工程光学第六章光线的光路计算及像差理论.ppt

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1、工程光学第六章光线的光路计算及像差理论实际光学系统与理想光学系统有很大的差异，物空间的一个物点发出的光线经实际光学系后不再会聚于像空间的一点，而是一个弥散斑，弥散斑的大小与系统的像差有关。本章主要介绍：实际光学系统的单色像差和色差的基本概念产生这些像差的原因校正这些像差的基本方法。第六章光线的光路计算及像差理论第一节  概述第二节 光线的光路计算第三节轴上点球差第四节正弦差和彗差第五节场曲和像散第六节畸变第七节 色差第一节     概述一、基本概念(1)近轴光学系统中：根据精确的球面折射公式，导出在动sina=a,cosa=1时的物像大小和位置，即理想光学系统的物像

2、关系式。一个物点的理想像仍然是一个点，从物点发出的所有光线通过光学系统后都会聚于一点。近轴光学系统只适用于近轴的小物体以细光束成像。第一节     概述一、基本概念(2)对任何一个实际光学系统:有一定的相对孔径和视场。因此，实际的光路计算，远远超过近轴区域所限制的范围，物像的大小和位置与近轴光学系统计算的结果不同。第一节     概述一、基本概念(3)实际像与理想像之间的差异称为像差。由于光学系统的成像均具有一定的孔径和视场，因此：对不同孔径的入射光线其成像的位置不同，不同视场的入射光线其成像的倍率也不同，子午面和弧矢面光束成像的性质也不尽相同。第一节     概述

3、一、基本概念(4)因此，单色光成像会产生性质不同的五种像差：球差、彗差(正弦差)、像散、场曲、畸变统称为单色像差。第一节     概述一、基本概念实际上绝大多数的光学系统都是对白光或复色光成像的。同一光学介质对不同的色光有不同的折射率白光进入光学系统后，由于折射率不同而有不同的光程，这样就导致了不同色光成像的大小和位置也不相同第一节     概述一、基本概念(5)这种不同色光的成像差异称为色差。色差有两种：位置色差、倍率色差第一节     概述一、基本概念以上讨论是基于几何光学的，上述七种像差称为几何像差。第一节     概述一、基本概念(6)基于波动光学理论:

4、在近轴区内一个物点发出的球面波经过光学系统后仍然是一球面波。由于衍射现象的存在，一个物点的理想像是一个复杂的艾里斑.对于实际的光学系统，由于像差的存在，经光学系统形成的波面已不是球面，这种实际波面与理想球面的偏差称为波像差，简称波差。第一节     概述一、基本概念除平面反射镜成像之外，没有像差的光学系统是不存在的。实践表明:完全消除像差也是不可能的，且没有必要的。第一节     概述二、像差计算的谱线选择计算和校正像差时的谱线选择主要取决于光能接收器的光谱特性。基本原则是：对光能接收器的最灵敏的谱线校正单色像差,对接收器所能接收的波段范围两边缘附近的谱线校正色差，

5、第一节     概述二、像差计算的谱线选择接收器的光谱特性也直接受光源和光学系统的材料限制，设计时应使三者的性能匹配好，尽可能使光源辐射的波段与最强谱线、光学系统透过的波段与最强谱线和接收器所能接收的波段与灵敏谱线三者对应一致。不同光学系统具有不同的接收器，在计算和校正像差时选择的谱线不同第一节     概述二、像差计算的谱线选择1、目视光学系统目视光学系统的接收器是人的眼晴。只对波长在380—760nm范围内的波段有响应，其中最灵敏的波长555nm，目视光学系统：一般选择靠近此灵敏波长的D光(589.3nm)或e光(546.1nm)校正单色像差。因e光比D光更接近

6、于555nm，故用e光校正单色像差更为合适，对靠近可见区两端的F光(486.lnm)和C光(656.3m)校正色差。第一节     概述二、像差计算的谱线选择2、普通照相系统照相系统的光能接收器是照相底片，一般照相乳胶对蓝光较灵敏，所以：对F光校正单色像差，对D光和G’光(434.lnm)校正色差。实际上，各种照相乳胶的光谱灵敏度不尽相同，并常用目视法调焦，故也可以与目视系统一样来选择谱线。第一节     概述二、像差计算的谱线选择3、近红外和近紫外的光学系统对近红外光学系统，一般对C光校正单色像差，对d光(587.6nm)和A光(768.2m)校正色差。对近紫外光

7、学系统，一般对i光(365.0nm)校正单色像差，而对257nm和h光校正色差。第一节     概述二、像差计算的谱线选择4、特殊光学系统有些光学系统，例如某些激光光学系统，只需某一波长的单色光照，所以只对使用波长校正单色像差，而不校正色差。第二节 光线的光路计算从物点发出光线有无数条，不可能、也没有必要对每条光线都进行光路计算，一般只对计算像差有特征意义的光线进行光路计算。计算像差有特征意义的光线主要有三类:(1)子午面内的光线光路计算(2)轴外点沿主光线的细光束光路计算(3)子午面外的空间光线的光路计算第二节 光线的光路计算(1)子午面内的光线光路计算包括近