l18-c8-1 色差 球差

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1、应用光学AppliedOptics光信息0801-022010-2011第一学期第八章成像质量评价2C8-1.色差球差3§0概述实际光学系统都有一定大小的相对孔径合视场，远远超出近轴区所限定的范围。与近轴区成像比较必然在成像位置和像的大小方面存在一定的差异，被称为像差像差指在光学系统中由透镜材料的特性或折射（或反射）表面的几何形状引起实际像与理想像的偏差。4像差的大小反映了光学系统质量的优劣几何像差主要有七种：单色光像差有五种：球差彗差(正弦差)像散场曲畸变复色光像差有两种：轴向像差(位置色差)垂轴像差

2、(倍率色差)5在实际光学系统中，各种像差是同时存在的。这些像差影响光学系统成像的清晰度、相似性和色彩逼真度等，降低了成像质量。61、色差色差分为：位置色差和倍率色差（1）位置色差（轴向色差、纵向色差）白光是由各种不同波长的单色光所组成的复色光成像时，由于不同色光而引起的像差称为色差白色光中波长愈短折射率愈大，焦距愈小。7由薄透镜的焦距公式可知，同一薄透镜对不同色光有不同的焦距一定物距l成像时，因各色光的焦距不同所得到的像距l’也不同按色光的波长由短到长，其相应的像点离透镜有近到远地排列在光轴上，这种现象

3、称为位置色差8兰绿红lF’-△lFC’lc’AF’Ac’位置色差定义为：9称为色差校正不足称为色差校正过渡若AF’和AC’重合，则称为光学系统对F光（兰）和C光（红）消色差消色差系统是指对两种色光消轴向（位置）色差的系统10位置色差不同于球差，它在近轴区就产生细光束成像也不能获得白光的清晰像因为位置色差会严重影响成像质量（可能比球差严重）因此用白光成像的光学系统都必须校正位置色差孔径不同，白光将会有不同的位置色差11光学系统只能对一个孔径的光线进行校正色差。一般情况下对0.7孔径的光线校正位置色差。随着

4、接收器的不同，应取接近接收器有效波段边缘的波长进行校色差12（2）倍率色差（垂轴色差）不同色光的焦距不等时，其放大率也不等就有不同的像高，这就是倍率色差13BBAABF’BD’BC’BF’BD’BC’yzc’yzD’yzF’yzF’yzD’yzc’14倍率色差的叠加结果使像的边缘呈现彩色光学系统的倍率色差是以两种色光的主光线在高斯像面上的交点高度之差来度量的影响成像清晰度152、球差球差是轴上点唯一的单色像差对应孔径角Umax入射光线的高度hmax被称为全孔径（边光球差）若h/hmax=0.7，则称为0

5、.7孔径或0.7带光（带光球差）对应孔径角U入射光线的高度hA-Umax-Uhmaxh16A-Umax-UhmaxhA’L’δL’△T’l’17可在沿轴方向和垂轴方向来度量分别称为轴向球差和垂轴球差。轴向球差又称为纵向球差它是沿光轴方向度量的球差，用符号δL’表示垂轴球差是过近轴光线像点A’的垂轴平面内度量的球差。用符号δT’表示它表示由轴向球差引起的弥散圆的半径δT’=δL’tanU’18入瞳像面abZYa’YZ’Yb’球差是由于非近轴光线成像引起的。对于单透镜来说，U越大则球差值越大。与焦距、相对孔

6、径、透镜的形状及折射率有关。单透镜自身不能校正球差19单正透镜会产生负值球差，也被称为球差校正不足或欠校正单负透镜会产生正值球差，也被称为球差校正过头或过校正如果将正负透镜组合起来，能否使球差得到校正？这种组合光组被称为消球差光组20h/hmaxδL’00.20.30.50.70.85单色球差图示方式：球差曲线光学系统中对某一给定孔径的光线达到δL’=0的系统称为消球差系统不同颜色光的球差曲线是不同的。21大孔径产生的球差22加发散透镜消除球差23球差24球差25