光电测试技术  §1-1  光电系统的对准和调焦技术 §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 对准又称横向对准，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。 调焦又称纵向对准，是指一个目标与比较标志在瞄准轴方向的重合。 调焦的目的主要是使物体（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，后者往往称为定焦。 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夹角表示的。 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。 眼睛通过光学系统去对准或调焦的目的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。 §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 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目的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。所以对准和调焦不确定度应以观察系统的物方对应值表示。  §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 1．1 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。 §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 1．1 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。 清晰度法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。 几何焦深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δx的两倍2δx。 由几何焦深造成的人眼调焦标准不确定度为        式中，      以m-1为单位，这时l1、l2和De的单位为m，αe的单位为rad。 §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 1．1 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dl后，在眼瞳面上产生的波差小于或等于λ/K（常取K＝6）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。即如果目标与标志相距小于dl时眼睛仍认为二者的像同样清晰，通常将2dl称为物理焦深。由物理焦深造成的人眼调焦的标准不确定度由下式求得       式中，l2＝l1±dl；De为眼瞳直径（De与波长λ的单位皆为m）。 §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 1．1 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-1)    §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 1．1 人眼的对准不确定度和调焦不确定度 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标志有相对横移为准的。 1）由于无相对横移时目标不一定与标志同样清晰，所以消视差法不受焦深的影响；2）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。 设眼睛摆动距离为b，所选择对准方式的对准标准不确定度为δ，定焦时目标和标志到眼睛的轴向距离分别为l1和l2，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，δ的单位为rad，b的单位为m。 §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 1.2 望远镜的对准不确定度和调焦不确定度 人眼通过望远镜或显微镜去对准和调焦是为了提高对准与调焦准确度。 1）望远镜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δ，望远镜的放大率为Γ，通过望远镜观察时物方的对准标准不确定度设为γ，则有                                                             §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 1.2 望远镜的对准不确定度和调焦不确定度 2）望远镜的调焦标准不确定度——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镜物方，即可求出望远镜用清晰度法调焦的标准不确定度，换算公式为   由此可得到望远镜物方的调焦标准不确定度    §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 1.2 望远镜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。 望远镜调焦的合成标准不确定度为：  §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 1.2 望远镜的对准不确定度和调焦不确定度 2）望远镜的调焦标准不确定度——消视差法  将人眼的消视差法调焦不确定度换算到望远镜物方    注意：眼瞳的有效移动距离b不等于眼瞳的实际移动距离t，而等于出瞳中心到进入眼瞳的光束中心的距离。如图所示。     §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 1.2 望远镜的对准不确定度和调焦不确定度 2）望远镜的调焦标准不确定度——消视差法  调焦标准不确定度的    眼睛最大移动距离是    眼瞳中心移至位于出    瞳边缘处：    若De＝2mm，则有   §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 1.3 显微镜的对准不确定度和调焦不确定度 1）显微镜的对准标准不确定度 设显微镜的总放大率为Γ，其中物镜的垂轴放大率为β。通过显微镜观察时物方的对准标准不确定度设为Δy，则有        式中，Γ＝ 250 β / fe’， fe’为目镜焦距；250mm为人眼的明视距离；δ为人眼的对准标准不确定度（rad）。 §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 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Γ成反比。是否可以认为，只要单纯增大Γ，对准的标准不确定度必然减小呢？实践证明，对准标准不确定度的减小还受到光学仪器分辨率的限制。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，像质优良的望远镜和显微镜的单次对准标准不确定度最小只能达到它的理论分辨率的1/6~1/10 ，即 §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 1.3 显微镜的对准不确定度和调焦不确定度 2）显微镜的调焦标准不确定度——清晰度法  设显微镜物空间的折射率为n时，经过推导可得 §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 目视系统的对准和调焦 1.3 显微镜的对准不确定度和调焦不确定度 2）显微镜的调焦标准不确定度——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似。换算到显微镜物方有   再利用  可得 §1-1  光电系统的对准和调焦技术1. 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： 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δ大大减小，因此，系统出瞳直径D′≥2mm时，用消视差法准确度高； D′≤1mm时，用清晰度法准确度高； 1mm＜D′＜2mm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，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

光电测试技术-第1章 基本光学量的测试技术1.ppt