RLE-ME0光学系统像差测量试验-试验讲义要点

光学系统像差测量实验光学系统像差测量实验 RLE-ME01RLE-ME01 版本：版本：20122012 实实 验验 讲讲 义义 发布日期：发布日期：20122012 年年 8 8 月月 前言前言 实际光学系统与理想光学系统成像的差异称为像差。光学系统成 像的差异是《工程光学》课程重要章节，也是教学的难点章节，针对 此知识点的教学实验产品匮乏。 RealLight®开发的像差测量实验采用 专门设计的像差镜头，像差现象清晰；涉及知识点紧贴像差理论的重 点内容，是学生掌握像差理论的非常理想的教学实验系统。 目录目录 1． 光学系统像差的计算机模拟 1.1.引言---------------------------------------------1 1.2.实验目的-----------------------------------------1 1.3.实验原理-----------------------------------------1 1.4.实验仪器-----------------------------------------4 1.5.实验步骤-----------------------------------------4 1.6.思考题-------------------------------------------5 2.平行光管的调节使用及位置色差的测量 2.1.引言---------------------------------------------6 2.2.实验目的-----------------------------------------6 2.3.实验原理-----------------------------------------6 2.4.实验仪器-----------------------------------------7 2.5.实验步骤-----------------------------------------8 2.6.实验数据处理-------------------------------------9 2.7.思考题-------------------------------------------9 3.星点法观测光学系统单色像差 3.1.引言---------------------------------------------10 3.2.实验目的-----------------------------------------10 3.3.实验原理-----------------------------------------10 3.4.实验仪器-----------------------------------------11 3.5.实验步骤----------------------------------------12 3.6.思考题------------------------------------------14 4.阴影法测量光学系统像差与刀口仪原理 4.1.引言--------------------------------------------15 4.2.实验目的----------------------------------------15 4.3.实验原理----------------------------------------15 4.4.实验仪器----------------------------------------16 4.5.实验步骤----------------------------------------16 4.6.思考题------------------------------------------17 5.剪切干涉测量光学系统像差 5.1.引言--------------------------------------------18 5.2.实验目的----------------------------------------18 5.3.实验原理----------------------------------------18 5.4.实验仪器----------------------------------------21 5.5.实验步骤----------------------------------------21 5.6.思考题------------------------------------------26 6.参考文献 RLE-ME01 光学系统像差测量实验 实验实验 1 1光学系统像差的计算机模拟光学系统像差的计算机模拟 1.11.1 引言引言 如果成像系统是理想光学系统，则同一物点发出的所有光线通过系统以后 , 应该聚焦在理想像面上的同一点，且高度同理想像高一致。但实际光学系统成像 不可能完全符合理想， 物点光线通过光学系统后在像空间形成具有复杂几何结构 的像散光束，该像散光束的位置和结构通常用几何像差来描述。 1.21.2 实验目的实验目的 掌握各种几何象差产生的条件及其基本规律， 观察各种象差现象的计算机模 拟效果图。 1.31.3 实验原理实验原理 光学系统所成实际象与理想像的差异称为像差， 只有在近轴区且以单色光所 成像之像才是完善的（此时视场趋近于 0，孔径趋近于0） 。但实际的光学系统均 需对有一定大小的物体以一定的宽光束进行成像， 故此时的像已不具备理想成像 的条件及特性，即像并不完善。可见，象差是由球面本身的特性所决定的，即使 透镜的折射率非常均匀，球面加工的非常完美，像差仍会存在。 几何像差主要有七种：球差、彗差、像散、场曲、畸变、位置色差及倍率色 差。前五种为单色像差，后二种为色差。 a.球差 轴上点发出的同心光束经光学系统后，不再是同心光束，不同入射高度的光 线交光轴于不同位置，相对近轴像点（理想像点）有不同程度的偏离，这种偏离 称为轴向球差，简称球差（ L ） 。如图 1-1 所示。 图 1-1 轴上点球差 b.慧差 彗差是轴外像差之一， 它体现的是轴外物点发出的宽光束经系统成像后的失 淮南师范学院物理与电子信息系 RLE-ME01 光学系统像差测量实验 对称情况，彗差既与孔径相关又与视场相关。 若系统存在较大彗差，则将导致轴 外像点成为彗星状的弥散斑，影响轴外像点的清晰程度。如图 1-2 所示。 图 1-2 慧差 c.像散 像散用偏离光轴较大的物点发出的邻近主光线的细光束经光学系统后， 其子 午焦线与弧矢焦线间的轴向距离表示：   x t  x s x ts 式中，x t ,x s 分别表示子午焦线至理想像面的距离及弧矢焦线?会得到不同形状的 物至理想像面的距离，如图 1-3 所示。 图 1-3 像散 当系统存在像散时，不同的像面位置会得到不同形状的物点像。若光学系统 对直线成像，由于像散的存在其成像质量与直线的方向有关。例如， 若直线在子 午面内其子午像是弥散的，而弧矢像是清晰的； 若直线在弧矢面内，其弧矢像是 弥散的而子午像是