工程光學(xué)第6章 像差概論ppt課件.ppt

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1、§6像差概論§6.1軸上點(diǎn)球差§6.2彗差§6.3細(xì)光束像散§6.4細(xì)光束場(chǎng)曲§6.5畸變§6.6色差§6.8像差綜述12§6.1軸上點(diǎn)球差一、球差的概念和形成球差是由于透鏡球面上各點(diǎn)的聚光能力不同而引起的。由于近軸光線與遠(yuǎn)軸光線的會(huì)聚點(diǎn)并不一致，會(huì)聚光線并不是形成一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)以光軸為中心對(duì)稱的彌散圓，這種像差就稱為球差。球差的存在引起了成像的模糊，3-L=-ll’-軸上點(diǎn)球差正透鏡：l’>L’>0?L’<0負(fù)球差負(fù)透鏡：l’0正球差4二、單折射球面的齊明點(diǎn)對(duì)于單個(gè)折射球面，有三個(gè)特殊的物點(diǎn)位置，無論球面的曲率半徑如何，均不產(chǎn)生球差。（1）當(dāng)物點(diǎn)位于球心時(shí)，

2、L’=L=r，像點(diǎn)也位于球心，此時(shí)?=n/n’；（2）當(dāng)物點(diǎn)位于球面頂點(diǎn)時(shí)，L’=L=0，像點(diǎn)也位于頂點(diǎn)，此時(shí)?=1；5單折射球面的一對(duì)齊明點(diǎn)（3）當(dāng)物點(diǎn)位于處時(shí)，對(duì)于任意孔徑角，有I’=U或I=U’，得，此時(shí)?=(n/n’)2。顯然這三個(gè)像點(diǎn)均與孔徑角無關(guān)，故不產(chǎn)生球差。6正、負(fù)齊明透鏡7軸上點(diǎn)球差共軸球面系統(tǒng)：單透鏡不能校球差，需正負(fù)透鏡組合。齊明透鏡減小光闌直徑二、球差的校正8子午面：光軸和主光線決定的面；弧矢面：過主光線且與子午面垂直?！?.2彗差9一、光學(xué)現(xiàn)象及定量表示：1、光學(xué)現(xiàn)象軸外物點(diǎn)在理想像面上形成的像點(diǎn)如同彗星狀的光斑，靠近主光線的細(xì)光束交于主光線形成一亮點(diǎn)，

3、而遠(yuǎn)離主光線的不同孔徑的光線束形成的像點(diǎn)是遠(yuǎn)離主光線的不同圓環(huán)。10正弦差反映了小視場(chǎng)大孔徑的彗差。正弦差越大，說明小視場(chǎng)大孔徑光線失對(duì)稱現(xiàn)象越嚴(yán)重。故視場(chǎng)很小時(shí)就要考慮彗差。11定量表示：子午彗差KT’弧矢彗差KS’abzAB-KT’Bz’-yz’-yb’-ya’-XT’pB0’Bb’Ba’彗差12aby’x’oKs’yz’ya’=yb’z13彗差二、孔徑光闌的位置對(duì)彗差的影響入瞳設(shè)在球心處，球面不產(chǎn)生彗差；入瞳偏離球心越遠(yuǎn)，失對(duì)稱現(xiàn)象越嚴(yán)重，彗差越大。光學(xué)設(shè)計(jì)：同心原則，減小彗差。abzABC14彗差三、減小彗差：彗差和透鏡的形狀、物點(diǎn)的位置、光闌的大小和位置有關(guān)：物點(diǎn)及光闌

