Fy=Nλ

平行等間隔的直條紋,斜率tga=-2DS/F。632.傾斜當沿y方向的傾斜與離焦同時存在時,剪切干涉條紋分布3.初級球差若被測物鏡僅存在初級球差,其沿x方向剪切時干涉條紋分布為△W(x,y)=S=4A(x2+y2)xS

當同時存在離焦,則其沿x方向剪切時干涉條紋分布△W(x,y)=4A(x2+y2)xS+2DxS=Nλ

僅有初級球差的剪切干涉圖是x的三次曲線。若同時存在初級球差、離焦和傾斜,則干涉條紋方程

△W(xy)=4A(x2+y2)xS+2DxS+Fy=Nλ當D=0時,x軸附近的干涉條紋可近似寫為△W(x,y)=4Ax3S+Fy=Nλx軸附近的條紋具有“∽”形狀特征,643.初級球差若被測物鏡僅存在初級球差,其沿x方向剪切時干

4.初級彗差若被測物鏡僅存在彗差,則沿x軸方向剪切時,其條紋分布為△W(x,y)=2ByxS=Nλ這是以x軸和y軸為漸近線的等軸雙曲線型干涉條紋。若同時存在離焦,則有△W(x,y)=2ByxS+2DxS=Nλ剪切干涉條紋仍為雙曲線,相當于原等軸雙曲線條紋沿y向偏移。

654.初級彗差655.初級象散沿x軸剪切時,有初級象散的干涉條紋分布ΔW(x,y)=2CxS=Nλ當沿y軸方向剪切時,條紋分布為ΔW(x,y)=6CyS=Nλ

僅存在象散時,得到的是垂直剪切方向的平行等間隔直條紋,且沿子午方向(y向)剪切時的干涉條紋比沿弧矢方向剪切時的條紋密些。根據(jù)這一特征可以判別象散的存在。665.初級象散沿x軸剪切時,有初級象散的干涉條紋分布僅存在象當象散波面同時存在離焦時,其干涉條紋分布為ΔW(x,y)=(2Cx+2Dx)s=Nλ

ΔW(x,y)=(6Cy+2Dy)s=Nλ

而當D=-C和D=-3C時,△W=0,即出現(xiàn)兩個無干涉條紋位置,其間距即為象散值。

場曲類似于不同視場情況下的離焦?;兒捅堵噬钍潜硎静煌晥鼋堑闹鞴饩€位置偏差,故剪切干涉儀不能檢測這兩種象差。67當象散波面同時存在離焦時,其干涉條紋分布為67剪切干涉圓求原始波面一維剪切干圓的圖解分析法原理

w(2s)-w(s)

w(3s)-w(2s)

令68剪切干涉圓求原始波面一維剪切干圓的圖解分析法無傾斜波面的干涉條紋012345678910w(x)0-0.75-1-0.5-0.250-0.25-0.5-1-0.750w(x-s)0-0.75-1-0.5-0.250-0.25-0.5-1-0.750Δw(s)=w(x)-w(ix-s)-0.75-0.250.50.250.25–0.25-0.25-0.50.250.75-0.25W(ks)0-0.75-1-0.5-0.250-0.25-0.5-1-0.75069無傾斜波面的干涉條紋012345678910w(x)0-0.有傾斜波面波差

012345678910w(x)00.7510.50.2500.250.510.750w(x-s)00.7510.50.2500.250.510.750N(x)Δw(is)=w(ix)-w(ix-s)-0.75-0.250.50.250.25–0.25-0.25-0.50.250.75Q(x) –0.5–0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.5M(x)=N(x)+Q(x)-0.5-1.15-0.550.30.150.25-0.15-0.05-0.20.651.25N(x)=M(x)-Q(x)00.7510.50.2500.250.510.75070有傾斜波面波差012345678910w(x)00.7510第五章光學(xué)系統(tǒng)象質(zhì)檢驗與評價

