为什么放大率法测量的负透镜焦距称为近轴焦距？
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发布时间：2022-04-21 19:21
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时间：2023-09-06 10:54
望远系统光学特性参数检测
视度检测
视度（SD）是指目视光学仪器出射光束的会聚或发散程度。视度可表示为
SD=1/L（m^-1）
L为眼点（出瞳）至仪器出射光束的顶点（像点）的距离，单位为m。
若系统出射的是平行光束，则视度为零，适应正常眼（人眼的像方焦点刚好和视网膜重合）的要求。
若系统出射的是发散光束，像点位于眼点之前，视度为负值。满足近视眼（人眼的像方焦点位于视网膜的前方）需要。
若系统出射的是会聚光束，像点位于眼点之后，视度为正值。满足远视眼（人眼的像方焦点位于视网膜的后方）需要。
若目镜的前焦点与物镜的后焦点重合，则出射光束是平行光束；
若目镜前移，在一倍焦距以内，Δ为正，即出射光是发散光束。
若目镜后移，在一倍焦距之外，Δ为负，则出射光束是会聚光束。
将L换算成视度，得SD=-1000Δ/fe'^2(m^-1)
视度检测
普通视度筒检测
普通视度筒是一个物镜可沿轴向移动的低倍望远系统，视度筒镜管上刻有视度。
调节视度筒目镜视度直至分划板最清晰。
将待检系统的视度分划对到所要检测的标记处，并将待检系统放在平行光管和视度筒中间，视度筒物镜大致放在待检系统的出瞳处，调三者大概共轴。
-（-L-l+f0）Δ'=-f0'^2
若将l可以忽略不计
上式可写成Δ'=-f0'^2/L+f0'=-f0'^2/[(1000/SD)+f0']
式中f0'是视度筒物镜的焦距
误差分析
视度测量的误差主要取决于视度筒的调焦误差，即取决于视度筒的入瞳直径和放大倍率。
视度筒的入瞳等于待检系统的出瞳，故视度筒的放大倍率不宜过高，常选用4倍到6倍，其检测范围为±1.5到±2.5屈光度。
大量程的视度筒检测
大量程视度筒=视度透镜+普通视度筒
视度透镜：具有与待测系统的视度符号相反的视度，抵消了一部分被测视度，使剩余的视度在普通视度筒量程内。
SD=SD'-P
P为视度透镜的视度；
SD'为普通视度筒的视度读数；
SD为待测系统的视度值
大量程视度筒的测量范围：±6.5到±7.5个屈光度。
半透镜视度筒检测
半透镜视度筒，是用半透镜组代替普通透镜组的分划板，实际上是一块双胶合的场镜，，其负透镜是块被切成两半的平凹透镜，并各沿相反方向有一偏心。相当于在正透镜上贴了一对分像双光楔。由于双光楔的作用，物像在等厚线上时，像不会被错开。
半透镜视度筒利用人眼对准精度高的特点，其检测视度的灵敏度高达1/20屈光度。
视差的检测
无限远的物体经物镜成像后的物像不和分划板刻线面重合时，眼睛垂直光轴移动，则观察到物像和分划面相互错动，这种现象称作视差。
视差角
当相应的物像O'相对分划的上下错动量为AB，由此引起的物方视差角ε
ε=D/f0'+b
ε=(D'b/fo'fe')*3438'
视度差
以分划在系统像方视度SDk和物像视度SD0之差表示：
ΔSD=SDk-SD0
当F0'和Fe重合时，分划面到F0'的距离为b，经目镜后像距为L'=-fe'^2/b
ΔSD=-1000b/fe'^2
SD0=0
ΔSD=-0.29Γε/D'
望远镜视差的给定
瞄准、观察仪器一般用视差角给出。
