光信息检测技术实验讲义2015.10
光 信 息 检 测 技 术 实 验 讲 义 2015.10
实验 1 几何象差的现象及规律一、实验目的掌握各种几何象差产生的条件及其基本规律，观察各种象差现象。实际测量显微系统的线视场、放大倍率及数值孔径的大小。二、实验仪器设备焦距仪、待观测望远镜、被观测物镜、简易光具座及相应附件等。三、测量原理（一）显微镜线视场的检测四、实验原理光学系统所成实际象与理想像的差异称为像差，只有在近轴区且以单色光所成像之像才是完善的（此时视场趋近于0，孔径趋近于0）。但实际的光学系统均需对有一定大小的物体以一定的宽光束进行成像，故此时的像已不具备理想成像的条件及特性，即像并不完善。可见，象差是由球面本身的特性所
实验 1 几何象差的现象及规律 一、实验目的 掌握各种几何象差产生的条件及其基本规律，观察各种象 差现象。 实际测量显微系统的线视场、放大倍率及数值孔径的大 小。 二、实验仪器设备 焦距仪、待观测望远镜、被观测物镜、简易光具座及相应 附件等。 三、测量原理 (一)显微镜线视场的检测 四、实验原理 光学系统所成实际象与理想像的差异称为像差，只有在近 轴区且以单色光所成像之像才是完善的（此时视场趋近于 0， 孔径趋近于 0）。但实际的光学系统均需对有一定大小的物体 以一定的宽光束进行成像，故此时的像已不具备理想成像的条 件及特性，即像并不完善。可见，象差是由球面本身的特性所
决定的，即使透镜的折射率非常均匀，球面加工的非常完美，像差仍会存在。儿何像差主要有十种：球差、彗差、像散、场曲、畸变位置色差及倍率色差。前五种为单色像差，后二种为色差。1、球差透镜A-5LmLim1-L=-1图4-1球差是轴上点像差，它随着孔径的变化而变化。如图4一1所示，如果系统中存在球差则将影响成像的清晰程度，使像模糊。2、彗差差是轴外像差之一，它体现的是轴外物点发出的宽光束经系统成像后的失对称情况，彗差既与孔径相关又与视场相关。若系统存在较大彗差，则将导致轴外像点成为彗星状的弥散斑，影响轴外像点的清晰程度。如图4一2所示：
决定的，即使透镜的折射率非常均匀，球面加工的非常完美， 像差仍会存在。 几何像差主要有七种：球差、彗差、像散、场曲、畸变、 位置色差及倍率色差。前五种为单色像差，后二种为色差。 1、球差 图 4－1 球差是轴上点像差，它随着孔径的变化而变化。如图 4－1 所示，如果系统中存在球差则将影响成像的清晰程度，使像模 糊。 2、彗差 彗差是轴外像差之一，它体现的是轴外物点发出的宽光束 经系统成像后的失对称情况，彗差既与孔径相关又与视场相 关。若系统存在较大彗差，则将导致轴外像点成为彗星状的弥 散斑，影响轴外像点的清晰程度。如图 4－2 所示：
出（入）瞳86doaa主光线a)b)图4-23、像散弧矢焦线子午焦线理想像面图4-3像散用偏离光轴较大的物点发出的邻近主光线的细光束经光学系统后，其子午焦线与弧矢焦线间的轴向距离表示：x'=x-x'式中，x.x分别表示子午焦线至理想像面的距离及弧矢焦线至理想像面的距离，如图4一3所示：当系统存在像散时，不同的像面位置会得到不同形状的物
图 4－2 3、像散 图 4－3 像散用偏离光轴较大的物点发出的邻近主光线的细光束经 光学系统后，其子午焦线与弧矢焦线间的轴向距离表示： ts t s x′ = x′ − x′ 式中， t s x′, x′ 分别表示子午焦线至理想像面的距离及弧矢焦线 至理想像面的距离，如图 4－3 所示： 当系统存在像散时，不同的像面位置会得到不同形状的物
点像。若光学系统对直线成像，由于像散的存在其成像质量与直线的方向有关。例如，若直线在子午面内其子午像是弥散的，而弧矢像是清晰的；若直线在弧矢面内，其弧矢像是弥散的而子午像是清晰的：若直线既不在子午面内也不在弧失面内，则其子午像和弧矢像均不清晰，故而影响轴外像点的成像清晰度。不仅细光束有像散，宽光束一样有像散。4、场曲使垂直光轴的物平面成曲面像的象差称为场曲。如图4一4所示：B'1B:BtD'1AWTOA.-VBtB1图4-4子午细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为细光束的子午场曲：弧失细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为细光束的弧矢场曲。而且即使像散消失了（即子午像面与弧失像面相重合），则场曲依旧存在（像面是弯曲的）。场曲是视场的函数，随着视场的变化而变化。当系统存在较大场曲时，就不能使一个较大平面同时成清晰像，若对边缘调焦清晰了，则中心就模糊，反之亦然
点像。若光学系统对直线成像，由于像散的存在其成像质量与 直线的方向有关。例如，若直线在子午面内其子午像是弥散的， 而弧矢像是清晰的；若直线在弧矢面内，其弧矢像是弥散的而 子午像是清晰的；若直线既不在子午面内也不在弧矢面内，则 其子午像和弧矢像均不清晰，故而影响轴外像点的成像清晰 度。 不仅细光束有像散，宽光束一样有像散。 4、场曲 使垂直光轴的物平面成曲面像的象差称为场曲。如图 4－4 所示： 图 4－4 子午细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为细光 束的子午场曲；弧矢细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距 离称为细光束的弧矢场曲。而且即使像散消失了（即子午像面 与弧矢像面相重合），则场曲依旧存在（像面是弯曲的）。 场曲是视场的函数，随着视场的变化而变化。当系统存在 较大场曲时，就不能使一个较大平面同时成清晰像，若对边缘 调焦清晰了，则中心就模糊，反之亦然