光學(xué)測(cè)量與光學(xué)工藝知識(shí)點(diǎn)答案.docx

目錄第一章基本光學(xué)測(cè)試技術(shù).2第二章光學(xué)準(zhǔn)直與自準(zhǔn)直.5第三章光學(xué)測(cè)角技術(shù).9第四章：光學(xué)干涉測(cè)試技術(shù).13第六章：光學(xué)系統(tǒng)成像性能評(píng)測(cè).17第一章基本光學(xué)測(cè)試技術(shù)對(duì)準(zhǔn)、調(diào)焦的定義、目的；對(duì)準(zhǔn)又稱橫向?qū)?zhǔn)，是指一個(gè)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)（？）與比較標(biāo)志（？）在垂直瞄準(zhǔn)軸（？）方向像的重合或置中。例：打靶、長(zhǎng)度度量人眼的對(duì)準(zhǔn)與未對(duì)準(zhǔn)：P1P2P1P2yP2eP1P1P2對(duì)準(zhǔn)的目的：1.瞄準(zhǔn)目標(biāo)（打靶）；2.精確定位、測(cè)量某些物理量（長(zhǎng)度、角度度量）。調(diào)焦又稱縱向?qū)?zhǔn)，是指一個(gè)目標(biāo)像（？）與比較標(biāo)志（？）在瞄準(zhǔn)軸（？）方向的重合。人眼調(diào)焦：P1P2P1P2xP2R1=FP21R2=調(diào)焦的目的：1.使目標(biāo)與基準(zhǔn)標(biāo)志位于垂直于瞄準(zhǔn)軸方向的同一個(gè)面上，也就是使二者位于同一空間深度；2.使物體（目標(biāo)）成像清晰；3.確定物面或其共軛像面的位置定焦。人眼調(diào)焦的方法及其誤差構(gòu)成；常見(jiàn)的調(diào)焦方法有清晰度法和消視差法。清晰度法是以目標(biāo)與比較標(biāo)志同樣清晰為準(zhǔn)。調(diào)焦誤差是由于存在幾何焦深和物理焦深所造成的。消視差法是以眼鏡在垂直平面上左右擺動(dòng)也看不出目標(biāo)和標(biāo)志有相對(duì)橫移為準(zhǔn)的。誤差來(lái)源于人眼的對(duì)準(zhǔn)誤差。（消視差法特點(diǎn)：可將縱向調(diào)焦轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向?qū)?zhǔn)；可通過(guò)選擇誤差小的對(duì)準(zhǔn)方式來(lái)提高調(diào)焦精確度；不受焦深影響）對(duì)準(zhǔn)誤差、調(diào)焦誤差的表示方法；對(duì)準(zhǔn)誤差的表示法：人眼、望遠(yuǎn)系統(tǒng)用張角表示；顯微系統(tǒng)用物方垂軸偏離量表示；調(diào)焦誤差的表示法：人眼、望遠(yuǎn)系統(tǒng)用視度表示；顯微系統(tǒng)用目標(biāo)與標(biāo)志軸向間距表示；常用的對(duì)準(zhǔn)方式；常見(jiàn)的對(duì)準(zhǔn)方式有壓線對(duì)準(zhǔn)，游標(biāo)對(duì)準(zhǔn)，夾線對(duì)準(zhǔn)，叉線對(duì)準(zhǔn)，狹縫叉線對(duì)準(zhǔn)或狹縫夾線對(duì)準(zhǔn)。光學(xué)系統(tǒng)在對(duì)準(zhǔn)、調(diào)焦中的作用；提高對(duì)準(zhǔn)、調(diào)焦精度，減小對(duì)準(zhǔn)、調(diào)焦誤差。提高對(duì)準(zhǔn)精度、調(diào)焦精度的途徑；使用光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，調(diào)焦；光電自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)、光電自動(dòng)調(diào)焦；光具座的主要構(gòu)造；平行光管（準(zhǔn)直儀）；帶回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡（前置鏡）；透鏡夾持器；帶目鏡測(cè)微器的測(cè)量顯微鏡；底座平行光管的用途、簡(jiǎn)圖；作用是提供無(wú)限遠(yuǎn)的目標(biāo)或給出一束平行光。