像差概论球差位置色差课件.ppt

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1、第七章像差理论与像质评价2012-11-12近轴光学系统GaussianOpticsParaxialOpticsFirstOrderOptics近轴光学：近轴物点以细光束成像3像差概述1.数学解释ThirdOrderOptics4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。8彗差像散场曲畸变几何像

2、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14ExitPupilImagePlaneAberratedWavefrontReferenceSphericalWavefrontWaveAberrationW(x,y)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

3、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

4、的光路计算轴外点BA入瞳（出瞳）zB’A’子午面（TangentialPlane）弧矢面（SagittalPlane）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

5、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。A31正透镜负球差-T’弥散斑半径-L′l’L’-lU’-U轴向球差：L’=L’l’垂轴球差：T’=L’tgU’入瞳Ahm理想像面h132负透镜正球差理想像面位置-L’L’-l’-l-U-U’-T’A33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

6、不同而变化;34正透镜球差模拟f=36.8f=31.8l=-60,f=36.835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）-LFC’LF’LC’AF白光CAF

7、’AC’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’-LA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’=100mm，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

8、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