幾何光學第6章-像差理論課件.ppt

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1、第六章像差理論二、軸上點的球差三、彗差四、像散六、畸變一、概述七、色差五、場曲一、概述1、理想成像的條件（1）物面上每一個發(fā)光點在像方是一個清晰的像點；（物點發(fā)出的同心光束在像方仍保持是同心光束）（2）垂直于光軸的平面上各點的像，必須是在垂直于光軸的同一個平面上；（3）每個垂直于光軸的像平面內(nèi)，各像點的放大率相同，從而保持物、像的幾何相似性；（4）像的各部分應保持具有與物同樣的彩色。像的清晰度像是否變形像出現(xiàn)不正確的彩色，并發(fā)生像模糊。★像差（Aberrations）：實際像與理想像之間的差異現(xiàn)象。（1）單色像差（MonochromaticAberrations）a.球面像

2、差；b.彗形像差；c.像散；d.像場彎曲；e.畸變2、幾何像差寬光束引起的遠軸物、窄光束引起的近軸光學：理想成像產(chǎn)生原因：（2）色像差（ChromaticAberrations）：f.位置（軸向）色差g.倍率（垂軸）色差非單色物引起的（1）主截面：包含光軸的任一平面。（2）子午面：物點所在的主截面?！飳τ谳S上物點，任一主截面都是子午面。（3）弧矢面：與子午面垂直的主截面。（4）理想像（高斯像）。3、基本概念1、定義（軸向）球差：軸上物點發(fā)出的同心、寬光束經(jīng)光學系統(tǒng)后,不再是同心光束。對于不同孔徑角（入射高度）的光線，將與光軸相交在不同的位置，相對于理想像點有不同程度的偏離。

3、二、球差（SphericalAberration）垂軸球差：光束在高斯像面上并不是會聚于一個象點，而是一個圓形的彌散斑。高斯像面★球差是光束孔徑角（或入射高度）的函數(shù)?！锴虿钍禽S上點像差，具有關于光軸對稱性?！飭蝹€透鏡：1）正（會聚）透鏡：負球差2）負（發(fā)散）透鏡：正球差2、相關性質(zhì)共軸球面系統(tǒng)中，單透鏡只能產(chǎn)生球差，而正、負透鏡組合則有可能校正某個高度的球差。偏折方向相反3、不暈點（齊明點）——不產(chǎn)生球差的共軛點位置。★物、像均位于球面頂點：★物、像位于球面的曲率中心：★物、像位置：（1）加光闌，選擇近軸光束；（2）正、負透鏡組合進行校正；（3）采用非球面透鏡。4、消除球

4、差的方法5、小結(jié)軸上物點寬光束(不同孔徑角)**問題：（1）軸外物點是否有類似球差的現(xiàn)象？（2）軸外物點發(fā)出的寬光束，其對稱軸是什么？1）像點位置的軸向偏離：球差2）高斯像面上的彌散圓斑：垂軸球差所有光線在高斯面上仍不交于同一像點，并且不是一個簡單的彌散圓斑，而形成彗形像差！1、軸外物點發(fā)出的寬光束：對稱軸為過物點-球心的輔助軸。（2）高斯像面上的垂軸變化：（1）像點位置的軸向偏離(球差)：——表現(xiàn)在沿輔軸方向上的偏離。高斯像面★子午面三、彗形像差（Coma，ComaticAberration）2、彗差：軸外物點發(fā)出的寬光束，經(jīng)過透鏡不同環(huán)帶的光線束，在高斯像面上形成一系列

5、大小不同、相互交疊的彌散圓斑；各圓斑中心在一條直線上，與主軸有不同的距離；形成一個有尖端亮點、如同彗星形狀的像。高斯像面★透鏡截面★子午面★尖端亮點：靠近主光線的細光束的交點.3、物理意義★彗差：軸外像差（孔徑、視場的函數(shù)）★正弦差：小視場（近軸物）寬光束成像的不對稱?！笠晥觯ㄉ赃h軸物）寬光束成像的不對稱。4、影響：破壞軸外視場成像的清晰度。**問題：寬光束的原因造成了球差和彗差，如取無限細光束，是否就可以避免像差？四、像散（Astigmatism）1、與主軸成較大傾斜角的同心光束：即使是細光束，出射光束也難以保持仍為同心。2、基本概念：非球面波與象散光束垂直于波面元，

6、彼此既不相平行也不交于一點的非對稱性光束，稱為像散光束。★焦線：光束曲率中心的軌跡兩條相互垂直的短線和?！锵裆⒉睿貉刂行墓饩€上兩焦線之間的距離?！锊娴闹行墓饩€：——光束在相互垂直的兩截面內(nèi)，各有不同的曲率中心。明晰圓弧矢焦線子午焦線例：遠軸物點發(fā)出的同心細光束，經(jīng)過有像散的光學系統(tǒng)，同心性會受到破壞，垂直于主軸的光屏在沿軸不同位置時，所接收到的成像光束截面形狀會發(fā)生很大的變化。3、像散特征：一個物點有子午焦線和弧矢焦線同時出現(xiàn)。物點離軸越遠，像散差越顯著。像散差5、像散的物理意義遠軸物點發(fā)出的較大傾斜角的、同心細光束，對應的子午像點與弧矢像點不重合，并同時出現(xiàn)了子午焦線和

7、弧矢焦線。光學系統(tǒng)存在像散，一個物面將形成兩個像面，在各個像面上不同方向的線條清晰度不同，造成軸外點無法得到清晰的像。★像散需要用復雜的透鏡組來消除。五、像場彎曲（FieldCurvature）1、軸外點：子午焦線、弧矢焦線。高斯像面2、平面物：子午像面、弧矢像面?！镂稂c離軸越遠，像散差越大，造成兩個像面的彎曲。★像面是關于光軸對稱的旋轉(zhuǎn)曲面，均相切于高斯像面中心。子午場曲弧矢場曲對應無像散的軸上點軸外點細光束像散引起1）像散引起像面彎曲；2）像散為零，子午像面和弧矢像面重合，但平面物的像面仍是彎曲的，是一個與高斯