簡(jiǎn)圖如下：三種自準(zhǔn)直目鏡的光路簡(jiǎn)圖；高斯式自準(zhǔn)直目鏡如下圖1虛線框中所示：平面鏡準(zhǔn)直物鏡分劃板分光鏡光源目鏡圖1阿貝式自準(zhǔn)直目鏡如下圖2虛線框中所示：圖2雙分劃板式自準(zhǔn)直目鏡如下圖3虛線框中所示：準(zhǔn)直物鏡分劃板分劃板目鏡圖3自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡、自準(zhǔn)直顯微鏡（構(gòu)成、光路簡(jiǎn)圖）；自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡由自準(zhǔn)直目鏡，物鏡和平面鏡構(gòu)成，由不同的自準(zhǔn)直目鏡構(gòu)成的自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡的光路簡(jiǎn)圖如圖1、2、3所示自準(zhǔn)直顯微鏡由自準(zhǔn)直目鏡，物鏡和球面鏡構(gòu)成。將自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡中的平面鏡換成球面鏡即是自準(zhǔn)直顯微鏡。放大率法的原理簡(jiǎn)圖及測(cè)量裝置；原理簡(jiǎn)圖：測(cè)量裝置：光具座（光源、波羅板、平行光管、測(cè)量顯微鏡）放大率法焦距測(cè)量計(jì)算；f=-fcyy放大率法焦距測(cè)量中的注意事項(xiàng)；負(fù)透鏡（測(cè)量顯微鏡工作距離）光源光譜組成（色差）被測(cè)鏡頭像質(zhì)近軸焦距與全口徑焦距（球差）、測(cè)量顯微鏡NA第二章光學(xué)準(zhǔn)直與自準(zhǔn)直準(zhǔn)直、自準(zhǔn)直的概念；準(zhǔn)直：獲得平行光束自準(zhǔn)直：利用光學(xué)成像原理，使物和像都在同一個(gè)平面上并重合的方法準(zhǔn)直的目的、用途；獲得平行光束實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直的方法；激光束：很好的方向性、很高的亮度，是直線性測(cè)量的理想光束進(jìn)一步提高激光束準(zhǔn)直性（平行性），可采用激光束的準(zhǔn)直技術(shù)利用倒裝望遠(yuǎn)鏡法，實(shí)現(xiàn)激光束的準(zhǔn)直自準(zhǔn)直儀的類別；自準(zhǔn)直儀一般指自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡和自準(zhǔn)直顯微鏡。實(shí)現(xiàn)自準(zhǔn)直的方法；自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡法測(cè)量平行差的原理；實(shí)質(zhì)上是測(cè)量透明玻璃平板平行度的自準(zhǔn)直原理。準(zhǔn)直物鏡分劃板分劃板目鏡q=sinj=nsin(2q)jj2nn自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡讀數(shù)減半什么是第一平行差、第二平行差；第一光學(xué)平行差I(lǐng)：棱鏡展開(kāi)后的玻璃板在主截面內(nèi)的不平行度誤差，是由于棱鏡主截面內(nèi)的角度誤差引起的。第二光學(xué)平行差I(lǐng)I：棱鏡展開(kāi)后的玻璃板在垂直于主截面方向上的不平行度誤差，是由棱鏡的各個(gè)棱不平行而造成的，也稱棱差或塔差。直角棱鏡DI-90光學(xué)平行差測(cè)量原理；BC2II=245CA2nIjI=nqI=2nd45ojII=nqIId45o=A-45o=B-45o自準(zhǔn)直顯微鏡法測(cè)量球面曲率半徑的原理、簡(jiǎn)圖；凹面鏡：P1ACRP2RP1AP2凸面鏡：P1CARP2RP1CARP2即測(cè)量方法為移動(dòng)自準(zhǔn)直顯微鏡使之分別定焦在被測(cè)球面的圓心和定點(diǎn)處，兩次聚焦自準(zhǔn)直顯微鏡移動(dòng)的距離即為球面曲率半徑。