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1、,理想成像的要求出入射光束為同心光束，只有近軸區(qū)成像才是理想成像。,像差概念的導(dǎo)出,實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中,存在著遠(yuǎn)軸區(qū)產(chǎn)生的實(shí)際像與近軸區(qū)產(chǎn)生的理想像之間的偏離。此時(shí),從物體上任一點(diǎn)發(fā)出的光束通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后不能會(huì)聚為一點(diǎn),而形成一彌散斑,使像不能嚴(yán)格地表現(xiàn)出原物體形狀,這就是像差。,實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中軸上點(diǎn)的成像,單色像差,球差——軸上點(diǎn)寬光束像差彗差——軸外點(diǎn)寬光束像差像散——軸外點(diǎn)細(xì)光束像差像面彎曲（簡(jiǎn)稱場(chǎng)曲）畸變,球差,軸上物點(diǎn)以寬光束成像時(shí)產(chǎn)生的像差。不同孔徑角的光線所成的像點(diǎn)相對(duì)于理想像點(diǎn)的位置偏離。由于此球差是沿光軸方向度量的，也稱為軸向球差,軸上物點(diǎn)的單色像差——球差,,此處光束截面最小,
2、理想像面位置,,正透鏡球差圖示,,,,,,,,,,,,,,理想像面位置,彌散斑半徑,-?T′,-?L′,,,,,,,l′,L′,,,-l,A,,-U,,U′,球差的存在，使像面上形成一個(gè)彌散斑，其半徑稱為垂軸球差,負(fù)透鏡球差圖示,,,,,,,,,理想像面位置,?L′,,,,,,,-l′,-L′,,,-l,A,,-U,-U′,,,,-?T′,球差,軸上物點(diǎn)發(fā)出的寬光束經(jīng)薄透鏡后不再交于一點(diǎn),度量球差大小,會(huì)聚透鏡,發(fā)散透鏡,可選取不同曲率的透鏡或復(fù)合透鏡消球差,,影響球差的主要因素：,隨物方孔徑角的增大而增大與透鏡形狀有關(guān)與焦距有關(guān)，焦距越長(zhǎng)，球差越小,軸外像差,彗差——軸外點(diǎn)寬光束像差像散——
3、軸外點(diǎn)細(xì)光束像差像面彎曲（簡(jiǎn)稱場(chǎng)曲）畸變,,慧差,子午面由軸外物點(diǎn)B和光軸組成的對(duì)稱面,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,入瞳,B,z,,,弧矢面通過(guò)主光線和子午面垂直的面主光線：由軸外物點(diǎn)B發(fā)出并通過(guò)入瞳中心的光線,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,入瞳,B,z,,子午彗差：子午面上、下光線的交點(diǎn)BT′到主光線在垂直光軸方向的偏離，稱為子午彗差，用符號(hào)KT′表示。,,,,,,,,,,,,,,Ba′,Bz′,Bb′,a,b,z,B,A,入瞳,KT′,,C,弧矢彗差：弧矢面上前、后光線的交點(diǎn)BS′到主光線在垂直光軸方向的偏離，稱為弧矢彗差，用符號(hào)KS′表示。,,,畸變的產(chǎn)生,對(duì)于
4、一般實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只有在近軸區(qū)垂軸放大率才是常數(shù)。當(dāng)視場(chǎng)增大時(shí)，像的垂軸放大率便會(huì)隨視場(chǎng)變化而異，這將會(huì)使像相對(duì)于原物失去相似性。這種使像變形的成像缺陷就稱為畸變。,,如光學(xué)系統(tǒng)存在正畸變即實(shí)際像高大于理想像高，所成的像為枕形，負(fù)畸變則成桶形。畸變只引起變形，不影響像的清晰度,像失真，但不影響像的清晰度（是由于垂軸放大率不同）.,畸變,光學(xué)系統(tǒng)對(duì)共軛面上不同高度的物體垂軸放大率不同產(chǎn)生畸變.,正畸變,負(fù)畸變,,,畸變使像變形,五、色像差,用白光進(jìn)行成像時(shí)，除了每種單色光仍會(huì)產(chǎn)生五種單色像差外，還會(huì)因不同色光有不同折射率造成的色散，而使不同的色光有不同的傳播光路，從而呈現(xiàn)出因不同色光的光路差
5、別而引起的像差，稱之為色像差（簡(jiǎn)稱色差）。色像差因性質(zhì)不同而分為位置色差和倍率色差兩種。,色差:,位置（軸向）色差,倍率（橫向）色差,,,位置色差是描述2種色光對(duì)軸上物點(diǎn)成像位置差異的色差。,正透鏡位置色差圖示,C,F,,,,,,,LF?,LC?,-?LFC?,A,AF′,AC′,軸上物點(diǎn)發(fā)出的大孔徑光線不聚焦于一點(diǎn),負(fù)透鏡位置色差圖示,,,,,,,,?LFC?,,,,,,,-LC?,-LF?,,,-L,A,,,因色差的存在，軸上點(diǎn)成像是一個(gè)彌散斑，在a點(diǎn)和在c點(diǎn)看到的彌散斑顏色有何不同？,,,,不同波長(zhǎng)的光，焦距不同,像的位置不同．在1,2,3三截面上,形成的光環(huán)半徑不同.,,,,近軸物近軸