第五章光學(xué)系統(tǒng)象質(zhì)檢驗與評價71§5-1星點檢驗§5-1星點檢驗72一.星點檢驗原理為克服物體上各點成像后彌散斑的作用,用以各點經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像,觀察其彌散斑,如果有誤差及像差,彌散斑變形,利用人眼對此變形及亮度的變化,檢驗出象差這種方法稱為星點檢驗。

§5-1星點檢驗hf′U′θ夫朗和斐圓孔衍射圖——艾里斑

黑暗背景上有一個亮點(對被檢系統(tǒng)而言,點的幾何像小于彌散斑半徑即可認為是一個點)人很容易區(qū)分光能的變化,如果衍射形狀改變,則更靈敏,可達十分之一波長。73一.星點檢驗原理§5-1星點檢驗hf′U′θ夫朗和斐圓孔位于無限遠處的發(fā)光物點經(jīng)過理想光學(xué)系統(tǒng)成像,在像平面上的光強分布已經(jīng)研究得很清楚——符合物理光學(xué)中的夫朗和斐(Fraunhofer)衍射理論。如果光學(xué)系統(tǒng)的光瞳是圓孔,則所形成的星點像是夫朗和斐型圓孔衍射的結(jié)果,在像平面上點光源像的強度分布可以用下式表示:§5-1星點檢驗74位于無限遠處的發(fā)光物點經(jīng)過理想光學(xué)系統(tǒng)成像,在像平面上的光強θI/I0光能分配(%)備注中央亮斑00183.78中央級大第一暗環(huán)1.220π=3.830.610λ/a00第一極小第一亮環(huán)1.635π=5.140.818λ/a

0.01757.22第一極大第二暗環(huán)2.233π=7.021.116λ/a

00第二極小第二亮環(huán)2.679π=8.421.339λ/a

0.00422.77第二極大第三暗環(huán)3.238π=10.171.619λ/a

00第三極小第三亮環(huán)3.699π=11.621.849λ/a

0.00161.46第三極大第四暗環(huán)4.240π=13.322.120λ/a

00第四極小第四亮環(huán)4.711π=14.802.356λ/a

0.00080.86第四極大§5-1星點檢驗75θI/I0光能分配(%)備注中央亮斑00183.78中央級大§5-1星點檢驗二.星點檢驗裝置星點檢驗裝置示意圖光源星點孔平行光管物鏡被檢物鏡觀察顯微鏡星點像聚光鏡導(dǎo)軌U′Umax76§5-1星點檢驗二.星點檢驗裝置星點檢驗裝置示意圖光源星§5-1星點檢驗77§5-1星點檢驗7§5-1星點檢驗1.對平行光管的要求平行光管口徑大于待檢物鏡入瞳直徑徑且物鏡像質(zhì)較好光源選用發(fā)射連續(xù)光譜且亮度大的燈如鎢帶燈,汽車燈泡等,并用聚光鏡照明星孔,以便看清星點象的細節(jié)。星孔直徑的選擇:為使星點衍射象有好的對比度和足夠的衍射細節(jié),星孔允許的最大角直徑αmin應(yīng)等于待檢物鏡艾里斑第一暗環(huán)的角半徑θ1一半。

78§5-1星點檢驗1.對平行光管的要求8§5-1星點檢驗例:如果若不用平行光管則可直接將星點放置于距物鏡前節(jié)點的距離20倍焦距處則待檢物鏡口徑D=70mm焦距,由得

