发布时间 : 星期一 文章工程光学实验(1) (1)更新完毕开始阅读70cd656ac8d376eeafaa318a
杆的读数X1。此时将光源换为红色(690nm)LED，可看见视场图案如图3-5c所示，相机靶面上呈现一个弥散斑，弥散斑与汇聚点的半径差即是透镜的倍率色差。
调节平移台，使CMOS相机向远离被测镜头方向移动，又可观测到一个会聚的亮点，如图3-5d所示，记下此时平移台上螺旋丝杆的读数X2。
图5-2-5
（5）位置色差 ΔX=
X2X1-
（6）倍率色差 使用红光LED，调整CMOS的位置使其聚焦，如图1-6d，在不改变其他器件的基础上更换蓝光LED，此时在CMOS上可以看到一光环，说明蓝光的聚焦位置不在此处，通过相机测量倍率色差。
点击“停止”使CMOS停止采集，用鼠标分别点击光环直径的左右位置可以获得像素坐标（a.b）和（a.c）,直径占据的像素值是c-b，
那么，倍率色差=5.2*（c-b）微米，注：CMOS单个像素大小为5.2微米。 思考题
引起位置色差的根本原因？ 5.3 球差、慧差、像散的星点法观测实验 1 球差的测量
（1）参考示意图5-3-1，搭建观测轴上光线球差的实验装置，光源任选，此处用红色LED。
图5-3-1 球差观测实验光路
（2）调节各个光学元件与CMOS相机靶面同轴，沿光轴方向前后移动CMOS相机，找到通过被测透镜后星点像中心光最强的位置。前后轻微移动CMOS相机，观测星点像的变化，可看到球差的现象。效果图可参考图5-3-2。
26
图5-3-2 球差效果图
选用最小环带光阑，移动CMOS相机找到汇聚点，读取平移台丝杆读数X1；换为最大环带光阑，相机靶面上呈现弥散斑，弥散斑与汇聚点的半径差即是透镜垂轴球差。移动相机再次寻找汇聚点，读取平移台读数X2。
数据处理：
计算透镜对红色光源的轴向球差：ΔX=X2-X1 2慧差的观察与像散测量
（1） 参考示意图5-3-3，搭建观测轴外光线慧差和像散的实验装置。
图5-3-3 轴外光线像差星点法观测示意图
（2）先按照图5-3-3，调节各个光学元件与CMOS相机靶面同轴，沿光轴方向前后移动CMOS相机，找到通过透镜后，星点像中心光最强的位置。
轻微调节使透镜与光轴成一定夹角，转动透镜，观测CMOS相机中星点像的变化即慧差。效果图可参考图5-3-4（a）。
将透镜微转一个角度固定，调节相机下面的平移台，分别找到子午焦线与弧矢焦线的位置，计算两个位置的距离，即透镜的像散。效果参考图5-3-4（b）。
在轴向改变平移台可以调整COMS相机的前后位置，可以在CMOS上观察到子午聚焦面和弧失聚焦面，分别读取平移台的示数X1和X2，那么，透镜像散=X2-X1.
27
(a) 慧差效果示意图
（b）像散效果示意图
图5-3-4 轴外慧差、像散效果图
思考题
1什么是星点检验法？
28
实验6 刀口阴影法原理及阴影法测量光学系统像差实验
引言
刀口阴影法可灵敏地判别会聚球面波前的完善程度。物镜存在的几何像差使得不同区域的光线成到像空间不同位置上。刀口在像面附近切割成像光束，即可看到具有特定形状的阴影图；另一方面，物镜的几何像差对应着出瞳处的一定波像差，并由此可求得刀口图方程及其相应的阴影图。反之，由阴影图也可检测典型几何像差。刀口阴影法所需设备简单，检测法方便、直观，故非常有实用价值。 实验目的
熟悉刀口阴影法检测几何像差原理 掌握球差的阴影图特征 利用图像处理方法测量轴向球差 基本原理
对于理想成像系统, 成像光束经过系统后的波面是理想球面(如图6-1所示) , 所有光线都会聚于球心O。此时用不透明的锋利刀口以垂直于图面的方向向切割该成像光束, 当刀口正好位于光束会聚点O 点处(位置N2) 时, 则原本均照亮的视场合变暗一些, 但整个视场仍然是均匀的(阴影图M2)。如果刀口位于光束交点之前(位置N1) , 则视场中与刀口相对系统轴线方向相同的一侧视场出现阴影, 相反的方向仍为亮视场(阴影图M1)。当刀口位于光束交点之后(位置N3) , 则视场中与刀口相对系统轴线方向相反的一侧视场出现阴影, 相同的方向仍为亮视场(阴影图M3)。
图6-1 理想系统刀口阴影图
实际光学系统由于存在球差, 成像光束经过系统后不再会聚于轴上同一点。此时, 如果用刀口切割成像光束, 根据系统球差的不同情况, 视场中会出现不同的图案形状。图6-2中(a)和(b)图为球差校正不足和球差校正过度的情况, 相当于单片正透镜和单片负透镜球差情况。这两种情况在设计和加工质量良好的光学系统中一般极少见到, 除非是把有的镜片装反了, 检验时把整个光学镜头装反了, 或是系统中某个光学间隔严重超差所致。(c) 和(d)图所示为实际光学系统中常见的带球差情况。
利用刀口阴影法对系统轴向球差进行测量就是要判断出与视场图案中亮2暗环带
29