第6章 像差与成像质量评价(修改).pdf

第六章 像差与成像质量评价 在几何光学中，我们从理想光学系统的观点讨论了光学系 统的成像原理。但是，实际光学系统只 近轴区才具有理想光 学系统的性质，即只有当孔径和视场很小的情况下才能成完善 像，而这样的光学系统实际应用意义不大。 第一节:概述 第一节:概述 通过前面的学习，我们了解到：除平面反射镜外，其他的光学 系统都不能成完善像，即系统存 像差。像差是指实际光学系统的 成像与理想光学系统成像之间的差异。实践和理论都可证明要完全 消除像差也是不能的。 但是从另一方面 ，由于人眼和其他光接收器本身都具有一定 的缺陷，所以也就没有必要把光学系统的像差完全消除。实际上， 只要把影响像质的几个主要像差减小到某种容限范围内,即接收器不 能察觉时，就可认为光学系统得到了满意的成像效果。 像差，透镜或反射镜所呈的像与原物面貌并非完全相同的现象。 造成球面像差的原因：是由于一点光源发散的光线被分聚在不同的点 原因： 上的缘故。 理想光学系统 理想光学系统 如果通过光学系统后仍然是同心光束，则 会聚点成像：完善像点。 物面上所有点发出的光束都在像方成完善像点：则系统成完善像。 不考虑像差的成像关系即是理想光学系统。 完善成像的物理条件 完善成像的物理条件 由于物点发出的是球面波，而其完善像点由会聚的球面波形成，而 球面波面之间的光程是相等的，所以，完善成像的物理条件是：物 点和像点之间所有光线的传播等光程。 A -i n 1 n l l -i 2 -u j u P O r C P -s s 完善成像的条件是苛刻的 实际工程中，满足等光程、满足完善成像条件是很困难 的。数学推导得出光学透镜表面是一个4次曲线方程，将该曲线 绕光轴旋转得到卵形曲面。它的加工是十分困难的。 非完善成像的情况下，成像光束不再是同心光束，得到的 像点为一个弥散斑。 实际的光学系统的透镜大多是由球面构成 非球面光学加工的复杂性和高难度，相对来说，球面 的加工则容易得多，所以，一般光学系统都用球面来代替 非球面，只有 特殊要求的情况下，才采用非球面。 采用非球面的情况： ⑴ 航天领域 ⑵ 高科技领域 ⑶ 能够采用模压镜片的场合 （批量生产） 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。 v 与近轴区成像比较必然在成像位置和像的大小方面存在一定 的差异，被称为像差。 v 指 光学系统中由透镜材料的特性或折射 （或反射）表面的几 何形状引起实际像与理想像的偏差。 像差产生的几何原因： 像差产生的几何原因： 不同孔径的入射光线，成像位置不一样； 不同视场的光线，成像放大倍率不一样。 像差分类： 像差分类： 根据成像的条件和特性，把像差分为两大类： 第一类：用单色光成像时系统产生的像差，称为单色像差，可用几 单色光成像 何像差和波像差表示，其中单色几何像差又包括球差、慧差、像 散、场曲和畸变。 第二类：用复色光成像时，由于介质的色散性而引起的不同色光之 复色光成像 间成像的差别，称为色像差。色像差可表示为几何色差和波色差， 其中几何色差又包括位置色差和倍率色差。 在实际光学系统中，各种像差是同时存在的。这些像差影响光 在实际光学系统中，各种像差是同时存在的。这些像差影响光 学