星點大襯度不好、星點小襯度好但太小圖形暗不易觀察79§5-1星點檢驗例:如果若不用平行光管則可直接將星點放置§5-1星點檢驗2.被檢系統(tǒng)支持部分:能自動定心或帶偏心調(diào)整裝置,以保證被測物鏡和平行光管光軸顯微鏡光軸重合。3.對觀察顯微鏡的要求:顯微物鏡數(shù)值孔徑:為使待檢物鏡射出的光束全部進入觀察顯微鏡,應(yīng)要求顯微物鏡的數(shù)值孔徑等于或大于待檢物鏡的象方孔徑角u′即待檢物鏡D/f′應(yīng)選取的NA消色差顯微物鏡的倍率<1/50.14×1/5~1/2.50.2510×1/2.5~1/2.40.4025×1/1.4~1/0.80.6540×顯微鏡總放大率:顯微鏡總放大率Γ的選取應(yīng)保證人眼能將星點衍射象的第一、二衍射亮環(huán)分辯開。

兩環(huán)在被檢焦面上距離經(jīng)顯微鏡后兩衍射環(huán)像能為人眼鑒別取則取80§5-1星點檢驗2.被檢系統(tǒng)支持部分:能自動定心或帶偏心§5-1星點檢驗若取則平面光學(xué)零件或望遠鏡用前置鏡接收除對前置鏡的象質(zhì)有要求外要求入瞳直徑大于望遠鏡出瞳,與顯微鏡的選擇相似平面零件當取λ=0.56μm,α以分為單位,待檢望遠系統(tǒng)出瞳直徑D′以毫米為單位時,ГT≥

81§5-1星點檢驗若取則平面光學(xué)零件或望遠鏡用前置鏡接收除§5-1星點檢驗三.星點檢驗方法與判別★檢驗光學(xué)系統(tǒng)的共軸性★檢驗球差★檢驗彗差★檢驗位置色差★檢驗象散★檢驗其它工藝疵病★定量檢驗不同球差時的星點像不同彗差時的星點像82§5-1星點檢驗三.星點檢驗方法與判別不同球差時的星點像§5-2分辨率測試技術(shù)§5-2分辨率測試技術(shù)83§5-2分辨率測試技術(shù)分辨率測量的特點:所獲得的有關(guān)被測系統(tǒng)像質(zhì)的信息量不及星點檢驗多;發(fā)現(xiàn)像差和誤差的靈敏度也不如星點檢驗高;分辨率能以確定的數(shù)值作為評價被測系統(tǒng)的像質(zhì)的綜合性指標——定量測量;并且不需要多少經(jīng)驗就能獲得正確的分辨率值——客觀性;對于有較大像差的光學(xué)系統(tǒng),分辨率會隨像差變化而有較明顯的變化,因而能用分辨率區(qū)分大像差系統(tǒng)間的像質(zhì)差異,這是星點檢驗法所不如的;分辨率測量裝置幾乎和星點檢驗一樣簡單。分辨率測量仍然是目前生產(chǎn)中檢驗一般成像光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量的主要手段之一。84§5-2分辨率測試技術(shù)分辨率測量的特點:14§5-2分辨率測試技術(shù)

理想系統(tǒng)的理論分辨率數(shù)值——對非相干光波,兩個衍射光斑重疊部分的光強度為兩光斑強度之和。σσσIminImaxa)b)c)兩衍射斑中心距不同時的光強分布曲線和光強對比度σ三種判據(jù)的部分合光強分布曲線0.735(瑞利)1.118(斯派羅)1.013(道斯)1.0001.045

瑞利判斷:K=15%,兩衍射斑之間的光強最小值為最大值的73.5%道斯判據(jù):K=2.6%,兩衍射斑之間的合光強最小值為1.013最大為1.045斯派羅判據(jù):K=0%,兩衍射斑之間的合光強值為1.118

85§5-2分辨率測試技術(shù)

