GB 10987-2009-T 光学系统 参数的测定

ICS37．020 N35 圆亘 中华人民共和国国家标准 GB／T10987--2009 代替6B／T10987--1989 2009-09-30发布 光学系统 参数的测定 Opticalsystems--Determinationofparameters 2009—12-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局学寿 中国国家标准化管理委员会厘111 刖 罱 GB／T10987--2009 本标准代替GB／T10987--1989《光学系统参数的测定》。 本标准与GB／T109871989的主要差异为： ——删除了GB／T10987--1989第2章标题中的“术语”两字} ——将GB／T10987--1989第3章、第4章、第5章和第6章归入同一章，标题改为“参数的测定”； ——删除了GB／T109871989第7章。 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国光学和光子学标准化技术委员会(sAc／Tc103)归口。 本标准负责起草单位：上海理工大学。 本标准参加起草单位：南京江南永新光学有限公司、宁波永新光学股份有限公司、苏州一光仪器有 限公司。 本标准主要起草人：冯琼辉、章慧贤。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为： ——GB／T10987--1989。 光学系统参数的测定 GB／T10987--2009 1范围 本标准规定了光学系统焦距、视场、放大率和孔径(相对孔径和数值孔径)四项光学参数的测量方 法、测量装置和测量的基本要求。 本标准适用于在可见光谱区应用的显微镜、望远镜以及照相、投影、制版物镜等光学参数的测量。 2符号 a)焦距／； b)目镜焦距／z； c)平行光管物镜焦距，，o； d)物高，； e)像高y7； f)物方视场角2“； g)像方视场角2u’； h)显微镜物镜放大率Mo} i)角放大率y； j) 显微镜视觉总放大率MTOTws； k)目镜放大率Mz； 1)人瞳直径D； m)相对孔径D／f7； n)数值孔径NA。 3参数的测定 3．1焦距 3．1．1测量方法 3．1．1．1放大率法(PORRO法) 如图1所示，均匀照明平行光管物镜焦面上刻有多组线对的分划板，分划板上的每一线对应与物镜 光轴对称分布，线对间距，以及平行光管物镜焦距，，o应预先精确测定。 由平行光管发出的平行光束，通过被测物镜在其像方焦面上成像，用带十字分划板的显微镜瞄准， 并沿焦面移动显微镜，由长度测量机构直接测出其移动值，即被测物镜后焦面上的像高y7，按式(1)计 算被测物镜焦距／： ／一．凡·旦 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1) 了 也可用带测微目镜的显微镜瞄准测量，由目镜测微器测量出显微镜中间像面上像高，，并按式(2) 计算被测物镜的焦距／： 厂一／o。彘 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘2’ Mo应预先精确测定。由于，。、，及M。为已知数，南品可作为常数项代人式(2)计算。 1 GB／T10987--2009 在测量负焦距时，显微镜的工作距离应大于被测物镜后表面到像方焦面的距离。测量方向应垂直 于分划板线对的刻线方向。 ‘ 4 1——平行光管； 2——被测透镜； 3——显微镜物镜； 4——目镜测微器。 图1 3．1．1．2精密测角法 如图2所示，分划板应精确地调焦在被测物镜的焦面上，分划板上有一对与物镜光轴对称的刻线， 其间距为y并预先精确测定，在像方用精密测角仪或经纬仪测出对应的角度2u，用式(3)计算被测物镜 焦距／： 厂一—2tjanLco／一2 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(3) 在3．1．1．1中所叙述的用放大率法测焦距，作为基准用的平行光管物镜，其焦距建议采用精密测角 法测量，以获得更高的准确度。 1——光源； 2——分划板； 3——被铡物镜； 4——经纬仪。 图2 3．1．2测量装置和测量的基本要求 3．1．2．1照明条件 照明的光谱特性及孔径应与被测物镜使用要求相适应。 3．1．2．2平行光管 3．1．2．2．