课程设计--GCS-ABE 光学系统像差测量

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1、湖南文理学院课程设计GCS-ABE光学系统像差测量一、测量所需仪器平行光管、HeNe激光器、简易刀口、球差镜头、慧差镜头、像散镜头、场曲镜头、畸变镜头、CMOS相机等。二、测量应用与仿真实现1.光学系统像差的计算机模拟主要是应用像差模拟软件，在电脑上观测球差、慧差及像散的光场分布图及三维效果图，以便学生更加深刻的理解各种单色像差的概念及对光学系统的影响。2.仿真实验结果2.1球差2.2慧差2.3象散0度与离焦2.4离焦三、测量步骤1.平行光管的调节使用及位置色差的测量1.1参考示意图2-1，搭建观测位置色差的

2、实验装置。图2-1位置色差检测装置示意图1.光纤光源4.可调节棱镜支架2.平行光管5.CMOS数字相机3.色差镜头6.一维平移台1.2调节平行光管、被测镜头和CMOS相机，使它们在同一光轴上。具体操作步骤：先取下星点板，使人眼可以直接看到通过平行光管和被测镜头后的会聚光斑。调节被测镜头和CMOS相机的高度及位置，使平行光管、被测镜头和CMOS相机靶面共轴，且会聚光斑打在CMOS相机靶面上。1.3装上25的星点板，微调CMOS相机位置，使得CMOS相机上光斑亮度最强。此时在平行光管上加上F光（486nm）滤色片

3、，可以看见视场变暗，此时调节CMOS相机下方的平移台，使CMOS相机向被测镜头方向移动，直到观测到一个会聚的亮点，记下此时平移台上螺旋丝杆的读数。此时将F光滤色片换成D光（589nm）滤色片，可看见视场图案，然后调节平移台，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，记下此时平移台上螺旋丝杆的读数。再将D光滤色片替换为C光（656nm）滤色片，可看见视场图案，再次调节平移台，使CMOS相机继续想远离镜头方向移动，又可观测到一个会聚的亮点，记下此时平移台上螺旋丝杆的读数。1.4数据处理：位置

4、色差1.5实验结果实验采集图片2.星点法观测光学系统单色像差2.1参考示意图2-2，搭建观测轴上光线像差（球差）的实验装置。图2-2轴上光线像差（球差）星点法观测示意图1.光纤光源4.可调节棱镜支架2.平行光管5.CMOS数字相机3.球差镜头6.一维平移台2.2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，找到通过球差镜头后，星点像中心光最强的位置。2.3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。2.4参考示意图2-3，搭建观测轴外光线像差（慧差，像散，场曲）的实

5、验装置。图2-3轴外光线像差星点法观测示意图1.光纤光源4.可调节棱镜支架2.平行光管5.CMOS数字相机3.轴外像差镜头6.旋转台2.5先按照图2-3，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，找到通过像差镜头后，星点像中心光最强的位置。2.6轻微调节像差镜头下方的旋转台，使像差镜头与光轴成一定夹角，观测CMOS相机中星点像的变化。2.7实验结果2.7.1球差实验采集图（1）（2）（3）（4）（5）（6）2.7.2慧差实验采集图2.7.3场曲实验采集图（1）（2）（3）（4）(

6、5)(6)2.7.4像散实验采集图（1）（2）（3）（4）（5）（6）3.阴影法测量光学系统像差与刀口仪原理3.1参考示意图2-4，搭建刀口阴影法测量球差的实验装置。图2-4刀口阴影法球差测量装置1.光纤光源6.CMOS数字相机2.平行光管7.镜架3.大口径透镜8.一维平移台4.刀口5.远心成像镜头3.2调节平行光管，大口径透镜，刀口装置，CMOS相机成像靶面共轴。在平行光的照射及视场光阑的作用下，被测系统将在CMOS相机靶面形成一具有明显边界轮廓、可反映被测系统孔径大小的图案。3.3调节刀口位置，使刀口切割

7、光束一半，在视图上显示为半暗半明的阴影图。3.4沿光轴方向移动刀口装置，找到亮半圆和暗半圆互换的位置，然后通过平移台细调刀口位置，使得刀口在焦点附近切割，观察分析实际阴影图与理想的半亮半暗圆的阴影图之间的差别。4.剪切干涉测量光学系统像差图2-5剪切干涉实验装置4.1按图2-5搭建好光路，准直镜即为被测透镜。摆放器件前应调整各自的高度，让激光通过扩束镜、针孔和薄透镜后为平行光（扩束镜的焦点和准直镜的焦点重合），此时扩束镜下方轴向的平移丝杆读数为。使激光从平行平板的中心通过，白屏上的光点高度应和CCD上的变焦镜

8、头在同一高度。此时在白屏上出现的图案为：焦点处的图像4.2把可调光阑放置在薄透镜和平行平晶之间，把光阑孔径调制到最小，这样白屏上会出现两个亮点。用CCD采集图像，保证CCD的成像面和白屏平行且白屏上的刻度尺要保证水平，否则会影响计算精度。用计算机软件进行标定并求出这两个亮点之间的距离，这个距离就是剪切量。剪切量计算图4.3利用软件求出被测透镜的轴向离焦量和初级球差（见附录），并与测量的轴向离焦量及理