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cenyan [实验目的与要求]
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cenyan [透镜像差的观察与测量]
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 =======透镜像差的观察与测量=======
-高性能光学成像系统在军事、科研、医学、民用上有大量应用，如导弹的导引头、光电系统中的热成像装置、天文望远镜、摄像机镜头等。像差是衡量成像质量的一项重要指标。对像差进行测量，可以审核成像系统的设计和制造质量。在物理教学中，像差相关内容较少，学生对这方面问题缺乏理解。因而有必要设计合适的像差实验，加深学生对像差的理解，形成一定的物理图像。
+高性能光学成像系统在军事、科研、医学、民用上有大量应用，如导弹的导引头、光电系统中的热成像装置、天文望远镜、摄像机镜头等。像差是衡量成像质量的一项重要指标。对像差进行测量，可以审核成像系统的设计和制造质量。在物理教学中，像差相关内容较少，学生对这方面问题缺乏理解。因而有必要设计合适的像差实验，加深学生对像差的理解，形成正确的物理图像。
 球差是最基本的几何像差，常见的球差测量方法包括焦面测量法、刀口阴影测量法和哈特曼测量法。
 焦面测量法是基于两组干涉条纹的重合获得各环带光束焦点的位置，在测量时需利用光的干涉现象反复移动CMOS，测量过程反复，距离测量精度对结果影响极大；刀口阴影测量法是利用刀口遮挡光束，基于遮挡位置与阴影图的关系进行球差测量的方法，其中刀口位置与阴影亮暗交替条纹的宽度间定量关系复杂，不便于数值计算；哈特曼测量法是二次截面测量法，巧妙地对光线追迹图进行模拟并进行球差的测量，其操作繁复，测量工作繁重，不利于实验的开展。
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   - 掌握调节光学成像系统的方法。
   - 掌握一种球差的定量测量方法。
-像场弯曲
-像场弯曲起源于透镜成像的基本规律，对于同一透镜，距离远的物体成像近，反之，距离近的物体，成像远。如图4，平面AB的A点离镜头近，成像于A'点；平面AB中的B点，由于离透镜比A点远，因此，B点经透镜成像于B'点。B'点就得比A'点离镜头近。
-因此，垂直于主光轴的物平面上发出的光经透镜成像后，清晰的最佳实像面不是平面而是一个曲面，该曲面被称为佩兹瓦尔曲面，该现象也被称为佩兹瓦尔像场弯曲。
-{{:exp:common:petzval_curvature.png?400|}}
-图4.像场弯曲示意图
 ===== 实验原理 =====
 . [[exp:common:spherical aberration|球差及其测量]]
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 图3. 色差示意图
+像散
+像散（Astigmatism）是一种因为大倾角的窄光束所带来的的单色像差。是5种初阶像差之一。
+由光学系统缺陷所引起，在两个垂直平面中传播的光线聚焦在不同焦点，会观察到两个焦点之间所产生的影像会变得模糊，形成十字的图像。
+解决方案
+（1）.将镜头成像圈覆盖的范围加大，使成像圈中央部分覆盖感光元件。
+（2）.适当缩小镜头光圈
+（3）.专业软件进行后期处理
+———————————Wiki百科
+（因此如何观察到明显的像散现象可从“解决方案”的反方向出发）
 =====实验装置=====
-平行光管一台，待测透镜一个，CMOS相机(1/1.8英寸,130万像素，1280*1024,像素大小5.2μm)一个，光具座一台，遮光板一张，遮光布一块，数据线一条，笔记本电脑一台。
+平行光管一台，待测透镜一个，CMOS探测器(1/1.8英寸,130万像素，1280*1024,像素大小5.2μm)一个，光具座一台，遮光板一张，遮光布一块，数据线一条，笔记本电脑一台。
+{{:exp:common:像差实验装置2.jpg?1000|}}
+图4. 像差实验装置图
+{{:exp:common:像差镜头1.jpg?600|}}
+图5.像差镜头
+{{:exp:common:小孔1.jpg?300|}}
+图6.小孔
-{{:exp:common:图_7_实验装置图.jpg?400|}}
+{{:exp:common:cmos探测器1.jpg?400|}}
-图5. 实验装置图
+图7.CMOS探测器
 =====实验内容=====
-光路调节
+光路调节（建议完成时间小于15分钟）
-打开平行光管电源，选择红光。
+打开平行光管电源，选择红光(其他颜色也可以），先根据肉眼大致调节平行光管处于水平状态并平行于导轨，移除平行光管中的小孔，移动观察屏根据光斑的位置调节平行光管的水平以及平行于导轨。
-安装待测透镜，调节透镜使之与平行光管等高。
+调节透镜和CMOS相机使之与平行光管等高。
-移除平行光管分划板，观察到透镜成像。
+前后移动CMOS相机的位置使得经过透镜的光成像将CMOS相机上。
-调节平行光管各个旋钮，前后移动遮光板，观察光线经透镜的汇聚情况，将平行光管调至水平。
+将小孔插入平行光管，用遮光布盖住成像系统，打开像差全屏观察软件，观察CMOS上的成像。
-安装分划板及CMOS相机，将相机调至与平行光管、透镜等高。
-用遮光布盖住成像系统。打开配套软件，观察到CMOS上的成像。
 调节相机高度，使光斑位于视野中心。若光斑水平偏移较大，调节平行光管旋钮，使平行光管水平移动。
 转动透镜以及CMOS相机，使光斑为圆形。
-观察各种像差包括球差、慧差、像散和场曲现象，研究光线汇聚情况。
+观察各种像差包括球差、慧差、像散和场曲现象（建议先测量球差和像散），研究光线汇聚情况。（建议完成时间小于60分钟）。
-转动CMOS鼓轮，前后移动CMOS，观察不同位置的光斑形状、大小并进行记录（包括画图）。分析光斑形状对应的光线汇聚情况
+转动CMOS鼓轮，前后移动CMOS，观察不同位置的光斑形状、大小，画5张以上的反映光斑特征的图并且加以文字说明。
-测量待测透镜的球差
+测量待测透镜的球差（建议完成时间小于45分钟）。
 .1 <m12>Q_h</m>测量
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 利用[[course:design2:zemax1|Zemax]]软件画出像差的虚拟仿真图（选作）
-======注意事项======
+=====数据处理=====
+  - 画出四种像差的光路原理图，并阐述四种像差的形成机理和特征。
+  - 画图拟合计算球差和不确定度。
+=====注意事项=====
   - 注意保护光学透镜表面，不要用手直接接触到光学透镜表面。
   - 用CMOS采集成像信号时，需将小孔插入到平行光管中，并将曝光时间和增益调到最低，然后再开始逐渐增大。
   - 在CMOS采集成像信号时，注意将遮光布盖住整个光学系统。
+  - 测量顺序建议先定性观察待测球差透镜的球差现象，再定量测量待测球差透镜的球差，然后再依次定性观察像散、慧差、场曲。
 =====参考资料=====