6、光線成像的色差,,色差嚴(yán)重影響光學(xué)系統(tǒng)成像性質(zhì)，一般光學(xué)系統(tǒng)都必須校正色差?？梢杂谜?fù)透鏡適當(dāng)組合來(lái)校正位置色差。,影響位置色差的主要因素：,隨孔徑角的增大而增大與光學(xué)材料的折射率和色散率有關(guān)與透鏡的焦距有關(guān),,,上排為位置色差，下排為球差，兩者均為軸上像差,,,倍率色差,此是一種因不同色光成像的高度（也即倍率）不同而造成的像大小差異的色差。它是以兩種色光（此即F光和C光）的主光線在高斯像面上的交點(diǎn)高度之差來(lái)度量，以符號(hào)?YFC′表示之。,倍率色差圖示,,入瞳,,,,,,C,F,,,,,,,YF?,YC?,-?YFC?,A,BF′,BC′,,,B,,,,倍率色差隨視場(chǎng)的增大而增大，由于倍率色差
7、的存在，使物體邊緣呈現(xiàn)彩色，從而，造成白光所成的像呈現(xiàn)彩色斑。,,對(duì)于一般光學(xué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，球差、慧差和位置色差這三種對(duì)對(duì)成像性質(zhì)影響較大，所以首先考慮消除，因人眼具有自動(dòng)校正色差功能，故影響成像質(zhì)量主要是球差和慧差。,光學(xué)設(shè)計(jì)的意義,盡管光學(xué)系統(tǒng)有一系列像差，而且一般總不能將其完全校正和消除。但由于人眼和所有其它光能接收器也有一定的敏感缺陷，只要使得各種像差的數(shù)值小于一個(gè)容許的限度，人眼和其它光接收器還是覺(jué)察或反映不出其成像的不完善性。這樣的光學(xué)系統(tǒng)從實(shí)用意義來(lái)說(shuō)，可認(rèn)為是理想的。,,,影響倍率色差的主要因素：,隨視場(chǎng)的增大而增大；與光闌位置有關(guān)；與光學(xué)材料的折射率和色散率有關(guān),軸外物點(diǎn)發(fā)出的同
8、心光束，由于此斜向細(xì)光束的子午面和弧矢面相對(duì)折射球面的位置不同，使子午和弧矢面在球面上的截線曲率不同。使水平方向和豎直方向的光線的聚焦點(diǎn)在不同平面上,像散和場(chǎng)曲,,,（2）像散（軸外點(diǎn)細(xì)光束）,透鏡,,,,,光軸,,物點(diǎn),,,物面,像面,像散圖示,,子午、弧矢2個(gè)方向的光束在主光線上不同位置分別產(chǎn)生2條相互垂直的前后焦線，稱…,,,,,,ls,lt,最小彌散圓,主光線,子午焦線,弧矢焦線,,,從子午焦線開(kāi)始先出現(xiàn)長(zhǎng)軸與子午面垂直的橢圓，至中間變?yōu)樽钚浬A，后再變成長(zhǎng)軸在子午面的橢圓，后再聚焦為弧矢焦線。,,,,衛(wèi)生部視光學(xué)研究中心美國(guó)博士倫視力保健公司,,,,,,前后焦線之間為一系列大小不等
9、的橢圓形光學(xué)切面，其中最小的光學(xué)切面為一圓形，稱最小彌散圓,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,M軸子午線,水平焦線,垂直焦線,最小彌散環(huán),度數(shù)子午線,物體,A,B,D,C,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Sturm間隙,,,,,,,,,,,,1-D57,,,,,,子午焦線和弧矢焦線與主光軸的交點(diǎn)分別稱為子午像點(diǎn)和弧矢像點(diǎn)，二者在延軸位置的差異稱為像散,像散的影響因素,隨視場(chǎng)增大而增大與光闌位置有關(guān)與系統(tǒng)焦距及透鏡表面曲率有關(guān)此外，與光束大小也有關(guān),像面彎曲（簡(jiǎn)稱場(chǎng)曲）,,,場(chǎng)曲,光學(xué)系統(tǒng)如存在像散，一個(gè)物面將形成兩個(gè)像面（即子午像面和弧矢像面），兩彎曲像面與高斯像面的偏離分別稱為子午場(chǎng)曲和弧矢場(chǎng)曲，以符號(hào)xt′和xs′表示之。,,球面光學(xué)系統(tǒng)存在場(chǎng)曲是由球面本身的固有特性決定的，如存在較大場(chǎng)曲時(shí)，就不能使平面物體上各點(diǎn)同時(shí)清晰成像，此時(shí)若把中間調(diào)清晰，邊緣就變的模糊。,場(chǎng)曲的危害,,,,OpticsofastigmaticLenses,,,,,,,,場(chǎng)曲的影響因素,隨視場(chǎng)增大而增大與光闌位置有關(guān)與球面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)此外，與光束大小也有關(guān),
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