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光学检测仪和激光干涉仪

星点检验法

一、前言


星点检验是依据点光源经被检验光学系统形成的星点衍射像的形状及亮度分布来定性地判断被检验物镜质量。通常,一个点光源(即星点)经被检验物镜所成的像是由具有一定尺寸的衍射圆斑(艾里斑)和衍射圆环所构成。但实际上由于设计、材料、加工等个方面的缺陷,实际衍射图相对于理想衍射图形有不同程度的改变,可以依据变化定性的判断被检验光学系统质量的优劣。


二、技术要点


1)、星点直径的选定

星点直径过大,将不产生衍射现象;星点过小,衍射光斑亮度太弱或太小以至于无法观测。选定的原则是:星点直径d应不大于星点有效光束孔径所对应的衍射像的中心亮斑直径r,即:


式中,λ为星点发出的光波长;为像空间介质的折射率,空气为被检验物镜像方半孔径角;为平行光管的焦距;为被检验物镜的孔径。


2)、观测显微物镜的选择

保证经被测物镜的光线全部进入观测显微镜是显微物镜选则的原则,即物方孔径角大于等于被检物镜像方孔径角:



3)、显微镜总放大倍率的选定

原则应以人眼能分辨第一和第二衍射亮环为准,经显微物镜放大后,两衍射亮圆环间距对于人眼的张角按计算,则显微镜总放大率为:



三、星点像的判读


(1)     无像差时,焦点上中心圆斑最亮,还能看到既圆且完整的第一亮衍射环,在焦前、焦后对称截面上,衍射图形相同,如图1所示;


1 无像差时星点像

(2)     星点像有球差时,衍射图形为同心圆环,但中心亮斑变暗些,第一衍射环亮度增强,在焦前、焦后对称截面上,衍射图形不相同。

(3)     星点像有彗差时,若彗差较小,则星点像中心亮斑相对衍射环显现偏心,衍射环亮度、粗细都不均匀;若彗差较大,星点像呈现彗星状,即有明显的头部和延伸的拖尾,在焦前、焦后对称截面上观测,衍射图形相同,只是变大目弥散,如图2所示。


2 慧差星点像

(4)     星点像有像散差时,视像散的程度在焦点处呈粗细不同的十字形,像散大,十字线细而长,像散小,十字线细粗而短,在焦前、焦后观看,出现相互垂直的椭圆图形,这是元件面形变形、面形较差或透镜偏心造成的,如图3所示。


3 像散星点像

(5)     星点像出现杂乱无章的不规则形状时,说明其元件材料中存在条纹、结石和严重的非均匀性等缺陷。


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