光学系统的像差.pptVIP

理想成像的要求 出入射光束为同心光束，只有近轴区成像才是理想成像。 像差概念的导出 实际光学系统中,存在着远轴区产生的实际像与近轴区产生的理想像之间的偏离。此时,从物体上任一点发出的光束通过光学系统后不能会聚为一点,而形成一弥散斑,使像不能严格地表现出原物体形状,这就是像差。 实际光学系统中轴上点的成像 单色像差 球差——轴上点宽光束像差 彗差——轴外点宽光束像差 像散——轴外点细光束像差 像面弯曲（简称场曲） 畸变 球 差 轴上物点以宽光束成像时产生的像差。 不同孔径角的光线所成的像点相对于理想像点的位置偏离。 由于此球差是沿光轴方向度量的，也称为轴向球差 正透镜球差图示 负透镜球差图示 影响球差的主要因素： 随物方孔径角的增大而增大 与透镜形状有关 与焦距有关，焦距越长，球差越小 轴外像差 彗差——轴外点宽光束像差 像散—— 轴外点细光束像差 像面弯曲（简称场曲） 畸变 慧差 子午面由轴外物点B和光轴组成的对称面 弧矢面通过主光线和子午面垂直的面 主光线：由轴外物点B发出并通过入瞳中心的光线 子午彗差：子午面上、下光线的交点BT′到主光线在垂直光轴方向的偏离，称为子午彗差，用符号KT′表示。 弧矢彗差：弧矢面上前、后光线的交点BS′到主光线在垂直光轴方向的偏离，称为弧矢彗差，用符号KS′表示。 畸变的产生 对于一般实际光学系统来说，只有在近轴区垂轴放大率才是常数。当视场增大时，像的垂轴放大率便会随视场变化而异，这将会使像相对于原物失去相似性。这种使像变形的成像缺陷就称为畸变。 如光学系统存在正畸变即实际像高大于理想像高，所成的像为枕形，负畸变则成桶形。 畸变只引起变形，不影响像的清晰度 畸变使像变形 五、色像差 用白光进行成像时，除了每种单色光仍会产生五种单色像差外，还会因不同色光有不同折射率造成的色散，而使不同的色光有不同的传播光路，从而呈现出因不同色光的光路差别而引起的像差，称之为色像差（简称色差）。色像差因性质不同而分为位置色差和倍率色差两种。 位置色差是描述2种色光对轴上物点成像位置差异的色差。 正透镜位置色差图示 负透镜位置色差图示 色差严重影响光学系统成像性质，一般光学系统都必须校正色差。可以用正负透镜适当组合来校正位置色差。 影响位置色差的主要因素： 随孔径角的增大而增大 与光学材料的折射率和色散率有关 与透镜的焦距有关 倍率色差 此是一种因不同色光成像的高度（也即倍率）不同而造成的像大小差异的色差。 它是以两种色光（此即F光和C光）的主光线在高斯像面上的交点高度之差来度量，以符号?YFC′表示之。 倍率色差图示 倍率色差随视场的增大而增大，由于倍率色差的存在，使物体边缘呈现彩色，从而，造成白光所成的像呈现彩色斑。 对于一般光学系统来说，球差、慧差和位置色差这三种对对成像性质影响较大，所以首先考虑消除，因人眼具有自动校正色差功能，故影响成像质量主要是球差和慧差。 光学设计的意义 尽管光学系统有一系列像差，而且一般总不能将其完全校正和消除。但由于人眼和所有其它光能接收器也有一定的敏感缺陷，只要使得各种像差的数值小于一个容许的限度，人眼和其它光接收器还是觉察或反映不出其成像的不完善性。这样的光学系统从实用意义来说，可认为是理想的。 影响倍率色差的主要因素： 随视场的增大而增大； 与光阑位置有关； 与光学材料的折射率和色散率有关 像散和场曲 像散图示 子午、弧矢2个方向的光束在主光线上不同位置分别产生2条相互垂直的前后焦线，称… 子午焦线和弧矢焦线与主光轴的交点分别称为子午像点和弧矢像点，二者在延轴位置的差异称为像散 像散的影响因素 随视场增大而增大 与光阑位置有关 与系统焦距及透镜表面曲率有关 此外，与光束大小也有关 像面弯曲（简称场曲） 场曲 光学系统如存在像散，一个物面将形成两个像面（即子午像面和弧矢像面），两弯曲像面与高斯像面的偏离分别称为子午场曲和弧矢场曲，以符号 xt′和xs′表示之。 球面光学系统存在场曲是由球面本身的固有特性决定的，如存在较大场曲时，就不能使平面物体上各点同时清晰成像，此时若把中间调清晰，边缘就变的模糊。 场曲的危害 Optics of astigmatic Lenses 场曲的影响因素 随视场增大而增大 与光阑位置有关 与球面系统结构有关 此外，与光束大小也有关 不同波长的光，焦距不同,像的位置不同．在1,2,3三截面上,形成的光环半径不同. 近轴物近轴光线成像的色差 上排为位置色差，下排为球差，两者均为轴上像差 入瞳 C F YF? YC? -?YFC? A BF′ BC′ B 轴外物点发出的同心光