RLE-ME01-光学系统像差测量实验-实验讲义

光学系统像差测量实验RLE-ME01实际检查故事义理版本：2012发布日期：2012年8月序言实际光学系统和理想光学系统成像的区别称为像差。光学系统成像的区别在于，它是工程光学课程的重要章节，也是教育的难点，缺乏关于这个知识点的教育实验产品。RealLight开发的像差测量实验用像差透镜特殊设计，像差现象明显。论述知识点贴近像差理论的核心内容是学生掌握像差理论的非常理想的教育实验系统。目录1.光学系统像差的计算机模拟1.1 .简介-11.2 .实验目的-11.3 .实验原理-11.4 .实验仪器-41.5 .实验阶段-41.6 .考试问题-52.平行光管的调整和使用及位置色差测量2.1 .简介-62.2 .实验的目的-62.3 .实验原理-62.4 .实验仪器-72.5 .实验阶段-82.6 .实验数据处理-92.7 .考试问题-9观察光学系统单色像差的星点法3.1 .简介-103.2 .实验目的-103.3 .实验原理-103.4 .实验仪器-113.5 .实验阶段-123.6 .考试问题-14影子法测量光学系统像差和刀口原理4.1 .简介-154.2 .实验的目的-154.3 .实验原理-154.4 .实验仪器-164.5 .实验阶段-164.6 .考试问题-175.光学系统像差的剪切干涉测量5.1 .简介-185.2 .实验的目的-185.3 .实验原理-185.4 .实验仪器-215.5 .实验阶段-215.6 .考试问题-266.参考文献实验1光学系统像差的计算机模拟1.1简介如果成像系统是理想的光学系统，那么当同一点发出的所有光通过系统时，必须聚焦在理想图像面的同一点上，并想象在同一高度。但是，实际光学系统成像不能很理想。物体射线通过光学系统后，在空间中形成具有复杂几何结构的散光射线，这种漫反射光束的位置和结构通常用几何级数描述。1.2实验目的掌握各种几何级数引起的条件及其基本规律，观察各种非差分现象的计算机模拟效果。1.3实验原理光学系统制作的实际图像和理想图像的差异称为像差，只有在近轴区域用单色光拍摄的图像才是完美的(此时视野接近于0，光圈接近于0)。但是实际上，光学系统需要用一定大小的物体拍摄一定的光束，所以现在的图像不是理想成像的条件或特性，即图像不完美。非差是由透镜的折射率非常均匀，球体也完全处理好，像差仍存在的球体本身的特性决定的。几何像差主要有球差、彗星差、散光、长谷、畸变、位置色差、倍率色差等7种。前五个是单色像差，另外两个是色差。A.球差从轴上的点发出的同心光线不再是通过光学系统发出的同心光线，不同入射高度的光线相交轴位于不同的位置，与近轴图像点(理想图像点)存在不同程度的偏差，这种偏差称为轴向像差，这称为球差()。图1-1所示。图1-1轴的补偿差异B.惠茶彗星车是轴的外部像差之一，轴的外部点发出的宽射线通过系统成像后显示不对称，彗星车与光圈和视野都相关。如果系统有大的昏迷差异，轴外部图像点将成为彗星形状的扩散斑点，影响轴外部图像点的清晰度。图1-2所示。图1-2 hui差异C.散光卵像是从远离光轴的四物点发出的主光线和相邻的微光束通过宽系统后，子午线焦散和弧形焦散之间的轴距离表示的。在中，分别表示从子午线焦距线到理想图像的距离和圆弧矢量线。获得从不同形状的物质到理想图像的距离，如图1-3所示。图1-3散光系统中的随机图像会在不同的图像位置创建不同形状的点图像。因为光学系统在直线成像的情况下，兰象具有与直线方向相关的成像质量。例如，如果直线看起来在子午线内扩散，则弧向量是明确的。如果直线在弧面内，则该弧面是分散的，子午线是清澈的。如果线不在子午线内或弧向量内，则子午线和弧向量均不明确，这将影响轴外部影像点的影像清晰度。D.长谷垂直光轴的四物面构成曲面的像差称为长谷。图1-4所示。子午线微梁的相交在光轴方向到高斯图像面的距离称为微梁的子午线场曲。弧矢量微梁的相交沿光轴方向到高斯图像面的距离称为微梁的弧矢量曲。而且，即使兰相消失(即子午线面与圆弧形面重合)，长谷也存在(就像面是曲线一样)。长谷是视野的函数，随着视野的变化而变化。如果系统中有较大的场曲，则不能同时使较大的平面清晰，锐化边缘会使中心模糊，反之亦然。图1-4首歌E.扭曲扭曲表示主光线通过光学系统后与高斯图像的相交高度不同于想象的主光线的数量差，如图1-5所示。根据扭曲的定义，扭曲显示为垂直轴差，仅更改理想图像面上轴外部点的图像位置，从而扭曲图像的外观，但不影响图像的清晰度。