理想系統(tǒng)瑞利(Rayleigh)認為,當兩衍射斑中心距正好等于第一暗環(huán)的半徑時,人眼剛能分辨開這兩個像點,這時兩衍射斑的中心距為道斯(Dawes)判據(jù)認為,人眼剛能分辨兩個衍射像點的最小中心距為派羅(Sparrow)判據(jù)認為,當兩個衍射斑之間的合光強剛好不出現(xiàn)下凹時為剛可分辨的極限情況,兩衍射斑之間的最小中心距為§5-2分辨率測試技術(shù)86瑞利(Rayleigh)認為,當兩衍射斑中心距正好等于第一暗望遠系統(tǒng),由于物體位于無限遠,所以用角距離表示剛能分辨的兩點間的最小距離,即以望遠物鏡后焦面上兩衍射斑的中心距對物鏡后主點的張角a表示照相系統(tǒng)以像面上剛能分辨的兩衍射斑中心距的倒數(shù)表示分辨率顯微系統(tǒng)則直接以剛能分辨開的兩物點間的距離表示分辨率§5-2分辨率測試技術(shù)實際工作中,由于光學(xué)系統(tǒng)種類不同,分辨率的具體表示形式也不同,并通常以道斯判據(jù)給出的分辨率作為光學(xué)系統(tǒng)的目視衍射分辨率(或稱理想分辨率)。實際工作中,由于光學(xué)系統(tǒng)的種類不同,用途不同,分辨率的具體表示形式也不同:87§5-2分辨率測試技術(shù)實際工作中,由于判據(jù)

瑞利判據(jù)道斯判據(jù)斯派羅判據(jù)望遠α(rad)照相N(mm-1)顯微ε(mm)§5-2分辨率測試技術(shù)不同類型的光學(xué)系統(tǒng)按不同判據(jù)計算出的理論分辨率見下表

其中D為入瞳直徑(mm);NA為數(shù)值孔徑;應(yīng)用白光照明時,取光波長λ=0.55×10-3mm

波像差與分辨率關(guān)系可認為為理想分辨率88判據(jù)瑞利判據(jù)道斯判據(jù)斯派羅判據(jù)望遠α(rad)照相§5-2分辨率測試技術(shù)以上討論的各類光學(xué)系統(tǒng)的分辨率公式都只適用于視場中心的情況。對照相系統(tǒng),由于視場通常較大,除考察視場中心的分辨率外還應(yīng)考察中心以外視場的分辨率。經(jīng)過推導(dǎo)照相系統(tǒng)軸外分辨率為:100806004020204060ωNt/N,Ns/N(%)Ns/NNt/N理論分辨率隨視場ω變化的曲線可見隨著視場角的增大,子午方向的分辨率比弧矢方向分辨率下降得更快些。89§5-2分辨率測試技術(shù)以上討論的各類光學(xué)系統(tǒng)的分辨率公式軸外點理論分辨率與軸上點理論分辨率的關(guān)系MσtCPPωMCσσOu'PPu'f'f'子午面上90軸外點理論分辨率與軸MσtCPPωMCσσOu'PPu'f軸外點理論分辨率與軸上點理論分辨率的關(guān)系MσtCPPωMCσσOu'PPu'f'f'弧矢面上91軸外點理論分辨率與軸MσtCPPωMCσσOu'PPu'f§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.1分辨率圖案要直接用人工方法獲取兩個非??拷姆窍喔牲c光源作為檢驗光學(xué)系統(tǒng)分辨率的目標物是比較困難的,因此,通常采用由不同粗細的黑白線條組成的人工特制圖案或?qū)嵨飿吮咀鳛槟繕藖頇z驗光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。由于各類光學(xué)系統(tǒng)的用途不同,工作條件不同,要求不同,所以設(shè)計制作的分辨率圖案在形式上也很不一樣。92§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法93§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.1分辨率圖案ZBN35003-89國家專業(yè)標準圖案例:線條寬度寬度P按等比級數(shù)規(guī)律依次遞減P=P0qn-1P0=160μm;;n=1~85P84=1.25μm分組將85種不同寬度的分辨率線條分成七組,通常稱為1號到7號板,即A1~A7分辨率板。

