物理光学与应用光学第六章剖析.ppt

第6章 光线的光路计算及像差理论;本章重点; 实际光学系统都有一定大小的相对孔径和视场，远远超出近轴区所限定的范围。;像差的大小反映了光学系统质量的优劣;像差校正： ;1、原则 单色像差：选择接收器最灵敏的谱线。 复色像差：选择接收器能接收的波段范围的两边缘附近的谱 线校正。 同时接收器的光谱特性也直接受光源和光学系统的材料限制，三者合理匹配。 ;像差计算的谱线选择;光线的光路计算;光线光路的计算主要有三类：;子午面内的光线光路计算;近轴光线的光路计算 ;——高斯像; 如图所示，初始数据为;2.远轴光线的光路计算;子午平面内的特殊光线;*;轴上点：子午面与弧矢面光线分布一样 轴外点：弧矢光线对称于子午面，子午面内光线光束的对称性被破坏。;计算举例;球差;畸变;像散;*;例1：已知一折射球面其r =36.48mm，n =1， n’ =1.5163。轴上点A的截距 L=-240mm，由它发出一同心光束，今取U为-1°、-2 °、 -3 °的三条光线，分别求它们经折射球面后的光路。（即求像方截距L’ 和像方倾斜角U’ ）;U= -1°: U’= 1.596415° L’=150.7065mm ;球差的定义和表示方法 ;A;球差可以展开为h或U的多项式：;光学系统的球差分布公式;光学系统的初级球差分布公式;单正透镜产生负球差，自身无法单独消球差 单负透镜产生正球差，自身无法单独消球差;单一透镜其球差不可能降低为零 ;球差随正透镜形状而变的曲线 ;消球差的基本思路;最简单的方法 是在透镜前加一个光阑 只让近轴光线通过;设边光：;微分上式，并令其为零;;光学系统之所以能校正球差，是因为初级球差与二级球差反号，在某一带上相互抵消之故。 光学系统设计是改变结构参数控制初级球差，使之与二级球差获得平衡，从而获得球差校正。;*;*;*;解：;对于单个折射球面，在以下三种情况时球差为零： ;相应像点位置为 ;齐明透镜;由齐明条件;第一面l=0 ，即物点在球面顶点，其曲率半径任意，通常选择为平面。 ;非球面镜片;;;1.慧差的特征 ;慧差;轴上点：子午面与弧矢面光线分布一样 轴外点：弧矢光线对称于子午面，子午面内光线光束的对称性被破坏。;2.子午慧差;子午慧差的大小可以表示为 ;3. 弧矢慧差;4.慧差的性质 ;5.慧差的分布 ; 对于小视场，大孔径（提高分辨力）的系统（显微镜、望远镜等）而言，由于物高很小，彗差也很小，若用高度的绝对差值量来表示失对称的情况就不是非常的合理，不足以描述系统彗差的特性，所以对于小视场系统，一般用相对值来加以表示。 ;1.正弦差的特征 ;正弦条件：轴上点和近轴点均成完善像的条件。;4.正弦差的定义 ;5.正弦差的性质 ;6.四个不产生正弦差的位置 ; 孔阑和入瞳均在球心;如把两个弯月形透镜凹面相对，并在中间设置光阑，当物象的倍率为-1时，从光阑所在空间来看，透镜L1的上、下光线分别与透镜L2的下、上光线相同，因而透镜产生相反符号的彗差值，可自动抵消。 ;场曲和像散;场曲;;2.场曲性质： ;3.场曲的分布 ;光学系统存在场曲时，不能使一个较大的平面物体上的各点同时在同一像面上成清晰像;像散;像散;像散;像散波面;2.初级像散的分布;3. 像散的性质;子午场曲;*;畸变;1.畸变的定义 ;畸变产生原因;3.畸变的性质 ;*;;4.畸变的分布 ;*;*;色差;位置色差;;LF;色差分为：位置色差和倍率色差;位置色差的度量：;称为色差校正不足;因为位置色差会严重影响成像质量（可能比球差严重）;色球差： 指系统在0.707带光校正了??差之后，边缘带色差与近轴光色差并不相等，其差值为色球差。 ;由此可见，单薄透镜的位置色差仅由光焦度决定，而与透镜形状没有关系。Φ一定，γ越大，色差越小。;二、倍率色差（垂轴色差）;影响成像清晰度;*;*; 特性 像差;本章结束 谢谢大家