图1-5失真1.4实验仪器计算机主机和显示器集、像差模拟软件1.5实验阶段1在软件光盘上找到文件夹。2将此文件夹复制到计算机的本地硬盘上。从3文件夹中运行文件。4右键单击选择需要模拟的像差现象图。效果如下：图1-6-第一球车模拟图1-6-第二球车模拟图1-6-3散光模拟图图1-6像差模拟图1.6考试问题A.字段的特征是什么，与散光有什么关系？答：场引起曲面弯曲，场与光圈无关，只是视野的函数，当视野为零时，生长曲不存在。卵像是由长谷引起的，当子午线微束交点与圆弧矢量微束交点重合时，不存在卵像极。实验2平行光管调整的使用和位置色差的测量2.1简介远光源管是一种长焦距、大口径、质量好的仪器，结合前镜或测量显微镜，可用于观察和瞄准无限远的目标，可用于光学元件、光学系统的光学常数测量、图像质量的评估和检测。2.2实验目的A.理解平行光管的结构和工作原理B.掌握如何使用平行光管道C.了解色差的生成原理D.学习用平行光管测量球差透镜的色差2.3基本原理根据几何光学原理，无限远的物体通过透镜后，成像在焦平面上；相反，镜头焦平面发出的光通过镜头时，会变成一个远光源。将对象放在镜头的焦平面上，以无限距离成像。图2-1是平行光管道的结构图。由设置的玻璃组成，用于均匀地照亮物镜和物镜焦点平面上的分割板、灯具和分割板。由于分划放置在物镜的焦平面上，所以分划各点发出的光通过透镜时，就成为光的平行光线。此外，由于分子板上有根据需要雕刻的分子线或图案，所以这些图案会在无限远的地方成像。这样，对观察者来说，馏分又等于无限远的目标。图2-1平行光管道的原理图根据平行光管的要求，分色会刻上各种图案。图2-2是一些典型的分割板模式。图2-2(a)是一种刻有十字光标的分划，常用于仪器光轴校准。图2-2 (b)是角度测量常用的角度分割板。图2-2 (c)是中间有小孔的馏分，也称为星点。图2-2 (d)是用于检查光学系统成像质量的识别速度板。鉴别板的图案有很多种，这只是其中之一。图2-2 (e)是具有均匀间隔的一系列线的分割板，通常称为玻璃板，用于测量镜头焦距的平行光源。图2-不同形式的2分色光材料对不同波长的颜色光有不同的折射率，因此同一光圈中不同颜色光的光经过光学系统后将与光轴有不同的交点。光圈不同的各种颜色的光线和光轴的交集也不相同。图2-3所示，在任何图像位置，事物点都像彩色漫反射斑点。各种颜色光之间的影像位置和影像大小的差异称为色差。图2-3轴上的点颜色差异轴上的点的两种颜色映射位置的差异称为位置颜色差异或轴颜色差异。视觉光学系统显示为f光(486nm)和c光(656nm)的色差(2-1)对傍轴表示为(2-2)根据定义，位置颜色差异在近轴区域生成。为了计算色差，只要计算f光和c光的近轴光路径，就可以求出系统的近轴色差和远轴色差。2.4实验仪器平行光管、球差镜头、CMOS相机、电脑、机器调整框等。图2-4位置色差测量实验组装图注意：1，安装CMOS相机时，根据螺距区分英制和公制螺纹孔，如果需要使用英制1/4-20螺纹孔连接CMOS，请使用英制-公制螺纹连接器，如下图所示。英制-公制螺纹线图2-5 CMOS摄像头安装图2.5实验阶段根据一位置色差测量实验装配图安装所有设备。2像差实验中使用的星点只有15m，在更明亮的环境下，平行光管不能用肉眼发光。要验证平行光源是否连接正确，请直接可视化平行光管道排放口检查。如果来自三向光源管道的光线弱，实验时请关闭室内灯光，并使用遮光窗帘。4根据CMOS摄像头的用户指南安装CMOS摄像头的驱动程序和收集程序。5打开照相机收集程序，使用连续收集模式。如果显示图像的亮度太高，则照相机的增量值和快门速度相应降低。打开6向光管电源盒开关，将亮度调节手柄调整到最大值。拨开平行光管后端4文件拨号开关(开关控制顺序关闭-红-绿-蓝)，打开红灯。7调整摄影机沿着导向方向移动，调整CMOS摄影机目标面，使其与测量的镜头后的焦点相匹配。现在，您可以在计算机屏幕上看到要测试的镜头焦点变亮了。调整八向光管照明的亮度，使亮点的亮度低于饱和值。现在，微调要测试的镜头下的移动台，以使散焦最小化和锐化。此时，要测量的镜头的焦点被认为与CMOS目标面一致。此时，记录转换工作站千分之二读取值。转换九向光源管光源颜色。使用千分尺测试的镜头和CMOS相机之间的距离，焦点强调最小且最清晰。单独记录此时的千分之一读取值。根据10公式测量正在测量的镜头的位置色差值。2.6实验数据处理位置颜色差异数据表如下所示：2.7考试问题A.位置色差的根本原因？答：不同的波长对