自準(zhǔn)直顯微鏡法測(cè)量透鏡頂焦距的原理、簡(jiǎn)圖；P1AFP2P1AP2自準(zhǔn)直顯微鏡法一般不用于測(cè)負(fù)透鏡的焦距、頂焦距第三章光學(xué)測(cè)角技術(shù)精密測(cè)角儀的主要部件關(guān)鍵部件及其作用；自準(zhǔn)直前置鏡（瞄準(zhǔn)、定位）平行光管（產(chǎn)生無(wú)限遠(yuǎn)的瞄準(zhǔn)標(biāo)記：狹縫、分劃線等）精密軸系（圍繞旋轉(zhuǎn)中心平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，圓錐軸系、圓柱軸系、空氣靜壓軸系）圓分度器件（角度基準(zhǔn)）顯微讀數(shù)系統(tǒng)（將被測(cè)角與度盤(pán)進(jìn)行比較，得到角度值）常見(jiàn)的圓分度器件；最常用的是度盤(pán)，其他的還有多面體、圓光柵、光學(xué)軸角編碼器、感應(yīng)同步器等。符合成像系統(tǒng)與對(duì)徑讀數(shù)法的用途；為消除度盤(pán)分度圓中心與旋轉(zhuǎn)軸中心不能完全重合帶來(lái)的偏心誤差，可利用在度盤(pán)直徑兩端取得讀數(shù)后取平均值的方法，稱為對(duì)徑讀數(shù)法。所采用的光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)為符合成像系統(tǒng)。符合成像系統(tǒng)使得對(duì)徑刻線的像能夠在同一視場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)，并位于分界線兩側(cè)。如何減小或消除自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡的視差？如何減小或消除平行光管分劃面的離焦？掌握至少一種基于測(cè)角儀的棱鏡角度測(cè)量方法；棱鏡角度測(cè)量（方法1）BCA測(cè)量步驟：如圖所示當(dāng)光線和被測(cè)鏡的AB面垂直時(shí)，自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡看到自準(zhǔn)直現(xiàn)象，轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度后，光線垂直于AC，再次觀察到自準(zhǔn)直現(xiàn)象。望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過(guò)的角度和A角有確定的幾何關(guān)系。棱鏡角度測(cè)量（方法2、3）ABC相似的，如圖所示光路，自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡會(huì)先后兩次觀察到自準(zhǔn)直現(xiàn)象，自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過(guò)的角度是角A的2倍。BCA如上圖所示光路，望遠(yuǎn)鏡中會(huì)觀察到平行光管分劃板的像和望遠(yuǎn)鏡分劃板的像重合，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)再次觀察到重合現(xiàn)象，轉(zhuǎn)過(guò)的角度和角A互補(bǔ)。V棱鏡法折射率測(cè)量原理及精度水平；測(cè)量原理光路圖如下圖所示：()22n=n0sinqn0-sin2q12測(cè)量不確定度可達(dá)到(12)10-5V棱鏡折光儀的主要構(gòu)造；平行光管、V棱鏡、對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡、度盤(pán)、讀數(shù)顯微鏡折射液的作用；排除V棱鏡和待測(cè)透鏡之間的空氣，從而提高測(cè)量精度。