光學(xué)儀器分辨率

光學(xué)儀器分辨率是指光學(xué)儀器在測量圖像中投影的距離或位置的大小。分辨率的單位是厘米或毫米級（單位為毫米),與被測物體表面的大小有關(guān)。分辨率以米為單位地表示。其主要內(nèi)容有像素點(diǎn)(lndc)、像素點(diǎn)(lndk)、視角(lndc)等。

光學(xué)儀器分辨率

分辨率是測量物體表面大小的一個(gè)重要參數(shù)，它與物體表面的大小成正比。光學(xué)儀器測量物體表面尺寸時(shí)，往往用分辨率來表示物體表面的大小，從而得到物體不同的大小。例如，一架照相機(jī)用一張紙來代替玻璃來進(jìn)行成像。如果紙張上的紙都不一樣長或是寬。那么測量物體表面尺寸時(shí)，就會(huì)用到這個(gè)參數(shù)。用厘米或者毫米來表示物體的尺寸時(shí)，會(huì)用到分辨率這個(gè)參數(shù)。

光學(xué)儀器分辨率

1、測量物表面大小時(shí)，必須首先要明確，其大小不是精確的數(shù)字，而是一種近似數(shù)值。

這就要求用分辨率來進(jìn)行控制，精度要高于0.01毫米，而不能高于0.0001毫米。這樣才能保證測量的結(jié)果準(zhǔn)確無誤。所以分辨率一般是指測量物表面大小時(shí)的誤差值。

2、通常，測量物表面的大小時(shí)，所用的數(shù)據(jù)越精確越好，但所要用到的數(shù)據(jù)越小，所以，用單位毫米來表示時(shí)就必須使用厘米級。

例如，在用厘米級來測量時(shí)，需要用到毫米來表示，因?yàn)楹撩诇y量的是標(biāo)準(zhǔn)長度，而厘米級測量則是按照毫米計(jì)算的精度來計(jì)算。而在用厘米來計(jì)算時(shí)，為了保證測量結(jié)果的可靠性，必須以毫米來進(jìn)行計(jì)算。用毫米表示的時(shí)候，是以毫米作為單位“厘米”來計(jì)算。而用厘米級表示時(shí)，則要用厘米來計(jì)算。

3、如用厘米(mm)表示物體的尺寸時(shí)，在一個(gè)小物體上的測量值不一定是厘米(mm),而是厘米(mm)表示。

因此，在一張白紙上，在一張紙上成像的距離就是在厘米。測量厘米(mm)與其面積的比值就是厘米(mm)之間的距離。例如，在玻璃容器上用厘米來表示，玻璃容器長20厘米，直徑25厘米。那么就可以用每平方米玻璃容器所用的寬度作為該容器高度。

分辨率是物體投影的距離或位置的大小，是一個(gè)具有一定參數(shù)的量，其大小與分辨率有關(guān)。分辨率不同，投影的距離或位置大小也不同，因此，測量時(shí)要注意保持影像的完整性和準(zhǔn)確度。由于分辨率的測量是通過測量被測物的位置或距離來實(shí)現(xiàn)的，因此必須準(zhǔn)確地計(jì)算被測物的空間位置或距離大小才能得到正確客觀的測量結(jié)果，因此在計(jì)算時(shí)必須嚴(yán)格地遵循正確的測量要求。否則，會(huì)導(dǎo)致測量結(jié)果的錯(cuò)誤。為了確保準(zhǔn)確地測量要求，測量前必須了解被測物的位置大小、空間位置等有關(guān)信息。

1、要求被測物的形狀符合測量要求，以便于準(zhǔn)確地計(jì)算其距離。

測量中，必須確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，否則會(huì)導(dǎo)致測量結(jié)果的不準(zhǔn)確。同時(shí)，還必須保證被測物之間有一定的距離以便于計(jì)算。例如，為了計(jì)算被測物外表面間的距離，需要用 X射線衍射光譜儀來測量。

2、對于直徑較小，空間很小的零件來說，應(yīng)該使用中心距不變（一般為中心距不變）來確定，以保證其空間誤差最小。

例如，測得孔的中心距為0.8 mm,中心距為0.35 mm,則孔的中心距為：其中: a.b. m.