每號分辨率板包含有25種不同寬度的分辨率線條;相鄰兩號分辨率圖案之間有一部分單元是彼此重復(fù)的;同一寬度的分辨率線條又按四個不同的方向排列構(gòu)成一個“單元”輻射狀分辨率圖案塔式分辨率圖案:照相物鏡照相時的分辨率94§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.2望遠系統(tǒng)分辨率的測量在光具座上測量望遠系統(tǒng)分辨率時的光路安排與星點檢驗時類似,只是將星孔板換成分辨率板并增加一毛玻璃而已。光源聚光鏡毛玻璃分辨率板準直物鏡被測系統(tǒng)前置鏡測量望遠系統(tǒng)分辨率裝置簡圖95§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.2望遠系統(tǒng)分辨率的測量測量時,從線條寬度大的單元向線條寬度小的單元順序觀察,找出四個方向的線條都能分辨開的所有單元中單元號最大的那個單元(簡稱剛能分辨的單元)。根據(jù)此單元號和分辨率板號,由表查出該單元的線條寬度P(mm),再根據(jù)平行光管的焦距(mm)由下式即可求出被測望遠鏡系統(tǒng)的分辨率

望遠系統(tǒng)的物鏡為孔徑光闌又為入瞳所以分辨率由物鏡決定目鏡起放大作用設(shè)計時只考慮物鏡分辨率。但由于加工裝配,及材料誤差故測量時不僅要對物鏡進行單獨測量外還要測定系統(tǒng)的分辨率。96§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分§5-2分辨率測試技術(shù)若待檢望遠鏡存在較大的象差或工藝疵病,除使分辨率有明顯下降外,還使分辨率圖案中的線條象出現(xiàn)特定的變化。由此變化可定性地判別影響象質(zhì)的主要原因。例如:色差會使分辨率圖案的線條象帶有彩邊,并影響線條邊界銳度;球差引起透明線條象的邊緣有均勻的光暈,使線條象對比度下降;彗差常使透明線條象形成單向的伸展光暈,嚴重時呈尾巴狀;象散的存在,引起分辨率圖案中相互垂直的線條象不能同時清晰,故觀察顯微鏡需作調(diào)焦,才能分別看清各自方向的線條象。若望遠鏡裝配不良或某個鏡片偏心過大,則線條象的邊緣往往形成暗弱的次生象。望遠鏡的雜光會在圖案象的透明背景上形成漫射光,降低線條象的對比度等。97§5-2分辨率測試技術(shù)若待檢望遠鏡存在較大的象差或工藝疵§5-2分辨率測試技術(shù)直接觀察要求:(1)平行光管復(fù)消色,口徑比被測系統(tǒng)口徑大。(2)人眼極限分辨角1‘~4’為如望遠系統(tǒng)放大倍率若系統(tǒng)分辨率時無法測量。(3)被測系統(tǒng)出瞳直徑應(yīng)小于人眼瞳孔直徑否則無法測量附加以輔助前置鏡觀察前置鏡的要求與星點檢驗是相同入瞳大于被檢儀器的出瞳,出瞳小于人眼瞳孔直徑注意:(1)光軸重合(2)被檢系統(tǒng)目鏡視度為零(3)檢驗視場中心分辨率(4)四個方向均能分清(5)不一定線條分得很開只要認出四個方向上的線條數(shù)即可(6)分辨率板均勻照明98§5-2分辨率測試技術(shù)直接觀察要求:(1)平行光管復(fù)消色§5-2分辨率測試技術(shù)望遠物鏡柵格狀分辨率板輻射狀分辨率板注意:(1)平行光管物鏡大于被測物鏡孔徑被測物鏡盡量靠近平行光管以減小雜光的影響平行光管套一個比被檢物鏡稍大一點的光闌(2)顯微物鏡數(shù)值孔徑和放大率根據(jù)被測物鏡相對孔徑選擇θK22173325443355427759(3)光軸基本重合99§5-2分辨率測試技術(shù)望遠物鏡柵格狀分辨率板輻射狀分辨§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.3照相物鏡目視分辨率測量在光具座上測量照相物鏡的目視分辨率時通常采用目視法;而要測量照相物鏡的照相分辨率,要考慮感光材料,采用照相法。其裝置圖和轉(zhuǎn)換公式為:式中,fc'是平行光管的焦距;f'是被測物鏡的焦距。

