像差概论球差位置色差.ppt

第七章 像差理论与像质评价 2012-11-1,2,近轴光学系统,Gaussian Optics Paraxial Optics First Order Optics,近轴光学：近轴物点以细光束成像,3,像差概述,1. 数学解释,Third Order Optics,4,像差概述,2. 棱镜折射：,5,像 差,3. 衍射解释,6,像 差,4. 实际应用,孔径、视场,7,像差概念的导出,实际光学系统存在着远轴区产生的实际像与近轴区产生的理想像之间的偏离。 从物体上任一点发出的光束通过光学系统后不能会聚于一点，而是形成一弥散斑，使像不能严格地表现出原物体形状，这就是像差，即对光学系统成像不完善程度的描述。,彗差 像散 场曲 畸变,几何像差,单色像差,色差,轴上点像差 - 球差,轴外点像差,位置色差,倍率色差,波像差,像差,像 差,9,球差,10,彗差,主光线,下边光,上边光,球差,彗差,11,象散,子午面,弧矢面,12,场曲,13,畸变,14,波像差,波动光学理论解释：,15,实际光学系统的成像要求,主要有两方面： 一是光学特性，包括焦距、放大倍率、相对孔径及视场大小等； 二是成像质量，即要求光学系统所成的像足够清晰，而且物像相似、变形小。,16,光学设计的意义,当成像物体的位置和大小一定时，像差只是光学系统结构参数（r、d、n）的函数。可通过光学设计，确定出各种像差都相对较小的最佳光学系统结构参数。 不可能将光学系统的像差完全校正和消除，只要求像差的数值小于一定限度，接受器件察觉和反映不出其成像的不完善性即可。 平面反射镜成像不产生像差。,17,像差理论与像质评价,目的要求： 掌握光学系统中各种像差的产生原因、定义、性质及主要影响因素； 熟悉波像差的基本概念； 熟悉光学系统的像质评价方法； 了解光学系统光路计算的方法和步骤,光线的光路计算,19,光线追迹,即光线的光路计算 理想像：可用近轴光路计算公式或牛顿公式、 高斯公式 实际像：应用实际光路计算公式、费特公式,20,光线的光路计算,轴外点,21,光线的光路计算,子午面内近轴光线的光路计算 轴上点 轴外点 子午面内远轴光线的光路计算 轴上点 轴外点 轴外点沿主光线细光束的光路计算 子午面外的空间光线的光路计算,22,子午面内近轴光线,轴上点第一近轴光线,拉赫不变量,23,子午面内近轴光线,轴外点第二近轴光线,24,子午面内近轴光线,轴外点第二近轴光线 理想像高,25,子午面内远轴光线,轴上点,26,子午面内远轴光线,轴外点,27,子午面内远轴光线,轴外点 实际像高,28,轴外点沿主光线细光束的光路,29,像 差,彗差 像散 场曲 畸变,几何像差,单色像差 （塞德耳像差）,色差,轴上点像差 - 球差,轴外点像差,位置色差,倍率色差,30,球 差,不同入射高度（或孔径角）的光线所成的实际像点相对于理想（近轴）像点的位置偏离。,31,正透镜负球差,轴向球差： L = L l 垂轴球差： T = L tgU,32,负透镜正球差,33,球差的性质,1. 轴上物点以宽光束成像时产生的像差；球差是孔径角 (入射高度)的函数 2. 球差是轴上点唯一的单色像差； 3. 球差具有对称性； 4. 球差与视场无关; 5. 球差随透镜的形状、焦距不同而变化;,34,正透镜球差模拟,f=36.8,f=31.8,l=-60, f=36.8,35,球差展开式,第一项为初级球差，第二项为二级球差，二级以上为高级球差（三级球差）,36,球差的校正,球差的校正,37,像 差,彗差 像散 场曲 畸变,几何像差,单色像差 （塞德耳像差）,色差,轴上点像差 - 球差,轴外点像差,位置色差,倍率色差,色 差,光学材料对不同色光有不同的折射率，各种色光会因折射角不同而发散（即色散），各种色光将有不同的传播途径，最终得到各自不同的成像位置和成像倍率，这种成像的色差异称之为色差。 色差因性质不同而分为位置色差和倍率色差。,位置色差（轴向色差）,近轴区：lFC = lF - lC （轴上点近轴光线光路计算） 远轴区：LFC = LF - LC （轴上点远轴光线光路计算）,位置色差：轴上点以白光细光束成像时产生的像差,负透镜位置色差,LFC,-LC,-LF,- L,A,单薄透镜的位置色差,当 l = -（即平行光入射）时，单薄透镜近轴区的位置色差可表示为 正透镜恒产生负的位置色差，负透镜恒产生正的位置色差，单透镜无法消色差。 例：K9玻璃( = 64.1)，焦距 f = 100 mm， 则 lFC = -100 / 64.1 = -1.56mm,位置色差实例,位置色差展开式,位置色差仅与入射高度h或孔径角U有关，h变号时，位置色差的符号不变，故展开式仅包含h的偶次方项；h为零时，位置色差不为零，故展开式中有常数项。 第一项为初级位置色差 ，其后为高级位置色差 （如二级位置色差 、三级位置色差）,消色差透镜,正、负透镜组合的消色差最简单结构： 双胶合消色差透镜 双分离消色差透镜,消色差透镜,不同入射高度（或孔径角）的白光将产生不同的位置色差，类似球差的校正，光学系统只能对一个孔径带（一般选0.707孔径带）校正位置色差 目