[理学]物理光学与应用光学第六章.ppt

* 慧差是由于轴外点宽光束的主光线与球面对称轴不重合，而由折射球面的球差引起的。如果将入瞳设置在球面的球心处（如图6-15所示），则通过入瞳的主光线与辅助光轴重合，此时轴外点同轴上点一样，入射的上下光线对将对称于该辅助光轴，出射光线也一定对称于辅轴，球面将不产生慧差。入瞳偏离球心越远，失对称的现象越严重，慧差也就越大。 * 由于慧差是垂轴像差，当系统结构完全对称，孔径光阑置于系统的中央，且物像放大率β＝－1 时，整个光束结构关于系统的中心点对称（如图所示），系统前半部产生的慧差与后半部产生的慧差绝对值相同、符号相反，慧差完全自动消除。由于一般光学系统的放大率不等于－1，因此，绝对的对称结构并不适合，根据实际系统的物像关系，设计接近对称结构的光学系统，将有利于自动校正慧差。 * 如果连接所有子午像点将得到一个弯曲的子午像面，连接所有的弧矢像点也可得到一个弯曲的弧矢像面。在视场中心处（即轴上像点），像散为0，细光束理想成像，因此子午像面和弧矢像面在视场中心处重合且与理想像面相切，如图所示。这样，一个平面的垂轴物体，将形成两个弯曲的像面。 * 场曲的存在使得实际像面总是弯曲的，用平面接收屏无法获得平面物体在整个视场范围的清晰成像，或是视场中心清晰而边缘模糊，或是边缘清晰，中心模糊 * 在图中，设球面物体Q与折射球面R同心。由分析可知，垂轴平面上的物体不可能成像在理想的垂轴像平面上，这种偏离现象随视场的增大而逐渐加大，使得垂直于光轴的平面物体经球面成像后变得弯曲。这种弯曲并没有考虑像散的影响，相当于像散为0时的情况，我们把这种没有像散时的像面弯曲称为匹兹伐场曲，用 * * * * * * 3. 像散的性质 对单个折射面，无正弦差的位置和光阑位置 不存在像散。 轴上点无像散，两个像面必然同时相切于理 想像面与光轴的交点上。 子午像面和弧矢像面均为对称于光轴的 旋转曲面。 有像散必有场曲，但像散为零时，场曲不一 定为零。 当像散为零时的场曲称为匹兹伐尔场曲。 子午场曲 * 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面重合 就形成一个曲面（纯场曲） 像散和场曲既有区别又有联系 ※有像散必然存在场曲，但场曲存在是不一定有像散 畸变 1.畸变的定义 将不同视场的主光线经过系统后与高斯像面的交点 高度y’z与理想像高y’的差来表征畸变： 在实际光学系统中由于视场比较大而使垂直放大率不再是一常数，使像相对于物失去了相似性，这种使像变形的缺陷称为畸变。 2.畸变的表征 光学设计中，常用相对畸变q’来表征： 畸变产生原因 畸变由主光线的球差产生，z为轴上点，其近轴像点位于z’，实际像点位于z”。 3.畸变的性质 畸变是垂轴像差，只改变轴外点在理想像面上的 位置，使像失真，但不影响像的清晰度。 存在正畸变和负畸变。 放大率为-1的对称光学系统可自动消除畸变 完全消除畸变是非常困难的。 畸变是视场的函数。 初级慧差 二级慧差 ‥‥‥ * 哈工大测控技术与质量工程研究所 * 畸变的存在使轴外直线成为曲线像 枕形畸变（正畸变）：垂轴放大率随视场角的增大而增大的畸变。 桶形畸变（负畸变）：垂轴放大率随视场角的增大而减小的畸变。 无畸变 正畸变 负畸变 桶形畸变 光阑在透镜后面 枕形畸变 z D D D 孔径光阑 D 孔径光阑 D z D 光阑在透镜前面 无畸变 孔径光阑 4.畸变的分布 畸变分布系数为： 畸变分布为： * 必须注意： 1、畸变与其它像差不同，它仅由主光线的光路决定。 2、畸变的存在仅引起像的变形，但不影响成像的清晰度。 * 有些场合，如果畸变的数值很小，是可以允许的 但有些场合，畸变是非常有害的 如：计量仪器中的投影物镜、航空测量物镜等（影响其测量精度） 结构完全对称的光学系统，以-1倍的放大率成像，所有垂轴像差都能自动消除 畸变是一种垂轴像差，也能消除 色差 位置色差 按色光波长由短到长，其像点离透镜由近到远地排列在光轴上。这种现象就是位置色差，也称轴向色差。 )。 LF LC ?LFC AF AD AC 色差分为：位置色差和倍率色差 一、位置色差（轴向色差、纵向色差） 白色光中波长愈短折射率愈大，由薄透镜的焦距公式可知，同一薄透镜对不同色光有不同的焦距 F光：486.1nm，C光：656.3nm，D光：589.3nm 一定物距l成像时，因各色光的焦距不同所得到的像距l’也不同 位置色差的度量： 按色光的波长由短到长，其相应的像点离透镜由近到远地排列在光轴上，这种现象称为位置色差。 位置色差不同于球差，在近轴区就产生，细光束成像也不能获得白光的清晰像： 位置色差:描述两种波长像点位置差异的