[物理]光学系统中的光束限制.ppt

孔径光阑经其前面的透镜或透镜组在物空间所成的像称为入射光瞳，简称入瞳，它是入射光束的入口。 孔径光阑经其后面的透镜或透镜组在像空间所成的像称为出射光瞳，简称出瞳，它是出射光束的出口。 一般来说，七种像差中，球差、位置色差为轴上点像差，其余为轴外点像差；球差、彗差、位置色差属于宽光束像差，像散、场曲、畸变、倍率色差属细光束像差。 宽光束像差随孔径增大而迅速增大，是大孔径系统（如显微物镜、望远物镜等）必须校正的； 细光束像差随视场的增大而快速增大，是大视场系统（如目镜等）必须校正的； 对于孔径和视场都较大的系统，如照相物镜，七种像差都应进行校正。 从像差的度量方法来看，彗差、畸变和倍率色差是在垂轴方向量度，属垂轴像差，球差、像散、场曲和位置色差在沿轴方向量度，属轴向像差。 凡轴外像差都与光阑位置有关，选择合适的光阑位置可改善轴外点成像质量，如对于单薄透镜，当光阑与之重合时，畸变和倍率色差为零。 光孔Q1Q2限制了成像物平面的大小，故Q1Q2是视场光阑。视场光阑被前面的光学零件(透镜02和01)成的像为入射窗(Ql’Q2’)，被后面光学界件所成像为出射窗(图中为Q2Q2本身)。 通过入瞳中心的光线称为主光线，它也同时通过孔经光阑和出射光瞳中心。主光线是各个物点发出的成份光束的光束轴线。 光孔Q1Q2限制了成像物平面的大小，故Q1Q2是视场光阑。视场光阑被前面的光学零件(透镜02和01)成的像为入射窗(Ql’Q2’)，被后面光学界件所成像为出射窗(图中为Q2Q2本身)。 通过入瞳中心的光线称为主光线，它也同时通过孔经光阑和出射光瞳中心。主光线是各个物点发出的成份光束的光束轴线。 摄影系统和投影仪器 绝大多数的光学系统都对白光或复色光成像。同一光学介质对不同色光有不同的折射率，因此，白光进入光学系统后，由于折射率不同而有不同的光程，这样就导致了不同色光成像的大小和位置也不相同，这种不同色光的成像差异称为色差。色差有两种，即位置色差和倍率色差。 在近轴区内一个物点发出的球面波经过光学系统后仍然是一球面波，由于衍射现象的存在，一个物点的理想像是一个复杂的艾里斑。 慧差是轴外像差之一，它破坏了轴外视场成像的清晰度。慧差值随视场的增大而增大，故对大视场的光学系统，必须校正慧差。 一、球差 轴上点发出的同心光束经光学系统后，不再是同心光束，不同入射高度的光线交光轴于不同位置，相对近轴像点(理想像点)有不同程度的偏离，这种偏离称为轴向球差，简称球差。 由于球差的存在，在高斯像面上的像点已不是一个点，而是一个圆形的弥散斑，弥散斑的半径大小，称作垂轴球差。 球差的存在引起成像的模糊 球差的校正:共轴球面系统：单透镜不能校球差，需正负透镜组合；减小光阑直径。 二、慧差（正弦差） 正弦差与慧差没有本质区别，二者均表示轴外物点宽光束经光学系统成像后失对称的情况，区别在于正弦差仅适用于具有小视场的光学系统，而慧差可用于任何视场的光学系统。 具有慧差的光学系统，轴外物点在理想像面上形成的像点如同慧星状的光斑，靠近主光线的细光束交于主光线形成一亮点，而远离主光线的不同孔径的光线束形成的像点是远离主光线的不同圆环，故这种成像缺陷称为慧差。 正弦差越大，说明小视场大孔径光线失对称现象越严重。故视场很小时就要考虑彗差。 减小彗差： 彗差和透镜的形状、物点的位置、光阑的大小和位置有关： 物点及光阑的位置（同心原则）：如光阑过单折射面的球心时不产生彗差。 减小光阑直径 三、像散 如果物点离轴较远，入射光束的倾斜较大，即使它发出的是细光束，经过系统后不能交于一点，而是变成像散光束，称为像散。 像散光束：与非球面波面元对应的细光束称为像散光束，其特征是诸光线彼此不平行又不相交于一点，而是会聚成两条相互垂直的短线。 B o S’ T’ B’ T’ S’ 当存在像散时，不同的像面位置会得到不同形状的物点像。图中示出当系统具有像散时．不同像面位置物点的成像情况。 四、场曲 垂直于光轴的一个平面物体，只有在旁轴区域内，才近似地成像于一个平面。对于较大的物平面，经过光学系统所成的清晰像面不是平面而是一个抛物面，称为像场弯曲，简称场曲。 场曲和像散是两个不同的概念，虽然像散必然引起像面弯曲； 但像散为0 时，像面并不是平的，而是相切与高斯像面中心的二次抛物面。 Bt’ Bs’ xs’ xt’ xts’ ls’ lt’ l’ B B0’ A 五、畸变 当物体发出的光线和光轴成很大角度时，即使是很窄的光束，像和物不能保持几何相似，这称为畸变。 畸变是垂轴像差，只改变轴外物点在理想像面上的成像位置，使像的形