第六章 像差理论.ppt

第2章 理想光学系统 一、轴上点球差 由于光学系统是由多个光组构成，而每一个折射面都将对整个系统的球差有所贡献，而整个系统的球差值就是各个折射面产生的球差传递到系统像空间后相加而成的，故称每个折射面对系统总球差的贡献量值叫球差分布。这里的球差由二部分构成：1、该折射面本身产生的球差；2、折射面物方球差乘以该面转面倍率而得。 所谓的球差分布式是指构成系统的每个面对球差的贡献。其形式为： 二、单色光轴外像差 三、 色差 2. 倍率色差 只要讨论含轴平面上位于光轴一侧的光线即可了解整个光学系统的球差。 以单折射球面为例说明彗差形成的原因。 轴外点B发出的子午光束，对辅轴 BC 来说就相当于轴上点光束。其中上光线 a，主光线 z和下光线 b 与辅轴夹角不同，故有不同的球差值，所以 白光是各种不同波长（或颜色）单色光的组合。 若A点发出白光，经透镜后，不同色光在像空间光轴上形成位置不同的像点。 轴上点发出的同心光束经光学系统各球面折射以后，入射光线的孔径角不同，其出射光线与光轴交点的位置就不同，不再是同心光束，相对于理想像点有不同的偏离，这就是球差。 其值由轴上点发出的不同孔径的光线经系统后的像方截距L? 和其近轴光的像方截距 l ?之差来表示，即 （2-50） 1、球差的概念 像差概述 一个透镜理论上能够聚焦与一点，但事实上当不同高度的平行光线入射时，并不能真正汇聚与一点，此方面之差异量，称为球面像差。 像差概述 像差概述 轴上点的成像光束是关于光轴对称的，有球差的轴上点它在参考像面是一弥散圆。 显然，与光轴成不同孔径角 U 的光线具有不同的球差。 对边缘光线 (U=Um)求得的?L? ，则称之为边光球差； 对U＝0.707Um的光线求得的?L? ，则称之为0.707带光球差。 由轴上点 A点发出的过人瞳边缘的光线 AP(称边缘光线)其物方孔径角为 Um。 像差概述 2、单透镜的球差 　　对于单透镜来说，sinU1愈大，球差值也愈大，这说明单透镜自身不能校正球差。 单正透镜的球差均为负值，而单负透镜产生正球差。 3、单个折射面的三对无球差点 像差概述 1、当L=0时，即物位于顶点处，此时L‘=0，即物、像位于顶点处，此时没有球差产生。2、当sinI-sinI’=0时，即相当于入射光线与球面法线相重合，此时物点与像点均位于曲率中心处。3、? 当物位于 ，像位于 时也没有球差。 4、球差的校正 利用正负透镜组合，可以校正球差。 大部分光学系统只能做到对一条光线校正球差，一般是对边缘光线校正的，即?Lm?=0 ，这样的光学系统称为消球差系统。 　 ?L? 0称为球差校正不足或欠校正； ?L? ? 0称为球差校正过头或过校正； ?L?= 0，则表示光学系统对这条光线校正了球差。 像差概述 5、球差的分布公式 像差概述 对于轴外点，物面上各点均有球差，但小视场范围的点可认为球差的影响是一致的。 　　球差的精确值必须对轴上点发出的近轴光线和若干条实际光线进行光路计算，分别求出 L?和 l ?。 　 球差是轴上点唯一的单色象差。 像差概述 为考察单色光轴外像差，对轴外物点所发出的光束，一般在整个光束中通过主光线取出两个互相垂直的截面进行分析。 子午面与弧矢面的概念 主光线和光轴决定的平面，称为子午面； 通过主光线和子午面垂直的截面，称为弧矢面。 像差概述 1.彗差 彗差是轴外点宽光束成像所产生的像差。 彗差分为子午彗差和弧矢彗差。 a. 子午彗差 彗差的形成 三条光线不能交于一点，光束失去了对称性。 像差概述 　　用上、下光线的交点对主光线的垂直于光轴方向的偏离来表示这种光束的不对称，称为子午彗差，以 KT? 表示。 它是沿垂直于轴的方向量度的，故是垂轴像差的一种。 子午彗差值以轴外点子午光束上、下光线在高斯像面上交点高度的平均值和主光线在高斯像面上交点高度之差表示 像差概述 b. 弧矢彗差 由轴外点B 发出的弧矢光束的前光线 d 和后光线 e，折射后交于BS? ，由于二光线对称于子午面，故点BS?应在子午面内。 弧矢彗差总比子午彗差小，大约等于子午彗差的三分之一。 点 BS? 到主光线的垂轴方向的距离称为弧矢彗差，以KS? 表示。弧矢彗差 KS? 值为 XT? 像差概述 像差概述 a. 场曲 子午宽光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离 XT?称为宽光束的子午场曲，子午细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离 xt? 称为细光束的子午