应用光学第十二章资料.ppt

第十二章 像差综述及计算结果处理 12.1概述 1.光学系统对像差校正的一般要求 根据使用条件，光学系统大体上分为 （1）小视场大孔径系统，如显微物镜、望远物镜 （2）大视场小孔径系统，如目镜 （3）大视场大孔径系统，如照相物镜 对于小视场大孔径系统，由于视场小，主要考虑与孔径有关像差：球差、正弦差和位置色差 对于大视场小孔径系统，由于相对孔径小，球差、正弦差和位置色差容易校正。因为视场 大，对轴外像差，特别是倍率色差、彗差、像散和场曲的校正要符合要求。 对于大视场大孔径系统，除考虑球差、位置色差等轴上点的像差以外，还要考虑全部轴外像 差，各种像差反应了一个物点通过光学系统在像平面上弥散斑的形状和大小。 12.2初级像差系数和光阑位置的关系 由初级像差和数式可知， 仅与第一近轴光线有关量（如h,i,l,u等）有关，而 与hz，iz等有关，各折射面的iz随光阑位置而异，因此 将随光阑位置的改变而改变 令新光阑位置的有关量均加星号“*”来表示，如 右图示出了原光阑位置和新光阑位置的几何关系 通过计算可得出 可以证明，上式关系适用于光学系统的任意折射面， 且K对整个系统是一个不变量 12.2初级像差系数和光阑位置的关系 以原光阑位置的初级像差系数表示的新光阑位置的初级像差系数为 上式表示了光阑移动对初级像差系数的影响，现做如下分析 （1） 和 不受光阑移动的影响 （2）当 时， 即 也不受光阑移动的影响 当 ， 时，可选取一光阑位置使 ，即光学系统满足等晕条件，这个 消彗差光阑位置可由下式决定 12.2初级像差系数和光阑位置的关系 (3)当 时，总可以按下式求得消像散的光阑位置 当 没有消像散的光阑位置 当 可找到两个消像散的光阑位置 当 可找到一个消像散的光阑位置，即 此解和 时的消彗差光阑位置相同，即由 所决定的光阑位置可对物面成等 晕和消像散的像 12.2初级像差系数和光阑位置的关系 （4）当光阑位置改变时，位置色差不变，故新光阑处得初级位置色差系数为： 新光阑位置的倍率色差系数为： 由上式可知当 为零时，光阑位置与 无关，当 不为零时，可以找到一个消倍 率色差的光阑位置 上面所说的光阑实际上可理解为入射光瞳的位置 12.3光阑像差与物面像差的关系 光阑像差：以入射光瞳为物，以实际物为入射光瞳，所计算的光学系统的像差为光阑像差 除初级光阑球差系数 外，其他初级光阑像差系数均与像面像差系数间有以下关系 由上式可知，除 外，初级光阑像差系数均与像面塞得和数有关 关于光阑色差与物面色差的关系，经推导可得出初级光阑色差系数 初级光阑倍率色差系数 12.4折射平面和平行平板的初级像差 1.折射平面（r=∞）的初级像差 (1)当物体在无限远光阑在有限距离时 此时l=-∞,lz≠∞,i=0,iz≠0,可得初级单色像差系数为 初级位置色差为 经过推导可得单个折射面的 倍率色差系数 可知，在此情况下，折射平面产生畸变和倍率色差 （2）当物体在有限距离光阑在无限远时 此时有l≠∞,lz=∞,i≠0,iz=0,经推导有 可知，在此情况下，折射平面产生球差和位置色差 12.4折射平面和平行平板的初级像差 2.平行平板 （1）平行平板的初级像差公式 由上式可知 1）任何情况下平行平板均不发生场曲 2）当孔径角u1较大时，产生较大的球差和位置色差 3）当视场角uz较大时，产生较大的像散、畸变和倍率色差 12.5反射光学元件的初级像差 1.平面反射镜 平面反射镜不产生任何像差，计算像差时可不必作为一个光学面去考虑 在光学系统中加入平面反射镜时，必须考虑其“镜像”的影响 2.球面反射镜 当l=-∞时，球面反射镜的初级像差系数为 由于是反射镜，不存在色差 （1）当光阑处于球心时，iz=0上式中 这说明系统没有彗差、像散、畸变和色差，只存在球差和场曲 12.5反射光学元件的初级像差 如果在球面反射镜的球心处加一块补偿透镜，作为孔径光阑，同时使该透镜消色差，保留球 差正好和反射镜相补偿，则这个系统可以实现