应用光学 像差.pdf

第七章 光学系统的像质评价和像 差 成像性能的要求分为两类 • 光学特性 • 成像质量 成像质量的评价方法分为两类 • 光学系统实际制造完成以后，星点法、分辨率 • 设计阶段：几何像差、波像差 星点检验 检验时使用带有微孔的星点板，一般用眼睛直接观察 星点板的星点像，对于显微物镜等小像差系统主要看 看星点像的大小和形状 分辨率 理想光学系统衍射分辨率普遍公式 鉴别率板 使用数码相机对此板实拍后，对数码照片可以判读 出相机的分辨率 §7.1 像差概述 一像差Aberration ①以前研究的都是理想像，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 ②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（如显微镜） ③像差－实际像与理想象之间的偏差 二初级像差 sin U ≈U ≈tan U cos U ≈1 U 3 U 5 sin U U − + 3! 5! U 2 U 4 cos U 1− + 2 ! 4 ! U 3 2U 5 tan U U + + 3 15 三像差类别 波像差 实际波面与理想波面之间的光程差异，常用来评价光 学系统的成像质量，是几何像差的综合体现。 尤其对于小像差系统，波像差更能反映像质。 评价像质标准——瑞利判据：当系统最大波像差 λ ＜ ，成像是完善的 4 四像差谱线的选择 计算和校正像差谱线的选择主要取决于接收器 的光谱接收特性。 像差进行校正时，只能校正某一波长的单色像差，对于 不同的接收器件像差谱线的选择有很大区别。 在设计时应该沿循原则：使接收器的接收波段与灵敏谱 线、光源的辐射波段与最强谱线、光学系统的透过波段 相匹配 对于成像光学系统，像差是极其有害的， 没有像差的光学系统是不存在的(除平面镜) 像差的消除是个非常大而困难的问题，完 全消除也不可能 把像差校正到某一公差范围内 了解各种像差的现象、产生原因、光束结 构、减小像差的措施 §7.2 球差（轴上点单色像差 Monochromatic ） 一定义 轴上点A发出的某孔径带的光线与近轴光线交于不同点，形成球差 球差－系统对轴上物点单色粗光束，成像时所产生的像差 球差是轴上点唯一的单色像差 轴向球差 δL L−l 垂轴球差 δT δLtan u 垂轴球差表示由轴向球差引起的弥散圆的半径 接收屏在空间沿着主光轴移动，接收到的弥散斑都是 圆形的，位置不同，弥散斑的直径也不同 大孔径产生的球差 二与哪些因素有关？ 1. δL 是h、u的函数 2. δL 与f ’、D/f ’、n、r、透镜形状有关 三消除方法 1.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n 和曲率半径r ，r 都有 L 1 2 关，因透镜焦距f也是n 和r ，r 这三个参量的函数，故 L 1 2 对给定的nL，同样焦距的透镜可以有不同的曲率比 r /r ，选择这个比值，可使球差的数值