3、對于直徑較大的零件來說，為了保證誤差最小化，必須采用適當(dāng)?shù)闹行木嗖蛔兎椒▉泶_定其體積和投影位置，從而保證其空間誤差最小化；

光學(xué)儀器分辨率

在直徑較小的零件中，通常采用中心距不變方法，即在測量前，將被測量物的中心距根據(jù)測量區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蠡蚩s小，從而使誤差最小化或接近于零。對于直徑較大的零件，如果在實(shí)際測量中采用中心距不變方法時(shí)，中心距不變方法通常有兩種:(1)中心距在固定位置直接加減數(shù)倍;(2)中心距在變化位置加減數(shù)倍。常用常用方法有：中心距不變（中心距隨尺度變而變化）方法、中心距不變（中心距隨幾何尺寸變而變化）方法以及中心距不變（中心距隨幾何尺寸變而變化）方法（如前三種方法之一）。

4、在實(shí)際操作中，由于光學(xué)儀器通常采用最小可變倍率（一倍）來記錄分辨率，因此使用最小可變倍率需要嚴(yán)格地遵守一般測量要求，即在對已知被測物尺寸的尺寸范圍內(nèi)進(jìn)行測量時(shí)，被測物必須保持完好。

在測量工作完成后，必須檢查被測物是否損壞，則需要更換測量儀器，重新進(jìn)行測量。對于被測物已損壞或者不能保持完整的情況下，只能進(jìn)行小幅、小型化和高分辨率等高精度分辨率的測量。另外，需要注意的是，測量精度不同，則也會(huì)導(dǎo)致分辨率不同，如在尺寸為1000 mm×1000 mm的儀器上，測量精度通常要求為±0.01 mm;在尺寸為10000 mm×1000 mm的儀器上，測量精度要求為±0.01 mm;而對于尺寸為5000 mm×1000 mm的光學(xué)儀器，則測量精度通常要求為±0.01 mm。

5、為了保證測量結(jié)果正確，還必須保持被測物與光學(xué)儀器之間、與零件之間或被測物與傳感器附近等一系列測量表面的完整無損和準(zhǔn)確度。

在光學(xué)測量中，被測物被分別測量，如果被測物各部分之間沒有互相重合，光學(xué)儀器與被測物間、零件之間或傳感器附近就會(huì)產(chǎn)生較大誤差，不能保證整個(gè)光學(xué)儀器和被測物之間無相互重合現(xiàn)象。為了避免這種情況，測量時(shí)一定要盡量避免光學(xué)儀器與被測物之間發(fā)生重合現(xiàn)象。當(dāng)光學(xué)儀器中安裝有某種傳感器時(shí)，傳感器周圍必須保證整個(gè)傳感器具有足夠的準(zhǔn)確度。例如，當(dāng)被測物與傳感器附近有相互重合現(xiàn)象時(shí)就必須保持一定距離才能確保對整個(gè)光學(xué)儀器和被測物之間沒有相互重合現(xiàn)象，才能保證整個(gè)光學(xué)儀器與被測物之間無相互碰撞和不能重合現(xiàn)象。通常情況下，對于同一鏡片上不同位置的多個(gè)區(qū)域都應(yīng)測量同一個(gè)光學(xué)儀器，并且要盡量使每個(gè)區(qū)域內(nèi)每一個(gè)區(qū)域都有一個(gè)不同位置（通常指在被測物與傳感器間）的重復(fù)位置（即每個(gè)被測物與傳感器附近有多個(gè)重復(fù)區(qū)域）。

光學(xué)儀器的分辨率，在單位時(shí)間內(nèi)的分辨率越高。在不影響光學(xué)測量結(jié)果的前提下，選擇合適的分辨率能夠提高光學(xué)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和高效性。一般光學(xué)儀器的分辨率可分為高寬、中等、低等。高寬是指儀器的分辨率小于0.7微米；低寬是指儀器的分辨率小于1微米；中等和低寬是指儀器的分辨率與儀器的測量精度成正比；低矮和矮寬是指儀器的分辨率與儀器的測量精度成反比；高矮和矮寬通常用“高寬”來表示。其中：“高寬”是指較高和較矮之間的差值；“中等”是指儀器最大分辨率為0.7微米；“低”是指儀器最小分辨率為0.75微米；“中”是指儀器最大分辨率為0.75微米；“低矮”是指儀器最大分辨率為0.75微米；“低矮”是指儀器最小分辨率為0.75微米。

1、選擇適合自己產(chǎn)品的分辨率。

為了便于人們更好地了解儀器的分辨率，我們還應(yīng)對儀器的分辨率進(jìn)行一個(gè)估算，即把儀器的最小像素與其最高分辨率相比較，如果二者相差過大，那么儀器分辨率就應(yīng)大于其最高分辨率，反之儀器分辨率應(yīng)小于其最低分辨率，以確保儀器分辨率滿足所要求的精度。比如，某一分度尺上所顯示為100 mm時(shí)，其最小像素點(diǎn)小于100,則可認(rèn)為這款分度尺是適合于生產(chǎn)要求的分度尺。如果將100 mm換算成100×100,則儀器分辨率將等于100×100=720 mm。這樣，每一種分度尺上所顯示的分度量值與其最終精度相比較都會(huì)減少1/3。因此在選擇儀器分辨率時(shí)要注意分度筆與分度尺這兩個(gè)工具對儀器分辨率指標(biāo)值的確定影響很大。