视差角的检测法
在平行光管的分化板上刻有视差公差带。若系统存在视差，人眼沿待检系统的出瞳面摆动时，可发现平行光管的分划像与待检系统的分划像相对错动，只要两个像最大错动量不超过公差带则认为视差合格。
应使平行光管的焦距为待检系统焦距的2到5倍
星点检验
通过考察一点光源（星点）经系统所成的像及像面前，后不同截面衍射图形的光强度变化及分布，定性的评价光学系统的成像质量，即是星点检验法。
实际星点衍射像与艾里斑比较，即可灵敏的反映出待检系统的缺陷并由此评价像质。
该方法主要用于检验望远系统、照相物镜、投影物镜及显微物镜，尤其适于小像差系统的检测。
星点检验对平行光管的要求
平行光管物镜的像质应很好，且通光口径应大于待检物镜的入瞳直径；
光源应选用发射连续光谱而亮度大的灯，如钨带灯，汽车灯泡，卤素灯，金属卤素灯，疝气灯。
星孔直径选择：为使星点衍射有好的对比度和足够的衍射细节，星孔允许的最大角直径αmax应等于待检物镜艾里斑第一暗环的角半径θ1的一半
αmax=θ1/2
θ1=0.61λ/h=1.22λ/D 所以αmax=0.61λ/D
平行光管物镜焦面处所允许的星孔直径为式中，fc' 平行光管物镜的焦距
dmax=0.61λfc'/D
对显微镜的要求
应要求显微镜的数值孔径等于或大于待检物镜的像方孔径角u'可按表选取NA值
显微镜总放大率Γ的选取应保证人眼能将星点衍射像的第一、第二衍射亮环分辨开。两衍射亮环的角距离应为
Δθ=θ2-θ1=1.044λ/D ΔR=Δθf'=1.044λf'/D
经显微镜放大后，两亮环像的角距离大于或等于人眼的分辨角αe 即
1.044λf'β/Dfe'≥αe
β 显微镜的垂轴放大率
fe' 目镜的焦距
Γ=（250到500）D/f'
对望远系统或其它平面光学元件做星点检验，应采用前置镜（望远镜）进行放大观察。
对前置镜要求：
像质好
入瞳直径大于待检系统出瞳直径
放大率满足人眼分辨星点像细节的要求。
第一、第二衍射亮环经待检望远系统后的角距离
Δθ'=ΔθΓ=1.044λ/D'
当取λ=0.56μm，αe以分为单位，待检望远系统出瞳直径D'以毫米为单位时，上式可简化为ΓT≥D'αe/2
如果看到的星点像的衍射环不同心，或同一环上光能分布不一致，或颜色不一样，则表明待检系统共轴性遭到破坏。
各元件不共轴则表现出轴上有慧差
当被检系统存在装配应力、光学零件对光轴倾斜或定中心不正确而存在楔角时，往往表现出轴上像点有像散特征。
球差检验
球差校正情况
存在负球差
焦前截面 明亮外环 较暗中心
焦后截面 明亮中心 弥散外环
存在正球差
焦前截面 明亮中心 弥散外环
焦后截面 明亮外环 较暗中心
存在负带球差
焦前截面 明亮中间环
焦后截面 暗中间环
存在正带球差
焦前截面 暗中间环
焦后截面 明亮中间环
检验位置色差
星点检验位置色差时，为排除球差等因素带来的复杂情况常将待检系统*在近轴区域成像。
在像点前截面处，可看到彩色衍射图形，其中心微带绿色，周围是淡*，最外是紫红色。像点后截面看到的彩色衍射图形，其中心微带紫红色，周围是淡*，最外围是黄绿色。
检验慧差
随着慧差的增加衍射亮环靠近*亮斑的一侧变细变暗，而远离的一侧变量变粗，且相对*亮斑的偏心也随之加大。当波差大于0.5个波长的时候星点开始出现彗星状。
检验像散
像散较小，其星点像第一个衍射亮环出现四个暗缺（断开四处）或呈现四角形
像散较大，星点像的*亮斑呈近似正方形状，或再进一步延伸为明显的十字形状，周围衍射亮环断为四段。
