OptiSpheric® 全自动数字焦距仪测试功能及原理介绍

2025-12-11 10:08

在光学元件与系统的研发、生产及质检环节,焦距仪作为核心检测设备,承担着关键参数精准测量的重任。OptiSpheric® 全自动数字焦距仪可对单个透镜、光学元件及系统进行多维度参数检测,核心测量项目包括有效焦距(EFL)、后焦距(BFL)、法兰焦距(FFL)、调制传递函数(MTF)及曲率半径(R),全方位覆盖光学元件关键性能指标。

灵活的集成特性

全欧焦距仪具备出色的兼容性,可无缝集成到中心偏差测量仪上使用。集成后,无需额外搭建复杂测试平台,即可在同一套设备上完成中心偏差与焦距、曲率半径等关键参数的协同测量,减少样品转运次数,避免重复装夹带来的误差,显著提升检测效率与测量精度,尤其适用于对光学元件综合性能要求较高的批量生产场景。

有效焦距(EFL)

有效焦距指样品透镜的主平面与焦平面之间的距离,是光学系统的等效焦距(几何焦距)由透镜的折射率、曲率半径等决定,需与仅考虑轴向范围内光束的轴向焦距明确区分。

      其测量原理基于放大率测量,采用双缝(缝距 d)作为测试结构的分划板,在准直光照射下,平行光束沿光轴方向进入测试透镜并形成收敛光束,在焦平面相交生成像(缝距 d')。该像经聚焦透镜投射至相机,软件通过自动对焦扫描获取最佳图像,测量相机传感器上的缝隙距离 d''(与样品焦距呈线性关系),最终计算出样品的有效焦距。

后焦距(BFL)

后焦距是样品最后一个光学表面到后焦点的距离。其测量结合反射和透射两种模式:

第一步在反射模式下测量样品顶点。

第二步在透射模式下确定样品的焦平面,两个测量头位置之间的距离即为后焦距。测量过程中需注意,后焦距较小时存在碰撞风险,需合理控制测量头与样品的距离并正确设置限位开关。

法兰焦距(FFL)

法兰焦距指沿光轴测量,从光学系统(如相机、工业镜头)的镜头安装法兰面(卡口定位端面) 到像方焦平面(感光元件/胶片靶面) 的距离。

       测量同样结合反射和透射模式,首先需使用厚度 d 精确已知的平面平行辅助板确定参考平面:顶部测量头在反射模式下对准辅助板表面聚焦;随后移除辅助板,将样品置于参考平面并切换至透射模式,系统自动对焦至样品焦平面。电子自准仪在两步测量中的位置距离为 m,法兰焦距按公式 FFL=m+d 计算(逆向测量装置中无需考虑辅助板厚度,直接取两个聚焦位置距离)。

调制传递函数(MTF)

调制传递函数用于评估光学系统的成像质量,仅可测量正焦距样品的轴上 MTF。

      测量时以准直光源照射测试结构(单缝视标用于仅子午向 MTF 测量,十字线光栅用于子午向和弧矢向MTF 同时测量),平行光束经聚焦透镜形成汇聚光束,在焦平面成像后通过中继透镜投射至自准直仪的相机传感器。软件通过相机传感器上的狭缝图像确定十字网格的线读取功能,再通过傅里叶分析计算线扩散函数的调制传递函数。

      经验法则为,准直器的焦距应至少为样品焦距的 4 倍。

曲率半径(R)

曲率半径是指光学表面(如透镜曲面、反射镜镜面)的球面的半径。

       曲率半径测量适用于球面透镜表面,采用非接触式反射模式测量,待测镜片表面需朝上(测量双表面时需翻转样品)。对于凸面,选用工作距离比样品曲率半径大 5% 左右的聚焦透镜,自准直仪光线经聚焦透镜聚焦于焦平面,移动自准直仪直至焦点抵达待测表面(分划板图像呈现在相机上并保存位置),继续移动至焦点到达样品曲率中心(光线反射回自准器形成清晰十字线图像),顶点与曲率中心的距离即为曲率半径;对于凹面,需向远离准直器方向移动自准直仪确定曲率中心,可选用较短工作距离的聚焦透镜。

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