2、儀器在不同場合中，采用何種分辨率會(huì)有所不同。

不同的分辨率會(huì)產(chǎn)生不同的測量結(jié)果，因而需要用不同的測量手段對被測物進(jìn)行測量。例如，對于高寬分辨率，通常會(huì)選用反射面高的儀器。在顯微鏡的應(yīng)用中，如果一支光學(xué)顯微鏡是按照一定比例安裝在圓筒內(nèi)，那么其分辨率一般都會(huì)較高。如果一支光學(xué)顯微鏡是用反射面為小部分并且位于圓筒內(nèi)的一組透鏡組成，那么其反射分辨率一般都不會(huì)很高，那么采用光學(xué)顯微鏡一定不會(huì)有較大的問題出現(xiàn)。

3、不同的測量場合，需不同的分析計(jì)算和技術(shù)要求。

在光學(xué)測量中，所需的分辨率與儀器實(shí)際尺寸，如精度，所需光路，照明，鍍膜等因素有關(guān)。而實(shí)際工程中，常需要較高的測量精度和較低的儀器及鍍膜等因素控制成本而使用較低的分辨率，例如在精密零件的檢測中，為了得到更好的光學(xué)結(jié)果所采用的各種分辨率值也會(huì)相應(yīng)變化。光學(xué)儀器的分辨率在光學(xué)測量中經(jīng)常是與光學(xué)性能、被測物體的大小以及被測物對衍射光譜和光路性能不同等因素有關(guān)，因此不能簡單地將分辨率定為高寬值、低寬值。在光學(xué)加工過程中通常是先在工件上鍍上一層金屬再進(jìn)行加工，在加工過程中，金屬表面容易形成各種非球面等形狀。這種情況下就需要在測量過程中采用高、低分辨率以及不同分辨率之間互相轉(zhuǎn)換等方式進(jìn)行分析計(jì)算并最終確定測量結(jié)果。此外對同一加工要求進(jìn)行多次測量時(shí)，還需按照一定比例計(jì)算和分配透鏡位置上反射光與被測物體的距離等因素來確定分辨率值。

4、同一測量設(shè)備可進(jìn)行多種分辨率的對比，以獲取更精確的數(shù)據(jù)。

例如，在高速檢測中，可以使用標(biāo)準(zhǔn)分辨率、高速分辨率和超高速像素來進(jìn)行數(shù)據(jù)對比。在測量小尺寸時(shí)，可使用標(biāo)準(zhǔn)分辨率和超高速分辨率進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，同時(shí)也可采用不同分辨率進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，以獲取更精確的數(shù)據(jù)。也可利用多色成像傳感器、掃描透鏡、旋轉(zhuǎn)放大光圈(OFF)和高分辨率目鏡、光路控制(SDI)、高質(zhì)量圖像處理技術(shù)等多種技術(shù)手段來獲得更精確的數(shù)據(jù)。為了獲得更精確的結(jié)果，可以利用多色成像傳感器或掃描透鏡、光學(xué)傳感器及其他精密光源的組合功能來實(shí)現(xiàn)。例如，可以使用多色光感器或掃描透鏡、多光源組合光學(xué)傳感系統(tǒng)等來實(shí)現(xiàn)精確、高分辨率檢測，提高檢測質(zhì)量，進(jìn)而提高檢測設(shè)備在加工領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。

5、選擇檢測技術(shù)要求高的光學(xué)測試方法或采用具有較高精密水平、高精度性能及良好操控性的光學(xué)檢測設(shè)備。

這些光學(xué)測試儀的分辨率主要有高寬和中等分辨率。所謂高寬就是指對同一材料的測量結(jié)果，通過對同一測量尺寸、不同角度的多個(gè)測試儀進(jìn)行計(jì)算得到。所謂中等就是指測試一種材質(zhì)時(shí)，在相同條件下，測試所獲得的數(shù)據(jù)差異不大；而選擇與之相對應(yīng)的測試儀進(jìn)行比較時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)其測量結(jié)果出現(xiàn)明顯差別。此外，測量精度還取決于所選擇測量設(shè)備與被測材料表面間的相對位置關(guān)系。