其他的公益疵病
当光学玻璃的下料方向搞错。由于玻璃条纹的影响，星点衍射像回出现长刺现象或暗带。
若因装配或镜筒变形而使光学零件存在较大应力时，星点像往往呈现三角形、枣核形或应力集中部位出现带角、带刺等情况。
衍射受限系统的分辨率
把两个衍射像间所能分辨的最小间隔称为理想光学系统的衍射分辨率。
瑞利判据
分辨条件对比度k=15％，即两衍射斑的中心距刚好等于第一衍射暗环半径σ即
σ=1.22λF
道斯判据
σ=1.02λF
斯派洛判据
σ=0.95λF
望远系统的中心距σ对物镜后主点张角α表示，
α=σ/f'=1.02λ/D
衍射斑中心距的倒数（每毫米的线条数）N表示分辨率
N=1/σ=1/1.02λF
显微系统是以物面处刚能分辨的两物点间距ε表示分辨率
ε=σ/β=1.02λ/2NA
β显微物镜的垂轴放大率
λ=0.56μm
分辨率图案
栅格式分辨率板测量迅速可靠当空间频率不连续。
辐射状的分辨率图案
空间频率连续变化，但测量麻烦误差很大。
栅格状的分辨率板
根据单元号和分辨率板号查表得该单元的线条宽度b/μm值
α=2b*10^-3*206265"/fc'
b是查表得到
fc'是平行光管的焦距
辐射式分辨率板用观测显微镜测出模糊圆直径d
α=πd*206265"/36f'
哈特曼法检测几何像差
检测原理：借助一米字形排列的小孔光阑（哈特曼光阑），在待检系统物方形成采样光束，再由测量焦前，焦后两截面的光斑间距确定成像光束的几何像差。
哈特曼法（二次截面法）可以检测物镜的球差、位置色差、慧差、场曲和像散。由于哈特曼法无法确定理想像高，也无法确定实际主光线在理想平面上的投射高度，所以不能检测畸变和倍率色差。
哈特曼法检测过程中的调整要点：
根据待测物镜的焦距和相对孔径选择合适小孔的哈特曼光阑。光阑孔径直径的选取一般应为待检物镜焦距的1/100到1/400。
杂散光
叠加到像面处的不参与直接成像的有害光称为杂散光，简称杂光。
杂光的成因
由光学元件的反射和散射造成的杂光
机械部件的反射与散射造成的杂光
相机内部各受光面的反射、散射与感光乳剂层的散射等造成的杂光
减少杂光的措施
为减少杂光应避免产生二次像
在工艺上对镜表面镀增透膜，对镜筒、透镜外缘、光阑片做涂黑处理。
透镜外缘涂漆的折射率应该比玻璃的大，以防止斜入射光产生的全反射
采取遮光罩和消杂散光光阑等措施
limη=EG/（E0+EG）=m1/m2
只要通过测量大面积均匀光源在像面上所成像的总照度E0+EG和杂光照度EG。
m1对光陷阱形成的黑体直接成像所得的照度
m2将光陷阱替换成“白塞子”形成了完整的漫反射面。
透射比的检测
若波长为λ的光进入光学系统的光通量φ（λ），射出光学系统的光通量φ'(λ)，则光学系统的光谱透射比τ（λ）为
τ（λ）=φ'(λ)/φ(λ)
测量在可见光区域（λ1到λ2）内的光谱透射比总和，即白光透射比τ。
待检望远系统的白光透射比
τ=φ'/φ=m1/m0
m1是放入待检望远系统后由积分球收集出射的光转换成检流计的读数。
m0不加入望远系统后由积分球收集出射的光转换成检流计的读数。
近轴透射比的全口径检测需在积分球前方加一个附加透镜使会聚光束全部加入积分球中。
光学传递函数的测量
对一个非相干的光学系统可以看作空间频率的低通滤波器。如果输入一个正弦分布的光强信号，则输出也是正弦分布光强信号，但信号的对比度下降，相位移动，输出信号的对比度和相位移均是目标图像的空间频率的函数。
OTF=MTFe^-PTF