1平行光管物镜焦距为被测物镜焦距的2倍～5倍。 3．1．2．2．2平行光管物镜焦距及焦面位置，应根据测量的光谱特性要求予以标定。 3．1．2．2．3平行光管物镜像差应经过良好校正。 3．1．2．3分划板 3．1．2．3．1分划板应精确地调节在平行光管物镜或被测物镜的焦面上。 3．1．2．3．2在有效视场范围内应选取间距大的线对进行测量，有利于减小测量相对误差。 3．1．2．4被测物镜的调节 调节被测物镜光轴，使之与平行光管物镜光轴、显微镜或经纬仪望远镜的瞄准轴线基本重舍。 2 GB／T10987--2009 3．1．2．5调焦 测量时用显微镜或望远镜对目标像调焦，应遵循消视差原则。 3．2视场 3．2．1测量方法 3．2．1．1望远镜视场测量方法 望远镜视场以能见到的物空间的边缘对人瞳中心的张角2m来表示。 a)用视场仪测量视场角 视场仪是一种大视场的平行光管，它的物镜常采用成像质量良好的广角照相物镜，在焦面上装 有标注角度分划的十字分划板。 如图3所示，测量时将被测望远镜对准视场仪，人眼大致位于眼点位置，通过望远镜直接观察 视场仪分划板上的分划线，望远镜所能见到的视场仪分划线左右两边最大读数之和就是望远 镜的视场。测量时应调节视场仪或被测物镜的高低角，使十字分划像的横线通过被测视场的 中心。 ‘。|飞 ＼|⋯“)’ 1——视场仪； 2——被测望远镜； 3——人服； 4——视场见到的分划像。 图3 b)用经纬仪测量视场角 如图4所示，从被测望远镜目镜方向照明，用经纬仪在物镜方向观测，水平转动经纬仪，先后对 准视场光阑两个边缘，两次读数之差就是望远镜的视场。 1——分划板； 2—～视场光阑； 3——被测望远镜； 4——经纬仪。 图4 3．2．1．2显微镜视场测量方法 显微镜视场是以物平面上能观察到的最大直径来表示，通常称为线视场。 测量时在载物台上安放一标准刻尺，人眼通过被测显微镜直接观测，在视场中所能见到的刻尺范围 就是显微镜的视场大小。 3 GB／T10987--2009 3．2．2测量装置和测量的基本要求 3．2．2．1照明条件 采用白光照明。照明光束应均匀充满被测视场，不应产生光束切割现象。 3．2．2．2物平面 被测显微镜的物平面应垂直于物镜光轴，保证视场边缘两侧的像同时清晰。 3．3放大率 3．3．1测量方法 3．3．1．1望远镜(视)角放大率测量方法 a) 以测量出瞳直径计算放大率 如图5所示，将已知尺寸的标准光阑(圆形或方形)套在被测系统的物镜框上，在目镜一侧用倍 率计测出标准光阑像的大小，用式(4)计算被测望远镜的角放大率y： 式中： n——圆形标准光阑的直径(或方形标准光阑的边长)，单位为毫米(ram)； n7——圆形标准光阑像的直径(或方形标准光阑像的边长)，单位为毫米(mm)。 l——标准光丽； 2——被测系统； 3——标准光阑像； 4——低倍显微镜。 图5 b) 以测量像方视场角计算放大率 如图6所示，被测系统物方对准平行光管，在平行光管物镜的焦面上安装分划板，分划板上的 线对间距Y和物镜焦距，：事先精确测定，则物方视场角(tanm一!乒)为已知，在被测系统的 Ju 像方，用带有角值分划板的望远镜直接测出相应的像方视场角，按式(5)计算被测系统的角放 大率y： 7一—tan—w' l——平行光管； 2——被测系统； 3——测量角值望远镜 图6 GB／T10987--2009 c) 以测量物方视场角计算放大率 将被测系统的像方对向视场仪，视场仪的角度分划值作为已知的像方视场，在物方用经纬仪测 出对应的物方视场角，按式(5)计算被测系统的角放大率。 3．3．1．2显微镜放大率测量方法 a)物镜放大率 按规定的机械筒长装入被测物镜和观察用目镜，并对载物台上的测微尺调焦，直到测微尺像清 晰为止，然后取出观察用目镜，装上测微目镜，在保证物距不变的条件下，调节显微镜抽筒，使 测微目镜的分划板与原来已调好的物镜像面重合。测微尺的间距为Y，用测微目镜测出测微 尺像间距为Y7，按式(6)计算物镜放大率Mo： ， Mo一卫 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(6) y b)目镜放大率 按式(7)计算目镜放大率Me： Mr一孥 JE 目镜焦距^根据3．1．1．1所叙述的方法测量。 c)系统视觉总放大率 方法一： 按式(8)计算系统视觉总放大率Mt0TⅥs： MrOTVls—Mo·jkfE⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(8) 注：式(8)适用于在无镜筒透镜情况下。 