实际光路的计算和课件.ppt

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1、第四章实际光路的计算和像差理论实际光学系统和理想光学系统之间存在差异，实际像和理想像之间的差异称为像差。1.概述2.光线的光路计算3.轴上点球差4.正弦差和慧差5.像散和场曲6.畸变7.色差8.波像差4.1概述在实际光学系统中，物空间的一个物点发出的光线经实际光学系统后，不再会聚于像空间的一点，而是一个弥散斑，弥散斑的大小和像差有关。一、基本概念像差产生的原因：孔径，视场近轴光学系统采用了近似：实际光学系统需要一定的孔径和视场，不能用近轴公式代替其计算展开式为：2.像差的概念：实际像与理想像之间的差异

2、。几何像差：单色像差：球差，慧差，像散，场曲，畸变色差：位置色差和倍率色差4.1概述3.消像差原则：消除主要像差，接收器不能察觉为标准二、像差计算的谱线选择原则：对接收器的最灵敏谱线校正单色像差，对接收波段范围两边缘附近的谱线校正色差。目视光学系统：e光，C光和F光（校正色差）；红外光学系统和紫外光学系统：分别校正单色差和色差；普通照相系统：F光；天文照相光学系统：G’光，h光和F光（色差）；特殊光学系统：激光等单色光系统只校正单色像差。4.2光线的光路计算已知光学系统的结构参数(r,d,n)、物体的

3、位置和大小，孔径光阑的位置和大小，求光学系统的成像位置和大小一、对计算像差有特征意义的光线子午面内近轴光线光路计算和实际光线光路计算轴外点沿主光线的细光束光路计算子午面外的空间光线光路计算二、子午面内的光线光路计算1.近轴光线光路计算：求出理想像的位置和大小轴上点近轴光线光路计算：求出理想像的位置4.2光线的光路计算轴外点近轴光线的光路计算：求出理想像高对五个视场(0.3,0.5,0.707,0.85,1)的物点分别进行计算，以求出不同视场的主光线与理想像面的交点高度。已知：则：4.2.1近轴光线光路

4、计算近轴光线计算图4.2光线的光路计算2.实际光线的光路计算轴上点实际光线的光路计算：已知，求实际像点位置，像方截距和像方孔径角以及实际成像位置和像点弥散情况。计算公式：轴外点子午面内远轴光线的光路计算：求实际像大小。物体在无限远处三条光线的初始数据：物体无限远处远轴光路轴外点子午面内远轴光线的光路计算物体在有限远处三条光线的初始数据：用实际光线计算公式和过渡公式可得实际像高：物体有限远处远轴光路4.3轴上点球差轴向球差：轴上点发出的同心光束经光学系统后，不同入射高度的光线交光轴于不同位置，相对近轴像

5、点有不同程度的偏离。数学表达式：垂轴球差：由于球差的存在，在高斯像面上的像点已不是一个点，成为一个圆形的弥散斑，用表示。轴向球差和垂轴球差的关系：球差具有相对于光轴的对称性；球差是入射高度h或孔径角U的函数；球差与视场无关。轴向球差表达式：或孔径较小时，存在初级球差，孔径较大时，高级球差增大一、球差的定义二、球差的性质和表达式4.3轴上点球差轴上点球差示意图球差具有对称性球差及色差1.单透镜无法校正球差，只有正负透镜的组合才有可能校正球差。2.对于仅含初级球差、二级球差的光学系统，当边缘带的球差为0时

6、，在0.707带有最大的剩余球差，为边缘带高级球差的1/4。3.单个折射球面的不晕点（齐明点）：当物点和像点均位于球面顶点；物点和像点均位于曲率的中心以及时，均无球差。三、球差的校正球差分布式：无球差点的公式4.3轴上点球差球差曲线物点位于透镜第一个折射面的曲率中心，则有，第二个折射面满足齐明条件。若透镜厚度为d，且位于空气中，则有下列关系：四、例题应用利用齐明透镜可以减小球差该公式的实际意义？4.4正弦差和慧差一、正弦差对于轴外物点，小视场（近轴）时宽光束成像的不对称性。1.正弦条件和不晕成像正弦条

7、件：轴上点和近轴点均成理想像。物体位于有限距离：物体位于无限远距离：2.等晕成像和等晕条件：轴上点和近轴点成像缺陷相同。物体位于有限距离：物体在无限远时：4.4正弦差和慧差等晕条件：轴上点和轴外点具有相同的球差，且轴外光束不失对称性。等晕成像4.4正弦差和慧差3.正弦差物体位于有限距离：物体在无限远时：4.正弦差的性质只于孔径有关，而和视场无关；正弦差和孔径光阑的位置有关。无正弦差的四个位置：正弦差无量纲二、慧差表示轴外点宽光束经光学系统成像的不对称性。1.慧差的形成子午慧差：子午面内的光线对的交点到

8、主光线的垂轴距离表达式：弧矢慧差：弧矢面内的光线对的交点到主光线的距离。表达式：弧矢慧差比子午慧差小，手工计算光路时可忽略不计。2.慧差的性质和表达式性质：慧差和孔径和视场都有关；当孔径改变符号时，慧差的符号不变；当视场改变符号时，慧差反号；当视场和孔径均为零时，没有慧差。子午慧差二、慧差彗差二、慧差慧差表达式：对于大孔径小视场的光学系统，慧差主要由一、二项决定，对于大视场，相对孔径较小的光学系统，慧差主要由一、三项决定。3.正弦差和慧差的关系：慧差破坏