工程光学 1.6像差课件.ppt

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1、象差和光阑理想成像1物方每点发出的同心光束在像方仍能保持为同心光束；2垂直于光轴的物平面上的各点的像仍在在垂直于光轴的一个平面；3在每个像平面内横向放大率是常数，从而保持物像之间的几何尺寸的相似性。概述光学设计在很大程度是像差设计。光学设计的三个阶段:选型---初始结构的计算和选择---像差校正、平衡与像质评价。1几何像差：光学系统成的像与理想光学系统成像的偏差；2波像差：波动的观点，讨论出射光的波面相对入射光波的畸变。像差分类对实际的光学系统，从一点发出的同心光束，经过透镜后，光束的同心性多少要

2、受到破坏，在像空间里不再相交于一点，而是分布在一个小的空间内．因此，像在形状和颜色上与理想的像有所差别．这个差别叫做透镜的像差．根据像差产生的原因和条件不同，可把像差分七类：1)色差:（1）位置色差1.像差（2）放大率色差2)球差轴上物点的像差3)轴外物点的像差:（1）彗差（2）像散（3）场曲（4）畸变1)色差（1）位置色差不同波长的光，焦距不同,像的位置不同．在1,2,3三截面上,形成的光环半径不同.（2）放大率色差一般用氢原子光谱的C线（波长为656.3nm的红光）和氢原子光谱的F线(波长为4

3、86.1nm的蓝光）的焦点距离来度量轴向（位置）色差的大小。单个透镜的色差，无法消除。但是把一对不同材料的凸、凹透镜胶合起来，可对选定的两种波长消除色差。不同颜色的光放大率不同球差1轴上物点发出的单色光束，经过透镜折射后，不同的光线与光轴交于不同的位置，这种现象成为球差。2物点发出的傍轴光线均相交主光轴上的某点，该点是理想点，其他焦点与入射光线离透镜的高度有关。3利用光阑减小透镜的通光孔径，使参与成象的光线尽量接近傍轴，可以减小球差，但是光通量因此减小，影响分辨率。轴上物点的单色像差——球差此处光

4、束截面最小配曲法：对与给定材料、孔径、焦距的单个透镜，可以选择不同的曲率半径让像差达到最小。补偿法:考虑凸透镜和凹透镜有符号相反的像差，可以将二者结合使用，以抵消部分像差。3)轴外物点的像差（1）彗差轴外单色光源经透镜成的像为一不对称的弥散斑，形状象彗星，故称彗差.屏上近轴像点屏幕彗差是由于光学系统对同一物点不同孔径角的光线的垂轴放大率不同引起的．（不易与球差同时消除）子午平面弧矢平面子午平面：轴外物点和光轴所确定的平面。子午平面内的光束称子午光束。弧矢平面：过主光线且与子午平面垂直的平面。弧矢平

5、面内的光束称弧矢光束（2）像散（轴外点细光束）透镜竖直面上的光线,交于子午焦线.水平面上的光线，交于弧矢交线．光轴像散使轴外物点的像变成两条分离的线．子午焦线弧矢焦线物点物面像面像的质量最好屏幕（3）像场弯曲光轴透镜像点轨迹这种像差的大小与透镜的形状及光束截面的粗细无关,只决定于系统中各透镜的焦距与其折射率之间的关系.成清晰像的最佳像面不为平面.像散和场曲的区别与联系1有像散必然有场曲；2有场曲不一定有像散；3像散值和像面弯曲的值都是对某一视场而言的；4光学系统存在场曲时不能使一个较大的平面上的各

6、点同时在同一像面上成清晰的像。中心清晰则边缘模糊，边缘清晰则中心模糊。桶形畸变枕形畸变像失真，但不影响像的清晰度（是由于垂轴放大率不同）.（4）畸变光学系统对共轭面上不同高度的物体垂轴放大率不同产生畸变.正畸变负畸变物像畸变的说明1引起像的变形，不影响像的清晰度。2对十字叉丝成像系统（如目镜），由于中心光轴在上，畸变不会引起十字叉丝的弯曲，是可以允许。3对利用像的大小和轮廓以测定物的大小和轮廓的光学系统，畸变是不允许的严重缺陷。（印刷制版技术）4计量仪器中畸变十分有害，必须校正。（投影物镜、航空测

7、量物镜。）像差的校正和平衡方法1高级像差无法校正，可以将低到允许范围内。2改变初级像差的符号和数量降低到最小。3某一种像差无法校正可以用其他的像差补偿－－像差的平衡校正方法1代数法2实验法3像差自动校正阻尼最小二乘法适应法正交化法2.光阑前面讨论的问题，都是近轴情况.近轴情况光能量小，像面照度不够．成像空间小，像面小.实际的光学系统，不能满足近轴条件，必然引起像差．所以必须加一些挡光的孔，控制成像光束的孔径，减小像差.光阑就是光学仪器中的挡光的孔.一般与透镜同轴.（1）保证近轴条件，改善成像质量（

8、像的清晰度），控制景深．（2）控制成像物空间的范围．（3）控制像面的亮度．（1）孔径光阑：诸挡光孔中,最有效的控制成像光束光能量者，称为孔径光阑．简称孔阑．1)光阑的作用：2)光阑的种类：瞳孔（2）视场光阑：诸挡光孔中,最有效的控制成像物空间范围者，称为视场光阑.简称场阑．（视场光阑牵涉到轴外共轭点。它对成像空间范围起限制作用。）人眼瞳孔：孔径光阑，窗窗：视场光阑．物点视场光阑是对成像空间范围起限制作用的，故常将视场光阑放置在物平面或像平面或共轭在物像平面。例:投影仪──视场光阑在