应用光学级八上课.ppt

§8-2 子午面内的光线光路计算 1、近轴光线的光路计算 （1）轴上点近轴光线的光路计算及校对 利用小l 公式以及转面公式进行计算 注意：这里u可以取任意值 实际在计算时，物点到入射光瞳的边缘连线作为u1的初始值 （第一近轴光线） 当物体为无限远，用光线的入射高度h1作为初始值，一般取入射光瞳的半径 见表8-1（P184） （2）轴外点近轴光线的光路计算，像高计算 由物体边缘点发出的光线经过入射光瞳中心的光路（第二近轴光线）计算仍以近轴光线计算，所有量均注下角标z（变成轴上点发出的光线） 2、轴上点远轴光线的光路计算及校对 利用大L公式—子午面内远轴光线光路计算公式 以及转面公式 为了保证光路计算的准确性，要用其它公式进行校对。 注意：教材P186 “2、轴外点···”应为“2、轴上点···” 上光线： 主光线： 下光线： 像差的大小反映了光学系统质量的优劣 几何像差主要有七种： 在实际光学系统中，各种像差是同时存在的。 这些像差影响光学系统成像的清晰 度、相似性和色彩逼真度等，降低 了成像质量。 §9-1 轴上点球差 球差是轴上点唯一的单色像差 对于单透镜来说，U 越大则球差值越大 单透镜自身不能校正球差 单正透镜会产生负值球差，也被称为球差校正不足或欠校正 单负透镜会产生正值球差，也被称为球差校正过头或过校正 光学系统中对某一给定孔径的光线达到δL =0的系统称为消球差系统 大孔径产生的球差 加发散透镜消除球差 球差 球差 单个折射球面的球差表达式： 同一个光学系统，上式的转面倍率中的因子有下列关系： 简化得到整个光学系统球差表达式: 当实际物体成像时，δL1=0，折射面的 和 的乘积即为该折射面对光学系统总球差值的 贡献量，将S—称为球差分布系数，其大小表征了该面所产生的球差大小。 称为光学系统的球差系数，表征了系统的球差大小。 　　　分析折射球面球差的分布系数的特性及确定折射面的无球差点的位置和有球差时的球差正负号，将球差写成下式便于分析： 用三角函数关系公式整理上式得到： ３、 　　 　物点位置：　　　　　　像点位置： 　这对无球差共轭点位置，它们都在球心的同一侧，或是实物成虚像，或是虚物成实像。 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　这对共轭点不论物方孔径角有多大，其　　　 　　　　　　　　　　　比值始终保持常数，故不产生球差，这 　　　　　　　　　　　对共轭点称为不晕点（齐明点） §9-2 彗差 了解成像光束光线的全貌： 子午平面和弧矢平面 彗差是轴外物点发出宽光束通过光学系统后，并不会聚一点，相对于主光线而是呈彗星状图形的一种失对称的像差 彗差通常用子午面上和弧矢面上对称于主光线的各对光线，经系统后的交点相对于主光线 的偏离来度量，分别称为子午彗差和弧矢彗差 当不考虑子午场曲时，可认为子午彗差是在高斯像面上度量的 弧矢彗差指对弧矢光线度量的彗差 弧矢光线对交点离开主光线的垂直距离Ks’用来 表示此光线对交点偏离主光线的程度 折射后的成像光束与主光束OBy’失去了对称性 距离主光线像点越远，形成的圆斑直径越大 彗差的形状有两种： 彗星像斑的尖端指向视场中心的称为正彗差 彗差对于大孔径系统和望远系统影响较大 彗差的大小与光束宽度、物体的大小、光阑位 置、光组内部结构（折射率、曲率、孔径）有关 彗差 彗差 §9-3 像散和像面弯曲 9.3.1 像散（像散差） 轴外点细光束成像，将会产生像散和场曲 它们是互相关联的像差 这种即非对称又不会聚于一点的细光束称为像散光束 如果轴外物点是“十”字形图案 当光学系统的子午像点比弧矢像点更远离高斯像面，即lt’ls’，像散Xts’为负值，反之，像散为正值 像散是物点远离光轴时的像差，且随视场的增 大而迅速增大 若光学系统存在像散，则实际像面还受像散的影响而形成子午像面和弧矢像面 场曲需要以子午场曲和弧矢场曲来表征 子午细光束焦点相对于理想像面的偏离称为细光束子午场曲，用符号xt’表示 子午宽光束焦点相对于理想像面的偏离称为宽光束子午场曲，用符号XT’表示 细光束子午场曲与宽光束子午场曲之差为轴外点子午球差 （2）弧矢场曲 弧矢细光束焦点相对于理想像面的偏离称为细光束弧矢场曲，用符号xs’表示 弧矢宽光束焦点相对于理想像面的偏离称为宽光束弧矢场曲，用符号XS’表示 细光束弧矢场曲与宽光束弧矢场曲之差为轴外点弧矢球差 当光学系统不存在像散（即子午像与弧矢像重 合）时，垂直于光轴的一个物平面经实际光学 系统后所得到的像面也不一定于理想像