第六章光学系统的像差.ppt

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第六章光学系统的像差

第六章 光学系统的像差 概述 球差 慧差 象散 场曲 畸变 色差 概述 像差的概念 实际光学系统只有在近轴区才具有同理想光学系统相同的性质。但实际系统的孔径和视场都有一定的大小,不能对物体成完善像 描述实际成像与理想成像的差异称为像差,像差用几何量描述的称几何像差。 光学系统的像差计算需要进行实际光路计算 光路计算简述 物体可用子午面内的直线描述 子午面内的直线可用若干个物点描述 每个物点发出若干条光线 光线在入瞳面上的分布 光线的计算公式 近轴光线 子午面内的实际光线 轴外细光束光线 空间光线 ? 第一节 轴上点球差 1。球差的定义 2。球差的形成 3。 球差的度量 4。球差的影响 5。球差的校正 球差的定义 轴上物点的物距L确定时,其像点位置L’是孔径角U(或h)的函数,实际像点与理想像点的位置之差称为轴上点球差。 返回 球差的形成 球差的形成 球差的度量 球差曲线(1) 球差曲线(2) 球差的影响 整个孔径光束的垂轴球差在像面上形成了一个对称于光轴的圆形弥散斑,严重时使轴上点成像变得模糊不清。 球差的校正 单个球面不产生球差的三个位置 齐名透镜 单透镜的球差 正负透镜的组合 不产生球差的三个不晕点 1。物点位于球面的球心处。 2。物点位于球面顶点。 3。物点位于齐明点处。 物体位于球心处 物点位于顶点处 物点位于齐明点处 正、负齐明透镜 球差随正透镜形状而变的曲线 球差随负透镜形状而变的曲线 透镜球差的校正方案 对于单透镜而言,减小球差的方法有两种,一是选择材料,二是透镜弯曲 采用正负透镜的组合,最简单的形式有双胶合透镜和双分离透镜 第二节 轴外点慧差 慧差的定义 慧差的形成 慧差的度量 慧差的影响 慧差的校正 慧差的定义 当物点位于光轴外时,物点偏离了球面系统的对称轴位置,轴外点的宽光束将会产生一种失对称的像差, 这种像差称为慧差。 子午面和弧矢面 慧差的形成 慧差的形成 慧差的形成 子午慧差 弧矢慧差 慧差的影响 慧差的校正 当光阑位于球心时,不产生慧差 改变光阑位置时慧差发生改变 对称结构慧差自动消除 第三节 轴外细光束像散 像散的定义 像散的形成 像散的度量 像散的影响 像散的校正 像散的定义 当轴外物点发出的一束很细的光束通过入瞳时,因轴外子午与弧矢光线不对称,使得子午像点与弧矢像点不重合。即一个物点的成像将被聚焦为子午和弧矢两个焦线,这种像差称为像散。 像散的形成 轴外细光束 见附图 像散视图 像散的度量 像散的形成 像散的形成 像散的形成 像散的形成 像散的形成 象散 象散 象散 象散 象散 象散 象散 象散 像散的影响 像散的校正 光阑位于球心不产生像散 改变光阑位置像散将发生改变 球面弯向光阑,比球心背向光阑引起的像散要小 像散光束的应用 人眼的散光及其校正 宽银幕放映镜头 半导体激光束的准直 第四节 轴外细光束场曲 场曲的定义 场曲的形成 场曲的度量 场曲的影响 场曲的校正 场曲的定义 理想光学系统对垂轴的平面物体成垂轴的平面像 实际光学系统对平面物体所成的像不在一个平面内 平面物体成弯曲像面的成像缺陷称为场曲像差 场曲的形成 见附图 场曲的度量 场曲曲线 场曲的影响 场曲的校正 正负透镜组合 厚透镜 第五节 像面畸变 畸变的定义 畸变的形成 畸变的度量 畸变的影响 畸变的校正 畸变的定义 理想光学系统物像共轭面上的垂轴放大率为常数,所以像与物相似 实际光学系统的一对共轭面上的放大率并不是常数,随视场的增大而变化 像对于物的变形像差称为畸变 畸变的形成 见附图 畸变的度量 绝对畸变 相对畸变 畸变的影响 畸变的校正 将孔径光阑设在球心处,不产生畸变 单个薄透镜或薄透镜组,当孔径光阑与之重合不产生畸变 结构完全对称的光学系统畸变自动消除 第六节 色差 色差的定义 色差的形成 色差的度量 (1)位置色差 (2)倍率色差 色差的影响 色差的校正 色差的定义 色差是描述两种波长成像点的差异 ,对任意两个波长谱线都可以计算色差 在可见光范围内,用F光(紫光)和C光(红光)的差异表示色差 色差的形成 色差的形成有两方面因素 1。光学材料对不同的波长有不同折射率 2。透镜具有色散作用 色差的种类 描述两种波长像点位置差异的称位置色差或轴向色差,通常对轴上点计算 描述两种波长像点高度(或放大率)差异的称倍率色差或垂轴色差,通常对轴外点计算 位置色差 以白光作为光源的轴上物点A发出一条孔径角为U的光线,其中F谱线和C谱线在像方光轴有交点,它们的像方截距二者之差称为该孔径的位置色差 近轴区域的位置色差 特别指出,以复色光成像的物体即使在近轴区

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