在光具座上測量照相物鏡分辨率的光路圖ωF′f′F′Δx光源毛玻璃分辨率板準直物鏡被測物鏡

顯微鏡100§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨§1-4分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.3照相物鏡目視分辨率測量測量軸外點的目視分辨率時,通常將被測物鏡的后節(jié)點調(diào)整在物鏡夾持器的轉(zhuǎn)軸上,旋轉(zhuǎn)物鏡夾持器即可獲得不同視場的斜光束入射,如上圖中虛線所示。為了保證軸上與軸外都在同一像面上進行測量,當物鏡轉(zhuǎn)過視場角ω時,觀察顯微鏡必須相應(yīng)地向后移動一段距離△x。在光具座上測量照相物鏡分辨率的光路圖ωF′f′F′Δx光源毛玻璃分辨率板準直物鏡被測物鏡

顯微鏡101§1-4分辨率測試技術(shù)

2.分§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分辨率測試方法2.3照相物鏡目視分辨率測量由于分辨率板通過被測物鏡后的成像面與其高斯像之間有一傾角ω,而且像的大小隨視場角的增大而增大(不同視場的放大率不同),所以分辨率板上同一單元對軸上點和軸外點有不同的N值。2P′=αf′子午面內(nèi)物面上的線寬Pt與像面上對應(yīng)的線寬Pt′的關(guān)系2PtA0B0-fcf′/cosω2Pt′ωααf′102§5-2分辨率測試技術(shù)

2.分§5-2分辨率測試技術(shù)綜合分辨率N照相物鏡的目視分辨率底片的分辨率軸上點分辨率注意事項:(1)平行光管口徑大于被檢物鏡口徑在檢驗各視場的分辨率時應(yīng)保證平行光管的光束充滿被測物物鏡入瞳。(2)平行光管象質(zhì)盡量好,焦距比被測物鏡答兩倍以上。(3)顯微鏡的數(shù)值孔徑的選擇a)分辨率高于被檢物鏡的分辨率b)被檢物鏡成像光束能全部進入顯微鏡。103§5-2分辨率測試技術(shù)綜合分辨率N底片的分辨率軸上點分§5-2分辨率測試技術(shù)a)在光具座上測量拍照在測量顯微鏡上測底片分辨率用大面積分辨率板拍照影響分辨率的因素目視分辨率底片分辨率沖洗方法104§5-2分辨率測試技術(shù)a)在光具座上測量34一.二次截面法(哈特曼法)測幾何象差(一)原理

§5.3物鏡幾何象差檢測區(qū)域光闌(哈特曼光闌)105一.二次截面法(哈特曼法)測幾何象差§5.3物鏡幾何象差檢測§5.3物鏡幾何象差檢測106§5.3物鏡幾何象差檢測36§5.3物鏡幾何象差檢測軸外球差曲線象散與軸外球差的檢測107§5.3物鏡幾何象差檢測軸外球差曲線象散與軸外球差的檢測3§5.3物鏡幾何象差檢測場曲的檢測

檢測某視場角ω下的Sot和Sos的方法,測出各視場角下的Sot和Sos值后,即可以ω為縱坐標,以對應(yīng)的Sot和Sos為橫坐標,作出待測物鏡的細光束子午場曲和弧矢場曲曲線在測不同視場角的斜光束球差曲線過程中,每次調(diào)節(jié)待檢物鏡軸向位置時,截面E1和E2應(yīng)與待檢物鏡同步移動,以確保測量基準面(E1)的統(tǒng)一。

