电子科大应用光学chapter_07_2014-2015概述.pptx

2014-2015学年应用光学AppliedOptics第七章光学系统的像质评价和像差2第七章光学系统的像质评价和像差3第一节概述第二节单色像差第三节色差第四节波像差第五节像质评价第七章光学系统的像质评价和像差4第一节概述第二节单色像差第三节色差第四节波像差第五节像质评价概述5像差概述之前研究的都是理想像一个物点的理想像仍是一个点。从物点发出的所有光线通过光学系统后会聚于像点。在近轴条件下理想成像是能近似实现的近轴条件要求成像光束的孔径小和仪器的视场小（即，近轴小物体以细光束成像）。对任何一个实际的光学系统而言，都需要一定的相对孔径和视场。概述6像差概述像差——实际像与理想象之间的偏差。对于成像光学系统，像差是有害的，而没有像差的光学系统是不存在的。不可能完全消除像差。根据系统的作用和接收器的特性，把像差校正到某一公差范围内。概述7像差产生原因高次项的忽略是产生像差的原因。8像差产生原因单个折射球面实际光线/近轴光线的光路计算概述概述9像差分类单色像差轴上点像差——球差轴外点像差慧差像散场曲畸变色差位置色差倍率色差第七章光学系统的像质评价和像差10第一节概述第二节单色像差第三节色差第四节波像差第五节像质评价单色像差11球差什么是球差物距L为定值时，像距L′是U或h的函数。轴上点A发出的同心光束经系统折射后，不同孔径角U的光线与光轴相交于不同点，相对于理想像点的位置有不同的偏离——球[面像]差。单色像差12球差什么是球差轴向球差垂轴球差单色像差13球差什么是球差相对值sinU/sinUm（或h/hm）表示不同孔径角（或入射高度）的光线sinU/sinUmL′,l′/mmδL′/mm1.028.5383-1.03050.8528.8289-0.73990.70729.0595-0.50930.529.2155-0.25330.329.5058-0.0630029.56880r1=25.815mmd=4.0mmr2=-25.815mmnD=5.163L=-150mmsinUm=-0.24单色像差14球差什么是球差接收屏在空间沿着主光轴移动，在任何位置都不能成几何点，接收到的都是圆形的弥散斑，位置不同，弥散斑的直径也不同。单色像差15球差影响因素是h,U的函数。与f′,D/f′,n,r,透镜形状有关。单色像差16球差校正大部分光学系统只能对某一高度（孔径角）校正球差，一般是对边缘带校正球差，即δLm′=0δLm′0，球差欠校正δLm′0，球差过校正单色像差17球差校正配曲（利用透镜形状与球差的关系消除单透镜的像差）透镜的纵向球差与透镜的折射率nL、曲率半径r1,r2有关。透镜焦距f′也是nL,r1,r2这三个参量的函数。对给定的nL，同样焦距f′的透镜可以有不同的曲率比r1/r2，选择某个比值，使球差值达到最小。球差校正组合（正负透镜的组合）单正透镜的球差是负的；单负透镜的球差是正的。正、负两个透镜粘合起来，组成一个复合透镜，可使某个高度h上的球差完全抵消。单色像差18单色像差19球差校正最简单方法在透镜前加一个光阑，让近轴光线通过。单色像差20球差说明球差是轴上点唯一的单色像差。任何光学系统都必须校正球差。球差使得像平面上的像由弥散斑组成，不能反映物体的细节。不论采取什么措施或多复杂的系统，一般只能对某一孔径环带消除球差，而不能同时对各种孔径角的环带消除球差，总有一定的剩余球差。单色像差21慧差子午面与弧矢面子午面：物点发出的主光线和光轴所决定的平面子午光线：位于子午面内的光线弧矢面：通过主光线并垂直于子午面的平面弧矢光线：弧矢面内的光线单色像差22彗差什么是彗差轴外物点发出的粗光束，经系统后所成的像对主光线失去对称性，靠近主光线的细光束交于主光线形成亮点，远离主光线的不同孔径的光束形成远离主光线的不同圆环。轴外物点在理想像面上形成如同彗星状的光斑，这种成像缺陷称为彗差。子午彗差子午面内，某孔径上、下光线对经系统后的交点BT′到主光线的垂轴距离，KT′。单色像差23彗差子午彗差子午光线经系统成像仍在子午面内。由于系统像差的存在，对称于主光线两侧的子午光线对a、b，经系统后，交点不在主光线上，也不交在理想像面上。单色像差24彗差弧矢彗差弧矢面内，某孔径前、后光线对经系统后的交点BS′到主光线的垂轴距离，KS′。单色像差25彗差形状及大小将入瞳看作由无数个大小不等的圆环组成，由轴外物点发出的所有通过这些圆环的圆锥面光束，经系统后在理想像面上截得大小不等、形状不一、并在垂轴方向上相互错开的封闭曲线，最终叠加成一个形状复杂、对称于子午面的弥散斑。单色像差26彗差形状及大小弥散斑形状像彗星，从中心到边缘拖着一个由细到粗的尾巴，首端明亮、清晰，尾端宽大、暗淡、模糊。正彗差（KT′0）负彗差（KT′0）单色像差27彗差影响因素彗差的大小与孔径