1、光學成像幾何像差居家物理實驗教學方案物理實驗教學中心 祝巍實驗儀器實驗儀器3實驗目的實驗目的 12待研究問題待研究問題4注意事項注意事項實驗原理實驗原理內容大綱內容大綱5l 了解光學成像的幾何像差，觀察日常生活中常見的像差現象；l 自己動手制作簡易透鏡進行成像觀察；l 理解這些像差的成因，并進行改進。實驗目的實驗目的實驗目的實驗目的l 各種不同形狀的透明瓶子、透鏡、自制簡易透鏡等l 光源可以用激光筆或者自制光源l 有條件的可以用相機來觀察畸變l 手機用于拍攝實驗現象和過程實驗儀器實驗儀器實驗儀器實驗儀器實驗原理實驗原理實驗原理實驗原理像差的基本原理像差的基本原理 像差是指實際光學系統中，由非近

2、軸光線追跡所得的結果和近軸光像差是指實際光學系統中，由非近軸光線追跡所得的結果和近軸光線追跡所得的結果不一致，與高斯光學的理想狀態的偏差。線追跡所得的結果不一致，與高斯光學的理想狀態的偏差。 像差一般分為兩大類：單色像差和色相差。單色像差是指即使在高像差一般分為兩大類：單色像差和色相差。單色像差是指即使在高度單色時也會產生的像差，比如球面像差、畸變、彗形像差、像散度單色時也會產生的像差，比如球面像差、畸變、彗形像差、像散等。色像差簡稱色差，是由于透鏡材料的折射率是波長的函數，由等。色像差簡稱色差，是由于透鏡材料的折射率是波長的函數，由此而產生的像差。此而產生的像差。 這里主要是觀察球面像差和畸

3、變的現象。這里主要是觀察球面像差和畸變的現象。實驗原理實驗原理實驗原理實驗原理球面像差原理和現象球面像差原理和現象 在光學中，球面像差是發生在經過透鏡折射或面鏡反射的光線，接近中心在光學中，球面像差是發生在經過透鏡折射或面鏡反射的光線，接近中心與靠近邊緣的光線不能將影像聚焦在一個點上的現象，會導致成像模糊。與靠近邊緣的光線不能將影像聚焦在一個點上的現象，會導致成像模糊。球面像差光路示意圖，其中LAR表示軸向球差，TAR表示垂軸球差 矯正球面像差的方法有非球面鏡、采用大折射率材料、正負透鏡組合矯正球面像差的方法有非球面鏡、采用大折射率材料、正負透鏡組合、鏡片分離等手段、鏡片分離等手段實驗原理實驗

4、原理實驗原理實驗原理畸變像差原理和現象畸變像差原理和現象 畸變是指當一物體通過透鏡系統成像時，會產生一種對物體不同部分有不同的畸變是指當一物體通過透鏡系統成像時，會產生一種對物體不同部分有不同的放大率的像差，這種像差會導致物相的相似性變壞（形變），但不影響像的清放大率的像差，這種像差會導致物相的相似性變壞（形變），但不影響像的清晰度。畸變通常分為兩種，枕形畸變和桶形畸變，使物體變得又高又瘦的是枕晰度。畸變通常分為兩種，枕形畸變和桶形畸變，使物體變得又高又瘦的是枕形畸變，使物體變得又矮又胖的是桶形畸變。形畸變，使物體變得又矮又胖的是桶形畸變。畸變像差示意圖在用相機拍照時，長焦端和廣角端分別容易產生枕形畸變和桶形畸變在用相機拍照時，長焦端和廣角端分別容易產生枕形畸變和桶形畸變如果鏡片本身不是正圓，則會產生更加明顯的畸變如果鏡片本身不是正圓，則會產生更加明顯的畸變l 觀察和描述日常生活中的球面像差和畸變現象，至少3種；l 探討這些現象和成因，提出減少像差的方案；l 根據下圖的像差圖，判斷用放大鏡觀察圖像時，中心和邊緣清晰時與透鏡和圖像距離遠近的關系，有條件的用放大鏡試下；l 如果條件允許，嘗試多鏡片組合來減少像差。待研究問題待研究問題待研究問題待研究問題l