4、的位置（同心原則）光闌過單折射面的球心時(shí)不產(chǎn)生彗差。減小光闌直徑對(duì)稱式光學(xué)系統(tǒng)（b=-1）垂軸像差自動(dòng)校正。滿足正弦條件全對(duì)稱結(jié)構(gòu)15BoS’T’B’T’S’軸外點(diǎn)細(xì)光束，忽略寬光束的失對(duì)稱點(diǎn)像：T’處——子午焦線S’處——弧矢焦線其它處——橢圓、圓§6.3細(xì)光束像散16直線成像：直線在子午面內(nèi)：子午像彌散，弧矢像清晰；直線垂直子午面：子午像清晰，弧矢像彌散；若直線不在子午面、且不垂直子午面：兩像均不清晰。1718校正光闌位置同心原則雙分離透鏡19§6.4細(xì)光束場(chǎng)曲一、場(chǎng)曲與軸外球差子午像面：各視場(chǎng)的子午像點(diǎn)構(gòu)成的像面?；∈赶衩妫焊饕晥?chǎng)的弧矢像點(diǎn)構(gòu)成的像面。視場(chǎng)中心（軸上像點(diǎn)）：

5、細(xì)光束理想成像，像散為0。即子午像面、弧矢像面重合且與理想像面相切。Bt’Bs’xs’xt’xts’ls’lt’l’BB0’A像散和場(chǎng)曲細(xì)光束的子午場(chǎng)曲和弧矢場(chǎng)曲計(jì)算公式：20球面光學(xué)系統(tǒng)存在像面彎曲是球面本身的特性決定的，如果系統(tǒng)沒有像散，則子午像面和弧矢像面重合在一起，但仍然存在像面彎曲，二、光學(xué)現(xiàn)象21ht’s’P(a)(b)(c)Ps’t’hhPs’t’三、場(chǎng)曲的消除場(chǎng)曲無法通過改變透鏡的形狀和透鏡的間距加以消除,可保留一定的像散，使s’面和t’面向相反方向彎曲;用厚透鏡來校正匹茲伐場(chǎng)曲，也可以達(dá)到較好的效果。22結(jié)論像散和場(chǎng)曲是兩個(gè)不同的概念，像散必然引起像面彎曲；但像

6、散為0（子午、弧矢面重合）時(shí)，像面并不是平的，而是相切與高斯像面中心的二次拋物面。23B點(diǎn)以軸外點(diǎn)成像：B’點(diǎn)B點(diǎn)以軸上點(diǎn)成像：B1’點(diǎn)abzAByz’y’CBz’B0’B1’B’§6.5畸變24主光線的像差yz’≠y’畸變僅是視場(chǎng)的函數(shù)，不同視場(chǎng)的b實(shí)際不同，畸變也不同?；兪谴馆S像差，只改變軸外物點(diǎn)在理想像面上的成像位置，使像的形狀產(chǎn)生失真，但不影響像的清晰度?；?5由于畸變的存在，物方的一條直線在像方就變成了一條曲線，造成像的失真。畸變可分為枕型畸變和桶型畸變兩種。造成畸變的原因是鏡頭像場(chǎng)中央?yún)^(qū)的垂軸放大率與邊緣區(qū)的垂軸放大率不一致。如下圖所示，如果邊緣放大率大于中央放大

7、率就產(chǎn)生枕型畸變，反之，則產(chǎn)生桶型畸變?；?6畸變的校正對(duì)于單個(gè)折射面，如果將光闌設(shè)在球心處，主光線沿輔軸通過球心，且交于像面Bz’點(diǎn)，與理想像點(diǎn)B0’重合，不產(chǎn)生畸變，Bz’(B0’)BA入瞳A’光闌設(shè)在球心處不產(chǎn)生畸變27對(duì)于單個(gè)薄透鏡或薄透鏡組，當(dāng)孔徑光闌與之重合時(shí)，主光線通過透鏡的主點(diǎn)（也即節(jié)點(diǎn)），沿理想光線出射，也不產(chǎn)生畸變，Bz’(B0’)BA孔徑光闌A’光闌設(shè)置在透鏡上不產(chǎn)生畸變28全對(duì)稱結(jié)構(gòu)B1’BB0’AB1’BB0’A負(fù)畸變正畸變?nèi)珜?duì)稱結(jié)構(gòu)29如果一個(gè)光組未