108§5.3物鏡幾何象差檢測場曲的檢測檢測某視場角§5.3物鏡幾何象差檢測5.彗差的檢測斜光束的子午光線對和弧矢光線對,經(jīng)待檢物鏡后的交點到實際主光線的垂軸距離,分別稱為子午彗差和弧矢彗差。B′為子午光線對的交點,線段A′B′即表示視場角為ω,入射高度為h時的子午彗差K′T值。由圖看出,只要分別在E1和E2截面上,測出入射高度為hn的子午光線對(或弧矢光線對)與中心光線的對應(yīng)光斑的中心距a1和a2(或a′1和a′2),即可求得子午彗差或弧矢彗差以h為縱坐標,以K′t或K′s為橫坐標,即可作出不同視場角ω下的子午彗差曲線或弧矢彗差曲線。109§5.3物鏡幾何象差檢測5.彗差的檢測斜光束的子午光線對§5.3物鏡幾何象差檢測由于哈特曼法無法確定理想象高,也無法確定實際主光線在理想象平面上的投射高度,故不能檢測畸變和倍率色差。檢測過程中的調(diào)整要點:(1)將小孔光闌校正到平行光管物鏡焦面上;轉(zhuǎn)動臂轉(zhuǎn)到軸向位置。(2)根據(jù)待檢物鏡的焦距和相對孔徑選擇合適小孔的哈特曼光闌。以使截面處攔得的光斑清晰、足夠小且有一定數(shù)量。由經(jīng)驗,光闌孔直徑的選取一般應(yīng)為待檢物鏡焦距的l/l00~l/400。當待檢系統(tǒng)的相對孔徑較小時宜取下限,以保證有足夠多的測量點;反之,宜取上限,以得到邊界盡可能清晰的光斑,并減少檢測工作量。(3)調(diào)待檢物鏡光軸與平行光管光軸重合。微調(diào)夾持器中的雙偏心環(huán),并使待檢物鏡繞水平軸旋轉(zhuǎn),若觀測顯微鏡中看到的小孔光闌象不再劃圓圈(不動),則表明兩光軸已調(diào)重合。(4)確定兩截面的軸向位置,以其攔截的光斑小而清晰為好。依據(jù)經(jīng)驗,焦前和焦后截面離開焦平面的距離,應(yīng)分別選待檢物鏡焦距的l/7和l/5左右較為合適。(5)在檢測斜光束象差時,應(yīng)使待檢物鏡相對基準面的軸向位置始終保持不變。110§5.3物鏡幾何象差檢測由于哈特曼法無法確定理想象高,也無法§5.3物鏡幾何象差檢測測量誤差分析

在同一視場下對不同的bn1和bn2來說的誤差是相同的,故可不考慮,所以表明111§5.3物鏡幾何象差檢測測量誤差分析

在同一視場下對不同的b§5.3物鏡幾何象差檢測優(yōu)缺點優(yōu)點測量原理簡單測多種幾何象差精度較高(比如球差可達)可直接測象差曲線和設(shè)計曲線比較測量裝置通用性好缺點近軸壓不是直接測量測量工作量大不能測畸變,倍率色差112§5.3物鏡幾何象差檢測優(yōu)缺點42§5.3物鏡幾何象差檢測焦后:陰影與刀口移動方向相反焦后:陰影移動方向與刀口相同焦點:同時變暗113§5.3物鏡幾何象差檢測焦后:陰影與刀口移動方向相反43§5.3物鏡幾何象差檢測二、刀口陰影法檢測幾何象差114§5.3物鏡幾何象差檢測二、刀口陰影法檢測幾何象差44§5.3物鏡幾何象差檢測115§5.3物鏡幾何象差檢測45§5.3物鏡幾何象差檢測116§5.3物鏡幾何象差檢測46§5.3物鏡幾何象差檢測檢測軸向色差使用兩不同的單色光(加相應(yīng)濾色片),測出同一帶區(qū)出現(xiàn)刃口環(huán)時刀口的位置之差,即為該帶區(qū)兩波長的軸向色差。如若檢測各個帶區(qū)的色差,可分別測得每種單色光的球差曲線,并畫在同一坐際上,兩曲線的橫坐標之差即為相應(yīng)各帶區(qū)的軸向色差。濾色片半寬度應(yīng)滿足檢測色差的需要,且應(yīng)將濾色片放在刀口儀的平行光路中。