使用儀器測量分辨率，可采用照度計(jì)、目鏡、經(jīng)緯儀等來實(shí)現(xiàn)。照度計(jì)或目鏡可以用來確定測量光反射率，并可以計(jì)算光傳播速度；而經(jīng)緯儀是利用反射鏡來測量光的傳播速度的，但它必須有光學(xué)儀器的精密部件來進(jìn)行光學(xué)測量。目前，測量分辨率的方法很多，主要有衍射法、光學(xué)折射法和量測法等。

1、衍射法

衍射法是根據(jù)光譜分析的原理，利用化學(xué)分析的方法測定光在不同光源和物體表面的反射率，然后根據(jù)光譜分析進(jìn)行計(jì)算的一種光學(xué)方法。在光學(xué)儀器中，它可以同時(shí)適用于不同波長和介質(zhì)條件下的透射成像效率等指標(biāo)。比如，在光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和各種透鏡中均可應(yīng)用衍射法。衍射法具有簡便、可靠、可重復(fù)、精度高等特點(diǎn)，在光學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。通常根據(jù)光譜分析，可以確定出不同介質(zhì)條件下衍射的大小，即在不同波長和介質(zhì)條件下，衍射值與光譜分析值之間存在著較大差異。而通過改變衍射物的顏色、純度和亮度來進(jìn)行光譜分析也是一種較好的方法。

2、光學(xué)折射器法

光學(xué)折射器法是用來分析光在不同介質(zhì)中的折射率的方法，由于介質(zhì)材料的種類不同，折射率率又不同，因而很難確定介質(zhì)與儀器間的分辨率。在光學(xué)儀器中，為了便于直接計(jì)算某一光路、角度的相對位置或角度誤差，一般使用波長作為折射器來測距。但由于波長單位很多，對于一個(gè)透鏡來說可能有多種形狀，因此要確定一個(gè)光路方向上的光折射器，就必須用波長單位來表示，即需要用到光學(xué)折射器，而由于光學(xué)折射器是通過觀察鏡面中心和光軸上平面在波面上的折射率來確定鏡面中心和光軸之間最大干涉角度和最小干涉角度，因此可以用相應(yīng)類型的光學(xué)折射器進(jìn)行間接地推算分辨率值。

3、透射倍率法

透射倍率法是測量透射率、鏡面屈光度之間關(guān)系的一種方法。它要求透射率不變，但是透射倍率不變，即透射率為（光程值)/(透射率)/(視程),其中光程值比值是關(guān)系式：

4、量測法

測量分辨率，常用的方法有測量光柵分辨率和量測光學(xué)元件尺寸分辨率。根據(jù)光的傳播規(guī)律，量測可以分為三種：一是在光學(xué)元件尺寸不變情況下利用量測光學(xué)元件尺寸分辨率。二是當(dāng)某種光學(xué)元件尺寸發(fā)生變化，量測光學(xué)元件尺寸分辨率也隨之變化。目前一般使用的量測光學(xué)元件尺寸分辨率主要是用 Re （光柵）、 S （棱鏡）、 E （波長）、 G （視場）等參數(shù)來進(jìn)行測量。

5、棱鏡法

棱鏡法是將衍射光的棱鏡光路從衍射點(diǎn)直接穿過，并測量其透射率，再根據(jù)測量透射率除以光路直徑求得棱鏡光路的最大反射率 M.棱鏡是光學(xué)儀器測量分辨率中的關(guān)鍵儀器之一。棱鏡能透過一個(gè)相當(dāng)于一個(gè)直徑的圓環(huán)，反射光首先經(jīng)過一塊小的光斑，然后又經(jīng)過圓環(huán)沿圓周方向射出，在每個(gè)圓環(huán)中，反射光光路從兩個(gè)棱鏡中分次通過，即為反射光的最大反射率 M.棱鏡是用來確定衍射光路大小以及透射率與棱鏡表面光路間差異來計(jì)算光學(xué)精度的儀器，它有許多種型號，其工作原理是在一組圓環(huán)中設(shè)置不同數(shù)目的棱鏡鏡筒，通過棱鏡反射光和折射光，通過兩個(gè)棱鏡透射光分別從兩個(gè)棱鏡鏡筒中通過時(shí)要比從兩個(gè)棱鏡折射光先通過一個(gè)棱鏡后通過就能得到該反射光光路和棱鏡鏡筒上所設(shè)置光波長之比，而將該光學(xué)單位作為參數(shù)輸入軟件中后就可以得到所需光路大小了.然后經(jīng)過對該光路進(jìn)行放大測量后計(jì)算出光學(xué)精度即為棱鏡的光學(xué)精度。棱鏡法雖然也是一種有效地提高檢測精度為目的的方法，但它是一比兩反射法具有更高效率和更精確性，因此在實(shí)際應(yīng)用中已逐漸被淘汰。