光学像差的观察.pdf

光學像差的觀察 光學像差的觀察 一、實驗目的 以實驗觀察球面像差 、色像差 、彗星 、像散 、畸變等像差的形成 。每種像差， 使用不一樣的儀器或自製的投影片來使其成像 ，最後再量測成像的位置 ，並使用 相機將成像的模樣拍攝下來。 二、實驗儀器 圖2.2. 1 15cm 焦距凸透鏡 圖2.2. 2 紅、黃、綠濾色片 圖2.2. 3 底片固定架、屏幕、可調光圈 圖2.2. 4 光源 三、實驗原理 什麼是像差? 當光線通過不同的介質，會有不等的折射，而在觀測點產生 焦點不一的模糊現象，這就是像差。 透鏡與我們息息相關 ，舉凡眼鏡 、照相機 、顯微鏡 、望遠鏡等等 ，日常用品 裡常可見透鏡的存在 。但不幸的是 ，不是每片被製造出來的鏡片都是完美無暇， 限於生產時種種的條件 ，鏡片往往存在一些偏差 ，無法達到理想境界 ，此時像差 就是一個無法避免的缺陷。 對一位攝影師來說 ，總希望在最美最生動的那一刻 ，照相機能抓住最真實的 國立嘉義大學 應用物理學系 1 幾何光學實驗 參考文獻 一面 ，只要顏色 、大小 、形狀被扭曲了 ，那麼照片也就失真了 ，由此可見鏡頭的 重要。 由於實際的光學系統所成之像一定會有像差的產生，所以我們必須了解這些像差 的成因 ，觀察各種光學像差的現象 ，進而研究如何減少像差 ，使得光學系統或光 學儀器對於原物都能有清晰真實的寫照。 1 球面像差 1. 1 球面像差理論說明 圖2.3. 1 Reference sphere and actual 圖2.3. 2 Coordinate system for aberration theory. wavefront. 計算reference sphere ς (ξ , η , z) 與actual wavefront Σ(ξ , η , z) 在出光瞳處的間距(圖2.3.1) ，定義wave aberration function ∆，為這兩 表面的光程差： ∆(ξ , η , z) ＝n [Σ(ξ , η , z) －ς (ξ , η , z)] (2.1) 2 ２ 2 因為此光學系統是軸對稱，所以可以用純量變數 ρ 、ρhcosθ 、h 國立嘉義大學 應用物理學系 2 幾何光學實驗 參考文獻 來描述∆ ： 2 ２ ２ 4 ∆(h , ρ , ρ h cosθ) =∆ +∆ ρ +∆ hρcosθ +∆ ρ 000 020 111 040 +∆ 3 2 2 2 2 2 hρcosθ +∆ h ρcos θ +∆ h ρ 131 222 220 3 +∆311h ρcosθ (2.2) ∆ 表示h , ρ , cosθ的次數