117§5.3物鏡幾何象差檢測檢測軸向色差47§5.3物鏡幾何象差檢測118§5.3物鏡幾何象差檢測48§5.3物鏡幾何象差檢測119§5.3物鏡幾何象差檢測49§5.3物鏡幾何象差檢測優(yōu)缺點優(yōu)點:設(shè)備簡單,多種檢測適宜和于大口徑零件、系統(tǒng)靈敏度高1/20λ非接觸測量適于工序檢驗缺點大多數(shù)已能定性,不定量凸表面無法測量要有經(jīng)驗120§5.3物鏡幾何象差檢測優(yōu)缺點50§5.4物鏡波象差檢測

5.4.1泰曼-格林干涉儀檢測波象差121§5.4物鏡波象差檢測5.4.1泰曼-格林干涉§5.4物鏡波象差檢測

向焦外離焦時W=W1-W2向焦內(nèi)離焦時,W=W1+W2

122§5.4物鏡波象差檢測向焦外離焦時W=W1-W25§5.4物鏡波象差檢測

因?qū)嶋H待檢物鏡的波象差一般都很小,故當標準球面反射鏡的球心與待檢物鏡最佳象點重合時,干涉條紋很少且不穩(wěn)定,這給準確判讀干涉條紋帶來很大困難??墒骨蛐墓室馄x最佳象點位置,即離焦。離焦后的干涉條紋增多,也較穩(wěn)定。此時干涉圖表示的波差是實際待檢波面相對離焦比較波面的波差W1。為了求出實際波面相對最接近波面的波差W,必須求出由離焦引起的波差W2,即離焦比較波面相對最接近波面間的波差。123§5.4物鏡波象差檢測因?qū)嶋H待檢物鏡的波象差一般都很§5.4物鏡波象差檢測

124§5.4物鏡波象差檢測54§5.4物鏡波象差檢測

當待檢物鏡相對孔徑不太大時,由離焦量△S引起的波象差W2為W2與h2成正比。若以W2為橫坐標,h2為縱坐標,則所得的波象差W2曲線是一條直線,其斜率為就可從干涉圖測得波象差W1中剔除W2,從而求得波象差W。125§5.4物鏡波象差檢測當待檢物鏡相對孔徑不太大時,§5.4物鏡波象差檢測

測量前先調(diào)出適當數(shù)目的高對比度的干涉條紋,并移動參考反射鏡,使參考光路的光程縮短。根據(jù)增大測試光路和參考光路的光程差,干涉條紋向干涉級次低移,減少光程差,干涉條紋向級次高處移的特點??膳袛啻龣z波面的形狀。直至全部條紋同時擴大或縮小,再調(diào)球面反射鏡,使條紋對稱干涉場中心。拍攝離焦干涉圖。量出干涉圖直徑D′,若待檢物鏡的通光口徑為D,則干涉圖的放大率M=D′/D。實際光線的入射高度h與入瞳處干涉環(huán)半徑r關(guān)系為h=r/M。按相鄰干涉條紋程差變化λ/2,求得離焦干涉圖上各半徑r,的波象差W1值。126§5.4物鏡波象差檢測測量前先調(diào)出適當數(shù)目的高對比度§5.4物鏡波象差檢測

作W1-h2曲線。求W2-h2離焦波差曲線。用兩條平行直線夾W1-h2曲線,改變兩平行線的斜率,至兩平行線的水平間隔最小。過坐標原點作直線,使其平行于兩平行線,該直線即

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評論

0/150

提交評論