光學(xué)玻璃折射率測(cè)量的其它方法及精度水平；最小偏向角法（了解）精度高，測(cè)量不確定度可達(dá)10-6任意偏向角法（了解）精度高，測(cè)量不確定度可達(dá)10-6鏡頭焦距測(cè)量的其它方法；精密測(cè)角法測(cè)量物鏡焦距：測(cè)量原理光路圖：A2y02B2-ff=y0tanw測(cè)量裝置圖：AB2y02-f第四章：光學(xué)干涉測(cè)試技術(shù)干涉測(cè)量的用途、特點(diǎn)；用途：光學(xué)面形檢驗(yàn)：平面、球面、二次曲面角度偏差檢驗(yàn)：楔鏡、棱鏡、角錐玻璃材料均勻性（折射率）球面曲率半徑測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)波像差：有限共軛，無(wú)限共軛測(cè)量精度高?？蛇_(dá)到幾分之一或幾十分之一光波長(zhǎng)時(shí)間相干性、空間相干性的實(shí)質(zhì)；由于光源的非單色性（頻譜展寬），干涉條紋對(duì)比度會(huì)下降，降低程度與兩相干光波的傳播時(shí)間差有關(guān)。把這種因頻譜展寬引起的相干性問(wèn)題稱為時(shí)間相干性。通常擴(kuò)展光源上不同的點(diǎn)發(fā)出的光是不相干的，不同點(diǎn)源產(chǎn)生的干涉條紋的非相干疊加會(huì)導(dǎo)致條紋對(duì)比度下降，降低程度與擴(kuò)展光源的空間大小有關(guān)。把這種因光源的空間擴(kuò)展引起的相干性問(wèn)題稱為空間相干性。等傾干涉、等厚干涉；等傾干涉（分振幅）：（指相對(duì)于平板法線的傾斜角度相等的入射光線（或反射光線）將發(fā)生干涉。）等厚干涉（分振幅）：AB影響干涉條紋對(duì)比度的因素；時(shí)間相干性與空間相干性；相干光束的光強(qiáng)；相干光束的振動(dòng)方向；雜散光；振動(dòng)、空氣擾動(dòng)牛頓干涉儀簡(jiǎn)圖、時(shí)間相干性、空間相干性討論；牛頓環(huán)的特點(diǎn)、球面曲率半徑估算；特點(diǎn)：零光程暗紋（相位躍變，光疏到光密的反射有相位躍變）；同心圓環(huán)狀條紋；條紋內(nèi)疏外密；x=mRl上式可以用來(lái)球面曲率半徑，各字母代表的含義如上圖所示。干涉法楔角測(cè)量及楔角方向判斷；楔角q=l2nl，其中l(wèi)是條紋間距。楔角方向判斷：上移上層玻璃板，條紋向空氣層稀薄的方向移動(dòng)。邁克爾遜干涉儀、泰曼干涉儀、菲索干涉儀的特點(diǎn)與區(qū)別；邁克爾遜干涉儀，采用準(zhǔn)單色擴(kuò)展光源（面光源），需要加補(bǔ)償板，一般不完全是等厚條紋，也存在等傾條紋。泰曼干涉儀：采用電光源，泰曼干涉本質(zhì)上基于牛頓干涉原理，分光路容易受環(huán)境影響；菲索干涉儀分振幅、共光路牛頓干涉儀，本質(zhì)上為牛頓干涉原理。共光路，可減小環(huán)境干擾。菲索平面干涉儀原理、構(gòu)造、光路簡(jiǎn)圖；菲索平面干涉儀的時(shí)間相干性、空間相干性；平面面形誤差檢驗(yàn)的干涉條紋特征；平面面形凸、凹判斷，目視半徑偏差（光圈數(shù)）判讀；單色光源：輕輕按壓上面的零件。條紋擴(kuò)散則凸，條紋收縮則凹。白光光源：按壓使兩者緊密接觸，中央暗斑、第一亮紋幾乎為白色。其余亮紋內(nèi)側(cè)藍(lán)色、外側(cè)紅色則為凸，反之為凹。平行平板平行度的干涉測(cè)量方法、條紋特點(diǎn)、棱邊方向、厚薄判斷及角度計(jì)算；移相干涉術(shù)的特點(diǎn)；精度高，傳統(tǒng)靜態(tài)條紋判讀法/10，移相法/50；可減小或消除系統(tǒng)誤差，放寬對(duì)干涉儀光學(xué)元件制造精度要求第六章：光學(xué)系統(tǒng)成像性能評(píng)測(cè)三種像質(zhì)檢測(cè)法的優(yōu)缺點(diǎn)；星點(diǎn)檢驗(yàn)基本、直觀簡(jiǎn)便、靈敏度較高，全面主觀、定性或半定性評(píng)價(jià)法，對(duì)檢測(cè)人員專業(yè)技能要求較高分辨率法定量、簡(jiǎn)單方便主觀性大，信息量少光學(xué)傳遞函數(shù)法客觀、定量設(shè)計(jì)原理復(fù)雜，測(cè)量過(guò)程復(fù)雜（目前已改善）什么是星點(diǎn)檢驗(yàn)？