当前位置:首页 > 百科

物镜象差实验

物镜象八紧使量准倒析差实验是利用对非相干照明物体或自发光物体, 成像光学系统的作用是把物面上的光强分布转换为像面上的光强分布来试验的方法。

  • 中文名称 物镜象差实验
  • 利用 对非相干照明物体或自发光物体
  • 作用 面上光强分布为像面上光强分布
  • 目的 星点法

验目的

  1.了解和熟悉检验物像差的一般性方法--星点法。

  2.了解以CCD摄像头为主要元件搭建的光电图像采来自集系统的组成、性能指标、工作原理和一般调整方法。

  3.观察通过各种物镜后所成的数字化星点图像,分析几何像差对成像的影响,定性判断物镜像差的360百科性质和大小,加深对像差理论的理解。

实验用仪器和设备

  光具座一台、被检物具罗方北衡尽金轻二镜若干、星点板、分辨率板(用于辅助光路的调整)、数字图像采集和显示系统(包括CCD摄像头、图像采集卡和个人电脑)

实验原理

  来自对非相干照明物体或自发光物体, 成像光学系统的作用是把物面说机尽切府缩区资般上的光强分布转换为像面上的光强分布。由于衍射、像差和各种工艺疵病字回等原因,物像分布不可能完全一致。为了评定系统的成像质量,并为改善像质提供必要的信息,通常选用星点(发光点)作为代表性的物体360百科,通过描述它的像的全部特征来反映系统的像质。

  由于任意物的分布都可以看成酒见黑排调报棉军半祖欢是无数个具有不同强度哥矿活静许洲死研的、独立的发光点的集合;任意物的像就是这无数个星点像的集合者装怎。因此,星点像的光强分布函数就决定了该系统的成像质量。另外星点像的光强分布比较易于描述,所以星点检验法是检验成像光学系统质量时最基本、最简单的一种方法。

  传统的星点检测方法是:光源通过聚光镜照亮位于平行光管焦面的星点板小孔,从平行光管出射的平行光经待测物镜,在其焦面上成像,然后用目镜(测量显微镜)对所成的像进行观察。

  随着CCD和计算机技术的发展,光学图像数字化已成为必然的趋势。用计算机采集星点图像,不但能够减轻人眼观察的疲劳,而且可以同时再现焦前、焦面和焦后的星点图像,便于比较、判断像差的性质和大小,也有利于学生全面理解和掌握像差理论。改进后的系统如图1所示。

  在原星点观察系统的显微镜后放置C去钱止CD摄像头,摄像头接计算机中的图像采集卡,经模-数变换后,在计算机的显示器上显示图像。图像可单帧采集也可实时采集。为了方便采集某一种像差对应的焦前、焦后、焦面的图像,让摄像头与观察显微镜同时移动。实验中可将观察显微镜的许清复补目镜和摄像头的物镜部分同的特露还短受等改成刚时拆下,使用专门设计的一个接口,连接观察显微镜的目镜筒和摄像头的成像CCD。观察显微镜的物镜倍火倒城额留数可调,一般选2.5倍,图像大小合适。

星点衍射图像分析

  为了能够根据星点像的形状、特征对被检系统的疵病做出正确的"诊断",除了要求掌握星点检验的基本原理,正确选

  择合适检验仪器外,还要有丰富的实践经验。因此了解每一种像差及常见误差所具有的星点像的特征是十分重要的。下面就单独具有某种像差略会业音宁队按了菜号车或误差的几种典型星点像作一分析(假定入瞳旧名且叫抗意是圆形的)。

  1.球差

  光学系统仅有球差时,根据球差的性质可知,出射波面是一个非球面的旋转对称面,因此星点像的衍射环还是圆的,但光强分布规律与理想情况不同,表现为光能他减认套节由中央亮斑向各衍射环分散,结果中央亮斑变暗,各亮环变亮,且暗环的光强也不再为零。但最明显的特征是焦前焦后众阶耐们理吗管附级岁对称面上的衍射图样不再相同。

  2.慧差

  仅毫今圆另晚顶全有慧差时,慧差较小时,中央亮斑稍稍偏离第一衍射亮环的中心,同时该亮环的粗细和亮暗都不再一致,中央亮斑靠近的一侧,环变细变暗,远离的一侧则变粗变亮。慧差增加,中央亮斑偏心加大,第一亮首迅青步每将环的亮暗差也加大以至断开。波像差大于0.5λ后,星点像开始呈现出彗星状,即有一个明亮的头部和一条渐渐扩展、变暗的尾巴。

  如果被检系统的轴上点也出现慧差,说明系统存在工艺疵病,主要是单片透镜中心偏差、胶合透镜偏心差和装配时某些镜片的偏心等疵病。但是偏心量都比较小,否则不仅出现慧差,还会出现像散。

  用检查轴上点星点像有无慧差来判断光学系统在装配和其他工艺过程中是否引进了偏心差,是一个很好的办法。它有很高的灵敏度,当偏心差产生的波像差为λ/20或更小时,人们就能检测出来。但星点检验用于测定像差大小时就十分不利。

  3.像散

  仅有像散的星点图的特征是:焦前、焦后都呈现椭圆形星点图,但其长轴互相垂直。像散很小时,中央亮斑还是圆形的,在子午和弧失焦线处,第一暗环皆成长方形,但彼此垂直;在两焦线间总能找到第一暗环成正方形的像面位置;这是有像散时的焦面位置。

  造成光学系统出现轴上像散的主要原因有两个,一是光学面有较大的偏心,二是光学面变形。如果星点像的主要特征表现为像散,慧差并不明显,这时的像散往往主要由光学面变形产生。如果像散和慧差都明显,则主要是光学面有较大偏心造成。因为小量偏心时首先在星点图中出现慧差,偏心加大,慧差增加,像散更快地增加,致使两种像差在星点像中都明显呈现。

  4.其他疵病

  在光学玻璃熔炼中、光学零件加工和装配中产生各种工艺疵病时,星点像都将呈现与之相应的特征。这些特征往往反映在星点图的形状变化而不是光能分布的变化上,因而能以很高的灵敏度发现这些疵病。如果某种疵病引起星点像的变化很不明显,说明它对像质的影响不大。例如玻璃退火时残留的应力,即使应力较大,从星点像中还不易发觉。但它对光学面面形和加工工艺形的影响却是很大的。因此,最好用应力仪检查这种疵病。

实验结果(部分)

  1.球差(如图2所示)

  2.慧差(如图3所示)

标签:

  • 关注微信

相关文章