物鏡象差實驗是利用對非相干照明物體或自發光物體， 成像光學系統的作用是把物面上的光強分布轉換為像面上的光強分布來試驗的方法。
基本介紹
- 中文名：物鏡象差實驗
- 利用：對非相干照明物體或自發光物體
- 作用：面上光強分布為像面上光強分布
- 目的：星點法
實驗目的,實驗用儀器和設備,實驗原理,星點衍射圖像分析,實驗結果（部分）,
實驗目的
2．了解以CCD攝像頭為主要元件搭建的光電圖像採集系統的組成、性能指標、工作原理和一般調整方法。
3．觀察通過各種物鏡後所成的數位化星點圖像，分析幾何像差對成像的影響，定性判斷物鏡像差的性質和大小，加深對像差理論的理解。
實驗用儀器和設備
實驗原理
對非相干照明物體或自發光物體, 成像光學系統的作用是把物面上的光強分布轉換為像面上的光強分布。由於衍射、像差和各種工藝疵病等原因，物像分布不可能完全一致。為了評定系統的成像質量，並為改善像質提供必要的信息，通常選用星點（發光點）作為代表性的物體，通過描述它的像的全部特徵來反映系統的像質。
由於任意物的分布都可以看成是無數個具有不同強度的、獨立的發光點的集合；任意物的像就是這無數個星點像的集合。因此，星點像的光強分布函式就決定了該系統的成像質量。另外星點像的光強分布比較易於描述，所以星點檢驗法是檢驗成像光學系統質量時最基本、最簡單的一種方法。
傳統的星點檢測方法是：光源通過聚光鏡照亮位於平行光管焦面的星點板小孔，從平行光管出射的平行光經待測物鏡，在其焦面上成像，然後用目鏡（測量顯微鏡）對所成的像進行觀察。
隨著CCD和計算機技術的發展，光學圖像數位化已成為必然的趨勢。用計算機採集星點圖像，不但能夠減輕人眼觀察的疲勞，而且可以同時再現焦前、焦面和焦後的星點圖像，便於比較、判斷像差的性質和大小，也有利於學生全面理解和掌握像差理論。改進後的系統如圖1所示。
在原星點觀察系統的顯微鏡後放置CCD攝像頭，攝像頭接計算機中的圖像採集卡，經模—數變換後，在計算機的顯示器上顯示圖像。圖像可單幀採集也可實時採集。為了方便採集某一種像差對應的焦前、焦後、焦面的圖像，讓攝像頭與觀察顯微鏡同時移動。實驗中可將觀察顯微鏡的目鏡和攝像頭的物鏡部分同時拆下，使用專門設計的一個接口，連線觀察顯微鏡的目鏡筒和攝像頭的成像CCD。觀察顯微鏡的物鏡倍數可調，一般選2.5倍，圖像大小合適。
星點衍射圖像分析
為了能夠根據星點像的形狀、特徵對被檢系統的疵病做出正確的“診斷”，除了要求掌握星點檢驗的基本原理，正確選
擇合適檢驗儀器外，還要有豐富的實踐經驗。因此了解每一種像差及常見誤差所具有的星點像的特徵是十分重要的。下面就單獨具有某種像差或誤差的幾種典型星點像作一分析（假定入瞳是圓形的）。
1．球差
光學系統僅有球差時，根據球差的性質可知，出射波面是一個非球面的旋轉對稱面，因此星點像的衍射環還是圓的，但光強分布規律與理想情況不同，表現為光能由中央亮斑向各衍射環分散，結果中央亮斑變暗，各亮環變亮，且暗環的光強也不再為零。但最明顯的特徵是焦前焦後對稱面上的衍射圖樣不再相同。
2．慧差
僅有慧差時，慧差較小時，中央亮斑稍稍偏離第一衍射亮環的中心，同時該亮環的粗細和亮暗都不再一致，中央亮斑靠近的一側，環變細變暗，遠離的一側則變粗變亮。慧差增加，中央亮斑偏心加大，第一亮環的亮暗差也加大以至斷開。波像差大於0.5λ後,星點像開始呈現出彗星狀,即有一個明亮的頭部和一條漸漸擴展、變暗的尾巴。
如果被檢系統的軸上點也出現慧差，說明系統存在工藝疵病，主要是單片透鏡中心偏差、膠合透鏡偏心差和裝配時某些鏡片的偏心等疵病。但是偏心量都比較小，否則不僅出現慧差，還會出現像散。
用檢查軸上點星點像有無慧差來判斷光學系統在裝配和其他工藝過程中是否引進了偏心差，是一個很好的辦法。它有很高的靈敏度，當偏心差產生的波像差為λ/20或更小時，人們就能檢測出來。但星點檢驗用於測定像差大小時就十分不利。
3．像散
僅有像散的星點圖的特徵是：焦前、焦後都呈現橢圓形星點圖，但其長軸互相垂直。像散很小時，中央亮斑還是圓形的，在子午和弧失焦線處，第一暗環皆成長方形，但彼此垂直；在兩焦線間總能找到第一暗環成正方形的像面位置；這是有像散時的焦面位置。
造成光學系統出現軸上像散的主要原因有兩個，一是光學面有較大的偏心，二是光學面變形。如果星點像的主要特徵表現為像散，慧差並不明顯，這時的像散往往主要由光學面變形產生。如果像散和慧差都明顯，則主要是光學面有較大偏心造成。因為小量偏心時首先在星點圖中出現慧差，偏心加大，慧差增加，像散更快地增加，致使兩種像差在星點像中都明顯呈現。
4．其他疵病
在光學玻璃熔煉中、光學零件加工和裝配中產生各種工藝疵病時，星點像都將呈現與之相應的特徵。這些特徵往往反映在星點圖的形狀變化而不是光能分布的變化上，因而能以很高的靈敏度發現這些疵病。如果某種疵病引起星點像的變化很不明顯，說明它對像質的影響不大。例如玻璃退火時殘留的應力，即使應力較大，從星點像中還不易發覺。但它對光學面面形和加工工藝形的影響卻是很大的。因此，最好用應力儀檢查這種疵病。
實驗結果（部分）
1．球差（如圖2所示）
2．慧差（如圖3所示）
