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exp:common:tjxc [2021/10/28 12:37] cenyan |
exp:common:tjxc [2022/03/28 20:36] (当前版本) 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======= | =======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。 | 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。 | 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。 | ||
| 行 74: | 行 74: | ||
| （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） | （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===== | =====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:图_7_实验装置图.jpg?400|}} | + | {{:exp:common:像差实验装置2.jpg?1000|}} |
| - | 图5. 实验装置图 | + | 图4. 像差实验装置图 |
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| + | {{:exp:common:像差镜头1.jpg?600|}} | ||
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| + | 图5.像差镜头 | ||
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| + | {{:exp:common:小孔1.jpg?300|}} | ||
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| + | 图6.小孔 | ||
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| + | {{:exp:common:cmos探测器1.jpg?400|}} | ||
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| + | 图7.CMOS探测器 | ||
| =====实验内容===== | =====实验内容===== | ||
| 1 光路调节（建议完成时间小于15分钟） | 1 光路调节（建议完成时间小于15分钟） | ||
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| 2 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）。 | 2 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。 |
| 3 测量待测透镜的球差（建议完成时间小于45分钟）。 | 3 测量待测透镜的球差（建议完成时间小于45分钟）。 | ||
| 行 151: | 行 163: | ||
| - 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。 | - 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。 | - 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===== | =====参考资料===== | ||