第6章 光线的光路计算及像差理论 工程光学课件.pptVIP

本章重点 光学系统像差的基本概念 光学系统像差的种类 初级单色像差 基本概念 实际光学系统只在近轴区域成完善像。 像差是由实际光路和理想光路之间差别而引起的成像缺陷。 单色像差：光学系统对单色光成像所产生的像差,包括：球差、慧差、像散、场曲、畸变等五种。 色差：由不同折射率引起的不同波长光线的成像位置和大小也不同。包括：位置色差和倍率色差。 讨论像差的目的是为了能动地校正像差，使光学系统在一定孔径下对给定大小的视场成满意的像。 实际波面与理想球面波的偏差称为波像差。 像差计算的谱线选择 对光能接收器的最灵敏的谱线校正单色像差； 对接收器所能接收的波段范围两边缘附近的谱线消色差； 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 1. 目视光学系统对e光(λ=546.1nm)消单色像差，对F光(λ=486.1nm)和C光(λ=656.3nm)消色差。 2. 普通照相系统对蓝光最灵敏，所以对F光消单色像差，对D光(λ=589.3nm)和G’光(λ=434.1nm)消色差。 3. 天文照相系统对G’光(λ=434.1nm)消单色像差，对h光(λ=404.7nm)和F光(λ=486.1nm) 消色差。 。 4. 近红外光学系统对C光消单色像差，对d光(λ=587.6nm)和A’光(λ=768.2nm) 消色差。 5. 紫外光学系统对i’光(λ=365.0nm)消单色像差，对 λ=257.0nm光和h光(λ=404.7nm) 消色差。 6. 特殊光学系统针对特定波长消单色像差，无需消色差。 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 沿轴外点主光线的细光束像点的计算 子午面外光线或空间光线的计算 子午面内的光线光路计算 沿轴外点主光线细光束的光路计算 计算举例 轴上点的球差 球差的定义和表示方法 非球面镜片 正弦差和慧差 正弦差 慧差 场曲和像散 场曲 像散 畸变 色差 位置色差 按色光波长由短到长，其像点离透镜由近到远地排列在光轴上。这种现象就是位置色差，也称轴向色差。 倍率色差 对轴外点来说，两种色光的垂轴放大率不一定相等。因此，同一物体成像将引起像的大小不同，称为倍率色差(或放大率色差．或垂轴色差)* 光学系统的倍率色差是以两种色光的主光线在消单色光像差的高斯像面上交点高度之差来量度。 初级色差 本章结束 谢谢大家 3. 像散的性质 对单个折射面，无正弦差的位置和光阑位置 不存在像散。 轴上点无像散，两个像面必然同时相切于理 想像面与光轴的交点上。 子午像面和弧矢像面像散均为对称于光轴的 旋转曲面。 有像散必有场曲，但像散为零时，场曲不一 定为零。 当像散为零时的场曲称为匹兹伐尔场曲。 1.畸变的定义 将不同视场的主光线经过系统后与高斯像面的交点 高度y’z与理想像高y’的差来表征畸变： 在实际光学系统中由于视场比较大而使垂直放大率不再是一常数，使像相对于物失去了相似性，这种使像变形的缺陷称为畸变。 2.畸变的表征 光学设计中，常用相对畸变q’来表征： 3.畸变的性质 畸变是垂轴像差，只改变轴外点在理想像面上的 位置，使像失真，但不影响像的清晰度。 存在正畸变和负畸变。 放大率为-1的对称光学系统可自动消除畸变 完全消除畸变是非常困难的。 畸变是视场的函数。 初级慧差 二级慧差 ‥‥‥ 4.畸变的分布 畸变分布系数为： 畸变分布为： )。 LF LC ?LFC AF AD AC 目视光学仪器的位置色差为 一般光学系统对0.707带校正色差,色差小于零者为校正不足，色差大于零者为校正过头。 光学系统对带光校正了色差后，在其它带上有剩余色 差。为全面了解色差情况，还必须计算边光和近轴光 的色差． 微分上式，并令其为零 此式说明，当边光球差为零时，带光具有最大的剩余球差值。 这就是一定要选边光和带光进行球差计算的原因。 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。 当孔径增大时，光学系统二级球差与初级球差迅速增大，带光的剩余球差亦随之增大。故系统相对孔径不能任意增大,孔径愈大，为消球差所需的结构愈复杂。 对于单个折射球面，在以下三种情况时球差为零： （1）L＝0，此时L必为零，即物点、像点均与球面顶点重合。 （2）光线和球面法线重合，物点和像点均与球面中心相重合。 （3） 。 不晕点（齐明点） 相应像点位置为 如下图所示