方法二： 如图7所示，在被测系统的物平面上安放测微尺，并调焦到像清晰为止，然后在被测系统目镜 --'N用带有分划板或测微目镜的低倍望远镜测量像高，按式(9)计算系统视觉总放大 率MTOTvIs： MTOTⅥs 式中： ，——测微尺间距，单位为毫米(mm)； 矿——测微尺像间距，单位为毫米(mm)； 厂——望远镜物镜焦距(预先测定，为已知数)，单位为毫米(ram)。 如果望远镜分划板是以／大小标注角度的分划，则直接测出测微尺两条刻线经被测系统后出 射光束的角度m7，可按式(10)计算系统视觉总放大率M'ro'rvu： MToTvIs一塑tan。 Y 1——测微尺5 2——被测系统； 3——低倍望远镜。 图7 咿厂堕y GB／T10987--2009 3．3．1．3投影仪放大率测量方法 投影仪物镜放大率的测量，可在投影仪工作台上安放标尺，并对标尺调焦，直到在投影屏上标尺像 清晰为止，然后用另一标尺直接在投影屏测出标尺像的大小，按式(6)计算物镜的放大率。 测量时应按规定在投影屏不同部位和相互垂直方向测量放大率是否符合要求。 3．3．2测量装置和测量的基本要求 3．3．2．1照明条件 采用白光照明，照明光束应均匀并充满被测视场。 3．3．2．2调焦 对于望远镜的测量，应对无穷远目标调焦，目镜如系可调视度，应调在零屈光度位置。 对目标像的调焦应遵循消视差原则。 3．3．2．3共轭距 对于有限远物像距系统应保证正确的共轭距，物平面与像平面均应垂直于被测系统光轴。 3．4孔径(相对孔径和数值孔径) 3．4．1测量方法 3．4．1．1相对孔径测量方法 物镜的相对孔径用人瞳直径与焦距的比值来表示，即；。按式(11)表示照相物镜常用F数： F一吾 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“11) F数即为照相物镜相对孔径的倒数，亦称光阑指数或光圈。 物镜焦距可按照3．1．1．1所叙述的方法测量。 测量照相物镜人瞳直径如图8所示，用测量显微镜测量光阑在物空间所成像(即入瞳)的直径。 测量时从像方漫射照明光阑，在物方用显微镜对光阑像调焦，移动显微镜用十字分划，先后瞄准光 阑像的左右边缘，显微镜读数机构两次读数之差就是人瞳直径的大小。 1——漫射屏； 2——人瞳； 3——孔径光阑； 4——测量显微镜； 5——被测照相物镜。 图8 GB／T10987--2009 3．4．1．2数值孔径测量方法 按式(12)表示数值孔径NA： NA—nsinU ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(12) 式中： n——物空间介质折射率； U——物方半径孔径角。 数值孔径NA用数值孔径计测量，孔径计玻璃圆柱体表面有两圈刻度线，内圈刻度线为u值，外圈 刻度线为NA值。 孔径计的大致结构如图9所示，在金属框上面位于玻璃圆柱面处装有带十字分划板的小平行光管， 作为无限远目标，并与指标线一起沿玻璃圆柱面滑动。 1——指标线； 2——金属框； 3——手柄； 4——小灯泡； 5——宽带滤光片； 6——十字线分划板； 7——平行光管物镜； 8——指标线玻璃板； 9——玻璃半圆柱体； lO——底座； 11——狭缝。 图9 测量时按规定的机械筒长装入被测物镜和观察用目镜。将孔径计置于显微镜载物台上，显微镜对 孔径计表面的狭缝调焦，直到狭缝像清晰为止；在保证物距不变的条件下，取下观察用目镜代之装上低 倍显微系统，并对被测物镜后焦面上的十字像调焦，用手柄滑动平行光管，直到十字像的中心与孔径直 径方向左右边缘相交，两次读数的平均值就是被测物镜的数值孔径值。 对于低倍物镜的测量，可用小孔光阑取代观察用目镜，人眼通过小孔光阑直接观测。 3．4．2测量装置和测量的基本要求 3．4．2．1照明条件 入瞳直径的测量采用白光照明。数值孔径计的无限远十字目标，应通过中心波长为546nm的宽 带滤光片照明。 GB／T10987--2009 3．4．2．2浸液 对于显微镜浸液物镜NA的测量，应按规定在物镜前表面与孔径计狭缝之间注入相应的浸液 介质。 3．4．2．3工作距离 在测量照相物镜人瞳直径时，测量显微镜的工作距离，应能保证对人瞳调焦。 3．4．2．4入瞳直径测量结果 由于照相物镜光阑的形状不是规则的圆形，因此应选取多个直径方向测量，并取其平均值作为测量 结果。对人瞳不是圆形的物镜，应以等效面积的圆直径计算之。