《透镜成像及像差的研究》

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1、2010年度第一学期综合性实验报告《透镜成像及像差的研究》学院：物理电气信息学院专业：物理（师范）一班姓名：宋权学号：12009243966合作者：谢勇，马风全日期：2011年1月5号指导老师：严群英摘要像差一般分为两大类：色像差和单色像差。色像差简称色差，是由于透镜材料的折射率是波长的函数，由此而产生的像差，它分为位置像差和放大的色差两种。但色像差是指即使在高度单色光时也会产生的像差，按产生的效果，又可以分成使像模糊和使像变形两类。前一类有球面像差，彗形象差和像散。后一类有像场弯曲和畸变。在实际工作中，光学系统所成的像与近轴光学所

2、获得的结果不同，有一定的偏离，光学成像相对近轴成像的偏离成为像差。由于像差使成像与原物形状产生差异。复色光引起的色像差简称色差;非近轴单色光则引起单色像差，初级像差分为五种，分别为：球面像差，彗形像差，像散，畸变，像场弯曲五种。摄影影投因制作不紧密，或人为的损毁，不能将一点所发出的所有光线聚焦于底片感光膜上的同一位置，使影像变形或模糊不清。实际光学系统存在各种像差，一个物点所成的像，是综合各种像差的结果；此外实际光学系统完全可以不调焦在理想平面处，这是像差当然也要发生变化，在天文上常用光线追迹的点，列图来表示实际像差,也可以用波像差

3、来表示像差，有一个物点发出的光波是球面波，经过光学系统后波面一般不再是球面的。他与某一个基准点为中心的球面的偏力量，乘以该处介质的折射率称为波像差。摘要：像差，球差，畸变，像散，色差，像场弯曲，高斯定理，彗差。目录:实验目的3实验内容4球差5彗差6像散7像场弯曲9畸变10色差11实验现象及其分析12试验结论15心得体会18（一）实验目的（1）:验证物象位置关系，深入了解透镜成像的特性。（2）:更深一步加深对各种像差的认识，并对透镜成像有深入了解。（3）:学会在研究像差时对各个光路实物图的组装，了解光学元件的特性。（4）:学会利用高斯

4、定理研究透镜的焦距和其他光学性质，加深对高斯定理的理解。（5）:学会调节光学系统使之共轴。（6）:了解光阑的特性及用法。（二）实验仪器：此实验用到的仪器有：漠餌灯一台，三维底座两个，一维底座两个，不可调底座一个，二维镜架一个，平板镜架一个，普通镜架一个，可调光栏一个，毛玻璃屏一片，白屏一片，滤光片四片，透镜五片，网格两片。（三）实验原理；如图所示，设透镜的像方焦距为F,物距为P,对应的像距为P9则透镜成像的高斯公式为l/p'・l/p二1/f9故f=pp7(p-p9)（四）实验内容：光学元件本身存在的像差，像差是指光学系统中透镜材料的

5、特性或折射（或反射）表面的几何形状引起实际像与理想的偏差。理想像就是由理想光学系统所成的像实际的光学系统，只有在近轴区域以很小孔径角的光束所成的像才是完善的。但在实际应用中，需要有一定的成像空间和光束孔径，同时还由于成像光朿多是由不同颜色的光组成的，同一介质的折射率随颜色而异。因此实际光学系统的成像具有一系列的缺陷，这就是像差。(1)球差球差是球面像差的简称，是由同一物点发出的不同角度的入射光线，射到球面透镜时，所形成的理想与现实之间的偏渥。由于不同高度的光线不相交在同一点上，得到的不是一个完善的像点，而是一个边缘模糊的圆斑——弥散

6、圆。照度的分布也随着光屏位置的不同而改变，当光屏通过近轴光线与主轴的交点时，在屏上出现的是一个有面积较大而照度较弱的晕所包围的亮点，光屏移动时，晕的范围逐渐减小，照度逐渐增加，亮点则逐渐减弱，当光屏在某一位置时，弥散圆缩到小，此时又几乎均匀的照度。利用会聚和发散两种球差的不同,把他们组合起来。能够得到球差很小的透镜组，例如直径为80mn,焦距为720nm的小型天文望远镜，球差的最大值不超过0.011mm.(2)彗差不在主光轴上的物点所发出的款光束通过薄透镜后，如果球差已经消除，则所有的光线都将交于同一平面（理想像平血，垂直于主轴）,

7、但仍不能交于这个面上的同一点。具体地说，在轴外物点发出的光束,对称于主光线的一对光线经光学系统后，失去对主光线的对称性，使交点不再位于主光线上，对整个光束而言，与理想像面相截形成一彗星状光斑的一种非对称像差就是彗差。在实验屮，物点偏高主光线，宽光束射到透镜的球而上，而形成不同的环带，成像中将会形成锥形光束。如图（）所示。（3）像散在球差和彗差像差都已被消除了的光具组中，凡与主轴成较大倾斜角的单心光束，例如从远离主轴的物点发出的光束，即使是狭窄的，出射，出射是也不能保持单心，像散的特征是对于一个物点有子午焦线和弧矢焦线同时出现，物点离

8、轴越远，像散越明显。当光屏垂直于主轴放在不同位置时，远离主轴的物点发出的光束和光屏焦点的轨迹是椭圆，这些椭圆的的形状和大小将随光屏位置的不同而发生变化，再者，有像散的光具组也不能使一群物点形成一个明晰的集体像，只有当线状物上一切点的焦