2015-03-22-光学复习.pptVIP

透镜成像的像差图 球差 ：轴上物点发出的光束经透镜后，与光轴不同夹角的光线会聚于上的不同位置，像面上形成一个漫散圆斑。 高斯像点：轴上物点Q发出的近轴光线的出射光线近似交于同一点Q0； 轴向球差：最边缘光线经透镜后与光轴的交点Qh与高斯像点的间距?SL称为。 垂轴球差：最边缘光线与高斯像面的交点至光轴的高度?ST 圆斑半径：rs,M=MCs?3 M：透镜的放大倍数 Cs：球差系数，其最佳值为0.3mm左右； ?为透镜孔径半角。 减小透镜的孔径半角?，可减小漫散圆斑半径，从而提高透镜的分辨本领 象散：从离轴较远的物点发出的同心光束经透镜后，其子午面光束与弧矢细光束在不同位置会聚的现象 子午焦线、弧矢焦线：像散光束的横截面一般是椭圆，在两处退化成互相垂直的直线 最小模糊圈或明晰圈：像散光束在两焦线间的某处的横截面为一个圆 像散大小用两焦线间的距离在光轴上的投影来量度 像散原因：透镜对子午面内的光线和弧矢面内的光线的聚焦不同，即焦距不同 像散大小与物点离轴的距离、透镜折射率及表面曲率有关。适当选择透镜材料、表面曲率或用组合透镜可减小像散。 彗差：从离轴较近的轴外物点发出的宽光束，经透镜后在高斯像面上并不交于同一点，而是形成彗星形的亮斑 　　彗差和球差都由宽光束引起，故常混在一起，只有当轴上球差消除后才能观察到真正的近轴物点的彗差。与球差一样，利用配曲法可部分地消除彗差，也可用组合透镜来消除，但因消球差和消彗差所要求的条件不一致，故这两种像差不易同时消除 在透镜面上画出一系列同心圆1，2，3，4，入射到每个圆上的光线经透镜后在高斯像平面上仍落在一系列半径不同的圆周1′,2′,3′,4′上。但这些圆不再是同心的，它们的中心分布在通过高斯像点Q′的同一直线上，形成以高斯像点为尖端的彗星形光斑。 像面弯曲：垂直于光轴的物平面经透镜后成的像不是平面而是曲面的现象。弯曲的像面又称珀兹伐曲面。 图中ΣG是高斯像平面，ΣP为珀兹伐曲面。像散很大的光学系统一般也有很明显的像面弯曲。 畸变：像与物失去几何相似性的一种像差，它与横向放大率的不均匀性直接相关 横向放大率随物点离轴距离的增加而增大时称正畸变（或枕形畸变）；反之则称负畸变（或桶形畸变） 纵向色差：不同颜色光线的波长不同，焦距也不同 横向色差：不同颜色光线的波长不同，放大倍率不同 色差（色散现象）：不同波长的光线经透镜后没能聚集到同一个焦平面（不同波长的光线的焦距是不同的），或者由于透镜对不同波长光线的放大程度不同而不能会聚于一点。 色差可分为“纵向色差”和“横向色差”。 2、景深和焦长 景深（场深）：在保持像清晰的前提下，试样在物平面附近沿光轴可移动的距离，即试样超越物平面所允许的轴向偏差 焦长：在保持象清晰的前提下，像平面允许的轴向偏差，即指观察屏或照相底版沿镜轴所允许的移动距离。 当透镜焦距、像距一定时，严格地说，只有一个理想的物平面能在像平面上获得该物平面的理想的像。 凡偏离物平面的物点都存在一定程度的失焦，即在像平面上获得的不是一个像点，而是一个具有一定尺寸的像斑。同样，凡偏离理想平面的像点都存在一定程度的失焦。这些都将影响像的清晰度。 如果失焦的像斑尺寸不超过由衍射引起的埃利斑或由像差引起的散焦斑，则对透镜的像分辨率不会产生明显的影响 Df α L1 透镜的物距 2? Q’ 物平面 P 象平面 2M? L2 透镜的象距 Qi 透镜 Pi Q 景深（Df）示意图 景深Df与透镜的分辨率?、孔径半角?间的关系： Df = 2 ? /tan ? 孔径半角越少，景深越大 若：?=45?，?=1?m，则Df=2?m 这意味着如果物平面的位置在理想位置附近范围内移动，基本上不影响成像的清晰度 焦深（DL）示意图 DL 2?M L2 透镜的象距 L1 透镜的物距 透镜 象平面 物平面 屏 屏 P Pi α α 透镜的放大倍数M，焦长DL与透镜的分辨率?、像点所张的孔径半角?之间的关系： DL =2?M/tan?= 2?M2/tan? 透镜的放大倍数一定时，焦长随孔径半角减小而增大 若：?=45?，?=1?m，M=40，则DL=3.2mm 这意味着该透镜的像平面在理想像平面附近3mm范围内移动，图像仍然保持清晰。当用倾斜观察屏观察象时，或照相底片与观察屏不在同一象平面时，所拍象依然是清晰的。 3、阿贝成像理论简介（光学仪器理论, 杜德罗夫斯基） 观察物被照明时，每个细小的物点都会散射发光，每个物点都类似一个点光源。 简单地，用光栅类比被照明的物体（被网蒙住的透明面，光栅周期d是细节的线度）。平行相干光垂直照射光栅时，光被光栅衍射，在物镜的焦平面上形成一系列的主极大，也就是光谱（初级像）。各级主极大A0，A1，A2……的位置满足： dsin? = K?0 (K=0, ?1,