平行光管光学系统焦距测量中的应用

焦距和顶焦距的测量

焦距定义为平行于光学系统光轴的平行光束经过光学系统后的会聚点（焦点）到光学系统的像方主点的距离。焦距也可以定义为当——平行光束以与光轴夹角ω很小的方向通过光学系统后，光束会聚点到光轴距离为y′时，该光学系统的焦距ƒ′由下式计算

（1-1）

光学系统有像差时,不同的测量条件将给出不同的焦距，如光学系统有正弦差时不同口径的光束给出不同的焦距，因此照相镜头焦距的测量方法(GB 9919—88)中规定：当被测镜头相对孔径超过1 ：5.6时光圈取5.6；对于小于1 ：5.6的镜头取最大光圈。但在特定的场合，测量时的光圈应取所指定的光圈值，并在测量结果的表格上要记录相对孔径值。当光学系统有正弦差的色差别(有倍率色差)时，不同颜色的光将给出不同的焦距，因此照相镜头焦距的测量方法中还规定了测量时用的光源为 546.1nm 的准单色光或与此等效的光。但是对于指定在特定波长范围内使用的镜头或对测量光的光谱特性有特定要求的镜头，应根据使用要求选择光源，并在测量结果的表格上记录光源的光谱特性。

顶焦距定义为平行于光轴的平行光束经过光学系统后的会聚点(焦点)到光学系统的最后一面的顶点的距离。顶焦距也叫截距。

测量焦距所依据的原理，主要都是几何光学中与焦距有关的基本公式(假定物、像空间都是空气介质)：

①牛顿公式

（1-2）

式中，x为物面到前焦点的距离；x’为像面到后焦点的距离，ƒ，ƒ’分别为物方和像方焦距。

②正切条件公式

（1-3）

式中，y’为像高；ω为对应的视场角。

③垂轴放大率（β）公式

（1-4）

表 2-1列出了几种测量焦距的方法及其比较。测量时为了达到预期的准确度，一般要注意以下几点：

①平行光管、显微镜(或前置镜)的光轴与被测光学系统的光轴应基本重合。

②通过被测光学系统的光束充满指定的有效孔径。要求观测系统不切割被测光学系统的成像光束。

③平行光管焦距为被测光学系统焦距的2~5倍。

④测量时，应按被测光学系统实际工作状态安排测量光路。

⑤测量焦距时所用的分划板往往刻有成对的刻线，安置分划板时，应使光轴通过这些成对刻线的对称中心。最外面一对刻线的间距要小于平行光管物镜焦距的1/40。