第2章理想光学系统与实际光学系统资料.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 其他例题 例3 位于空气中的三个薄透镜，其参数分别为f1ˊ=100mm， d1=10mm ，f2ˊ=-50mm， d2=20mm， f3ˊ=50mm。求组合系统的像方焦距和像方基点位置。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * A L1 L2 P1 P2 L2’ (L1’) 光阑Q1Q2经由前级光学系统形成的像P1P2对物点A的张角最小,所以，光阑Q1Q2为孔径光阑 2. 找出入瞳：光阑Q1Q2经由前级光学系统形成的像P1P2为入瞳。 （2）做出轴上物点各像的张角； （3）张角最小的像对应的物（光阑）即为孔径光阑； 显然，入射光瞳通过整个光学系统所成的像就是出射光瞳。是一对共轭物像面。 光学系统中的孔阑只是对一定的物体位置而言，如果物体位置发生变化，原来的孔阑就失去意义。 三、视场光阑 1、系统中决定物平面上或物空间中成像范围的光阑，称为视场光阑。 2、如果系统有接收面，则接收面的大小直接决定了物面上有多大的成像范围。 3、由视阑限制的视场可以由长度来量度，也可以用角度来量度。 4、线视场和视场角的表示（详见P61） 渐晕光阑 四、渐晕光阑、入射窗和出射窗 问题的来由：系统中没有实像面，也没有中间实像面，此时不存在视场光阑。 轴外点光束被镜框部分拦掉，称为渐晕。 此时的镜框即为渐晕光阑。 渐晕光阑通过它前面的光学系统在整个光学系统的物空间的所成像称为入（射）窗。 通过后面的光学系统的像空间所成的像称为出（射）窗。 入窗和出窗对整个系统共轭。 渐晕的形成过程（下图所示） 物平面 物平面上各点均以 充满入瞳的全部光束成像 不存在渐晕的条件：当p等于q时，即入射窗和物平面重合，或者像平面和出射窗重合，此时就不存在渐晕了。此时渐晕光阑就是视场光阑。 不存在渐晕的条件 五、光学系统的景深 景深问题：对一定深度的空间在同一像平面上要求所成的像足够清晰。 能够在像平面上获得足够清晰的像的空间深度称为景深。 光学系统的景深Δ=Δ1+Δ2 景深的计算：Δ=Δ1+Δ2 推导过程（略） 推导结果 对于摄影系统： 六、远心光路 视差的存在：由于景深及调焦误差的存在，不可能做到使像平面和刻尺完全重合，这就产生了误差。 视差 解决视差的办法：物方远心光路和像方远心光路，如下图所示： 物方远心光路 像方远心光路 七、消杂光光阑 遮光罩设计原理图： 七、消杂光光阑 遮光罩实物图： §2.8 像差概述 一、概念 1、像差：实际像的位置和形状与理想像的偏差。 2、作用：像差的大小反映了光学系统成像质量的优劣。 3、单色像差：球差，慧差，像散，像面弯曲（场曲）和畸变。 4、色差（不同色光（波长）产生的像差）：轴向色差（位置色差）和垂轴色差（倍率色差。） 二、轴上点球差 1、定量描述： 2、与光轴成不同孔径角U的光线具有不同的球差。 轴上点球差 三、单色光轴外像差 1、子午面：主光线和光轴所决定的平面。 2、弧矢面：主光线和子午面垂直的截面。 3、彗差：是轴外点宽光束成像所产生的像差之一，分为子午彗差和弧矢彗差。 彗差的形成 （1）子午彗差 以轴外点子午光束上下光线在高斯像面上交点高度的平均值和主光线在高斯像面上交点高度之差来表示。 表示式： 子午彗差 （2）弧矢彗差 用Ksˊ表示 计算光路时一般不考虑。 弧矢彗差 （3）彗差图形 轴外物点发出的宽光束 所形成的彗星状光斑示意图 4、像散和场曲： 存在的原因：如下图所示，沿主光线的无限细光束通过透镜系统，彗差不存在但有细光束的像散和场曲。 像散和场曲 （1）场曲:对于较大的物平面，经透镜后所成的清晰像面不是平面而是一个抛物面。 轴外子午球差： 轴外弧矢球差： 子午像面：各视场的子午像点构成的像面； 弧矢像面：由弧矢像点构成的像面。 a b （2）像散：细光束的子午像点和弧矢像点并不重合，两者分开的轴向距离称为像散。 像散和场曲 当存在像散时，不同的像面位置会得到不同形状的物点像。如下图所示 子午焦线和弧矢焦线 存在像散时的光束结构 存在像散的光学系统，不能使物面上所有物点形成清晰的像点群。若光学系统对直线成像，其像的质量与直线的方向密切相关，如下图所示： 存在像散时的直线成像 5、畸变：是主光线像差。 畸变仅随视场而变，一对物，像共轭面上，垂轴放大率随视场角大小而改变，不再是常数。 物 正畸变 负畸变 四、色差 1、位置色差：轴上物点对不同色光成像时成像位置的差异称为轴向色差，也叫位置色差。 位置色差 2、倍率色差：光学系统对不同色光的垂轴放大率的差异称为倍率色差。（或定义为轴外点发出两种色光的主光线在消单色光像差