(a) 慧差效果示意图
（b）像散效果示意图
图5-3-4 轴外慧差、像散效果图
思考题
1什么是星点检验法？
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实验6 刀口阴影法原理及阴影法测量光学系统像差实验
引言
刀口阴影法可灵敏地判别会聚球面波前的完善程度。物镜存在的几何像差使得不同区域的光线成到像空间不同位置上。刀口在像面附近切割成像光束，即可看到具有特定形状的阴影图；另一方面，物镜的几何像差对应着出瞳处的一定波像差，并由此可求得刀口图方程及其相应的阴影图。反之，由阴影图也可检测典型几何像差。刀口阴影法所需设备简单，检测法方便、直观，故非常有实用价值。 实验目的
熟悉刀口阴影法检测几何像差原理 掌握球差的阴影图特征 利用图像处理方法测量轴向球差 基本原理
对于理想成像系统, 成像光束经过系统后的波面是理想球面(如图6-1所示) , 所有光线都会聚于球心O。此时用不透明的锋利刀口以垂直于图面的方向向切割该成像光束, 当刀口正好位于光束会聚点O 点处(位置N2) 时, 则原本均照亮的视场合变暗一些, 但整个视场仍然是均匀的(阴影图M2)。如果刀口位于光束交点之前(位置N1) , 则视场中与刀口相对系统轴线方向相同的一侧视场出现阴影, 相反的方向仍为亮视场(阴影图M1)。当刀口位于光束交点之后(位置N3) , 则视场中与刀口相对系统轴线方向相反的一侧视场出现阴影, 相同的方向仍为亮视场(阴影图M3)。
图6-1 理想系统刀口阴影图
实际光学系统由于存在球差, 成像光束经过系统后不再会聚于轴上同一点。此时, 如果用刀口切割成像光束, 根据系统球差的不同情况, 视场中会出现不同的图案形状。图6-2中(a)和(b)图为球差校正不足和球差校正过度的情况, 相当于单片正透镜和单片负透镜球差情况。这两种情况在设计和加工质量良好的光学系统中一般极少见到, 除非是把有的镜片装反了, 检验时把整个光学镜头装反了, 或是系统中某个光学间隔严重超差所致。(c) 和(d)图所示为实际光学系统中常见的带球差情况。
利用刀口阴影法对系统轴向球差进行测量就是要判断出与视场图案中亮2暗环带
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分界(呈均匀分布的半暗圆环) 位置相对应的刀口位置, 一般系统球差的表示以近轴光束的焦点作为球差原点。
图6-2 系统存在球差时的阴影图
实验步骤
首先在此介绍刀口组件：刀口组件由成45°角的刀片和其固定架构成，如图6-3所示。
图6-3 刀口组件示意图
1球差的测量：
（1）参考示意图6-4，搭建刀口阴影法测量球差的实验装置。
图6-4 刀口阴影法球差测量装置
LED（任意颜色）光源通过平行光管准直，待测透镜汇聚焦点，通过最大最小两种环带光阑分别选光，使用刀口装置在焦点位置之前依次沿光轴切过，在焦点后的观察装置依次接收阴影，根据阴影环的变化现象寻找汇聚切点，测量两个汇聚切点得到轴向的球差。
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LED（任意颜色）光源通过小孔平行光管准直，待测透镜汇聚焦点，用最小环带光阑选光，接收装置在汇聚点后，根据阴影现象，刀口找到汇聚点，取走环带光阑，刀口切整个弥散汇聚点，根据阴影逐渐变暗的过程，近似读取刀口垂轴移动距离。
备注：实验关键的找到聚焦点，刀口如果是切到聚焦点时CMOS相机可以看到光斑瞬间变暗，我们改变光阑大小分别找到聚焦点，计算聚焦点之间的距离为轴向球差。 2像散的测量
（1）LED光源通过针孔平行光管准直，最小光阑选光，待测透镜汇聚焦点，使用刀口装置，45°切入光轴，并将平移台沿光轴方向移动，记录阴影方向相互正交的两个轴向位置之差。
（2）过程示意图如图6-5：
（3）刀口在光轴上移动过程中，分别记录横向和竖向对应平移台示数为X2X1-即为像散测量值。
X1，
X2，
图6-5 刀口法检测像散示意图
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实验7 剪切干涉测量光学系统像差
引言
利用玻璃平行平板构成简单的横向剪切干涉仪可以观察到单薄透镜的剪切干涉条纹，并由干涉条纹分布求出透镜的几何象差和离焦量。 实验目的
利用大球差镜头的剪切干涉条纹分布测算出该镜头的初级球差比例系数和光路的轴向离焦量。 基本原理
剪切干涉是利用待测波面自身干涉的一种干涉方法，它具有一般光学干涉测量方法的优点即非接触性、灵敏度高和精度高，同时由于它无需参考光束，采用共光路系统，因此干涉条纹稳定，对环境要求低，仪器结构简单，造价低，在光学测量领域获得了广泛的应用。横向剪切干涉是其中重要的一种形式。由于剪切干涉在光路上的简单化，不用参考光速，干涉波面的解比较复杂，在数学处理上较繁琐，因此发展利用计算机里的剪切干涉技术是当前光学测量技术发展的热点。
如图7-1所示，假设W和W?分别为原始波面和剪切波面，原始波面相对于平面波的波像差（光程差）为W??,??，其中P??,??为波面上的任意一点P的坐标，当波面在?方向上有一位移s(即剪切量为s)时，在同一点p上剪切波面上的波象差为W(??s,?)，所以原始波面与剪切波面在P点的光程差（波象差）为：
?W(?,?)?W(?,?)?W(??s,?) (1)
图7-1 横向剪切的两个波面
由于两波面有光程差?W所以会形成干涉条纹，设在P点的干涉条纹的级次为N，光的波长为?，则有，
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