“點(diǎn)光源”作為物，并放置在無(wú)限遠(yuǎn)，俗稱星點(diǎn)；“點(diǎn)光源”經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)所成的像稱為星點(diǎn)像；理想衍射受限系統(tǒng)及其星點(diǎn)像特點(diǎn)；星點(diǎn)像是艾里斑星點(diǎn)檢驗(yàn)裝置；準(zhǔn)直物鏡被測(cè)系統(tǒng)光源觀察顯微鏡人眼聚光鏡平行光管物鏡目鏡星點(diǎn)檢驗(yàn)條件；星孔大小要適中不能切割光束；觀察顯微鏡/前置鏡的放大倍率要足夠大；觀察顯微鏡/前置鏡的成像質(zhì)量?jī)?yōu)良；裝調(diào)準(zhǔn)確。星點(diǎn)檢驗(yàn)?zāi)軝z什么像差，不能檢什么像差？星點(diǎn)檢驗(yàn)對(duì)慧差、像散、球差靈敏，不能反映畸變、場(chǎng)曲。三類光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)分辨率表示形式；望遠(yuǎn)系統(tǒng)用角度表示剛能分辨的兩點(diǎn)之間的最小距離；弧秒顯微系統(tǒng)直接以剛能分辨開(kāi)的兩物點(diǎn)之間的最小距離表示；um瑞利道斯斯派羅望遠(yuǎn)(rad)1.22lD1.02lD0.947lD照相(mm-1)11.22lF11.02lF10.947lF顯微(mm)0.61lNA0.51lNA0.47lNA照相系統(tǒng)以像面上剛能分辨的兩個(gè)像點(diǎn)間距的倒數(shù)表示。mm-1，lp/mm空間頻率；理想衍射受限系統(tǒng)的分辨率定義；考察兩個(gè)非相干獨(dú)立發(fā)光點(diǎn)在像面上形成的兩個(gè)點(diǎn)像；由于光的衍射，一個(gè)發(fā)光點(diǎn)通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)成像得到一個(gè)衍射斑（艾里斑），兩個(gè)衍射斑重疊部分的光強(qiáng)度為兩個(gè)光斑重疊區(qū)對(duì)應(yīng)強(qiáng)度之和（線性疊加）；理想衍射受限系統(tǒng)的理論分辨率數(shù)值，通?；谠撓到y(tǒng)所能分辨的最小間距來(lái)確定。三類光學(xué)系統(tǒng)的理論光學(xué)分辨率計(jì)算；分辨率測(cè)量裝置及分辨率板；理論分辨率分析采用雙像點(diǎn)（艾里斑）分析法。實(shí)際測(cè)量：在平行光管上，采用分辨率板作為分劃板，觀察被測(cè)系統(tǒng)所成的像，判讀所能分辨的最細(xì)密條紋照相物鏡軸上分辨率測(cè)量與計(jì)算；被測(cè)照相物鏡毛玻璃分辨率板準(zhǔn)直物鏡觀察光源顯微鏡人眼聚光鏡平行光管1.在光具座上夾好被測(cè)照相物鏡；2.通過(guò)觀察顯微鏡判讀可看清的最細(xì)密的四組條紋屬于幾號(hào)板幾單元；3.直接查表得線條寬度p，或按公式換算出每毫米的線對(duì)數(shù)；4.求像面上的軸上目視分辨率。點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；星點(diǎn)像的歸一化能量分布（光強(qiáng)分布）即為點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)線擴(kuò)展函數(shù)；對(duì)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)一維方向求積分可得線擴(kuò)展函數(shù)?；颍何锲矫嫔系囊痪€光源，經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)成像后，像的一維光強(qiáng)分布?？臻g頻率；光學(xué)傳遞函數(shù)物理意義、基本定義；調(diào)