华中科技大学《应用光学》课程ppt——第九章光学系统像差.pptVIP

预备知识 主光线：某视场点发出的通过入瞳中心的实际光线第一近轴光线：轴上物点A发出的通过入瞳边缘点的“近轴”光线第二近轴光线：轴外某视场点发出的通过入瞳中心的“近轴”光线子午平面：包含物点和光轴的平面称子午平面弧矢平面：包含主光线并与子午平面垂直的平面称弧矢平面辅轴：轴外点和球心的连线称为该折射球面的辅轴上光线：轴外点发出通过某孔径带上边缘的光线称某孔径带的上光线下光线：轴外点发出通过某孔径带下边缘的光线称某孔径带的下光线前光线：轴外点发出通过某孔径带前边缘的光线称某孔径带的前光线后光线：轴外点发出通过某孔径带后边缘的光线称某孔径带的后光线 § 9－1 轴上点的球差 5. 光学系统的球差分布公式： § 9－2 彗差 § 9－3 象散和像面弯曲 场曲与轴外球差 场曲 子午场曲：表示子午光束的交点沿光轴方向与高斯像面的距离的量度。宽光束的子午场曲X’T；细光束的子午场曲x’t； 弧矢场曲：表示弧矢光束交点沿光轴方向到高斯像面的距离的量度；宽光束的弧矢场曲X’S；细光束的弧矢场曲x’s； § 9－4 畸变 § 9－5 正弦差 a：物在无穷远： 4. 不产生正弦差的条件： § 9－6 位置色差 § 9－7 倍率色差 § 9－8 初级单色像差 § 9－9 初级色差 根据使用条件，光学系统大体上分为： 小视场大孔径光学系统，也称小像差系统，如显微镜，望远镜。主要考虑与孔径有关的象差：球差，正弦差，位置色差； 大视场小孔径系统，如目镜；主要是轴外像差，特别是倍率像差，彗差，象散和场曲、畸变； 大视场大孔径系统，也称大像差系统,如照相物镜；不仅要考虑球差，位置色差等轴上点的像差，还要考虑全部轴外像差； 物有限远的正弦条件 物无限远的正弦条件 物无限远的等晕条件 因为 所以 即 ?1）iZ ＝0，光阑在球面曲率中心； 2）l=l′=0，物象点在球面顶点； 3）i=i′，物象点在球面曲率中心； 4）i ′=u，满足物象齐明条件： 具体判断和计算方法： 用近轴光线光路计算高斯理想像的小写参数等 用实际光路计算方法计算大写U’,L’等。 正弦条件 等晕条件 色差：光学材料对不同波长的色光有不同的折射率，因此同一孔径，不同颜色的光之间成像位置和成像大小产生差异，这种差异称为色差。 位置色差（轴向色差）：轴上点两种色光成像位置的差异；位置色差与孔径有关。 D F C 1.光学材料对不同波长的色光折射率不同，波长愈短折射率愈高。 当透镜对一定的物距的物体白光成象时，按色光的波长由短到长，它们的象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，也称为轴向色差。即使在光学系统的近轴区，也同样存在位置色差。 2. 影响： 左图是不同位置时轴上点复色光和单色光形成的弥散斑，可见： 位置色差和球差都是轴上点像差 位置色差和球差都产生圆形弥散斑 位置色差产生彩色圆形弥散斑，球差产生单色圆形弥散斑 3. 位置色差的计算： 1）设λ1 和λ2 为消色差谱线的波长，λ1 λ2 ，以波长较长的λ2 为基准 远轴光： 近轴光： 2）目视仪器对黄绿光（D光）校正单色像差，对红光（C光）和蓝光（F光）校正色差 想一想：在消色差环带，F光与C光像点重合，它们能否与d光像点重合？为什么？ 位置色差是对两种色光而言，在某孔径带校正了位置色差后，两种色光像点与主色光的像点之间的距离称二级光谱。 消像差及谱线选择原则： 消除主要像差，使接收器不能察觉 基本原则是：对光能接收器的最灵敏的谱线校正单色像差， 对接收器所能接收的波段范围两边缘附近的谱 线校正色差， 目视光学系统：选择D光、e光校正单色像差，C光和F光校正 色差 普通照相系统：选择F光校正单色像差，选择D光和G’光校正 色差 近红外光学系统：对C光校正单色像差，对d光和A’光校正色差 近紫外光学系统：对i光校正单色像差，对λ光和h光校正色差 倍率色差（垂轴色差）：轴外物点发出的两种色光的主光线在消单色光像差的高斯像面上交点高度之差。倍率色差是像高的色差别，它仅是视场的函数。 由式β=-x′／f′ 知，不同色光的焦距不等时，放大率也不等，而有不同象高。 2. 倍率色差为轴外点发出两种色光的主光线在消单色光象差的高斯象面上交点高度之差，且以波长较长的色光交点高度为基准。 远轴光： 近轴光： 目视系统： 3. 影响：破坏了轴外点的清晰度，造成白光象的模糊；严重时，物体的象有彩色边缘。 4. 倍率色差与光阑位置的关系： 光阑在透镜前后，倍率色差反号。 像散场曲和倍率色差同时存在 彗差和倍率色差同时存在 对称系统自动消倍率色差。 1.各