当前位置:首页 >> 理学 >>

第二章-光学系统像差


光学系统像差
黄小平 物理电子学院空间光通信 工程研究中心

1. 几何像差
? 1.1引言 ? 如果成像系统是理想光学系统, 则同一物点 发出的所有光线通过系统以后, 应该聚焦在 理想像面上的同一点, 且高度同理想像高一 致。 ? 但实际光学系统成像不可能完全符合理想, 物点光线通过光学系统后在像空间形成具 有复杂几何结构的像散光束, 该像散光束的 位置和结构通常用几何像差来描述。

1.2 基本原理
? 光学系统所成实际像与理想像的差异称为像差, 只有在近轴区且以单色光所成像之像才是完善的 (此时视场趋近于0,孔径趋近于0)。但实际的 光学系统均需对有一定大小的物体以一定的宽光 束进行成像,故此时的像已不具备理想成像的条 件及特性,即像并不完善。 ? 可见,像象差是由球面本身的特性所决定的,即 使透镜的折射率非常均匀,球面加工的非常完美, 像差仍会存在。 ? 几何像差主要有七种:球差、彗差、像散、场曲、 畸变、位置色差及倍率色差。前五种为单色像差, 后二种为色差。

(1)球差
? 轴上点发出的同心光束 经光学系统后,不再是 同心光束,不同入射高 度的光线交光轴于不同 位置,相对近轴像点 (理想像点)有不同程 度的偏离,这种偏离称 为轴向球差,简称球差。 如右图所示。

轴上光线像差(球差)星点法观测 示意图 及球差效果图
1 2 3 4 5

6

球差校正

球差与透镜的折射率和曲率半径有关,选择不同曲率比,可以使球差达到最小。

(2)彗差
? 彗差是轴外像差之一,它体现的是轴外物点发出 的宽光束经系统成像后的失对称情况,彗差既与 孔径相关又与视场相关。若系统存在较大彗差, 则将导致轴外像点成为彗星状的弥散斑,影响轴 外像点的清晰程度。如图所示。

彗差效果示意图

(3)像散
? 像散用偏离光轴较大的物点发出的邻近主 光线的细光束经光学系统后,其子午焦线 与弧矢焦线间的轴向距离表示:x ? ? x ? ? x ? ? x ? x ? 分别表示子午焦线至理想像面的距离 及弧矢焦线会得到不同形状的物至理想像 面的距离,如图所示。
ts t s

t

s

像散效果示意图

(4) 像场弯曲
? 使垂直光轴的物平面成曲面像的象差称为场曲。如图4所示。 ? 子午细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为细光束 的子午场曲; ? 弧矢细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为细光束 的弧矢场曲。 ? 场曲是视场的函数,随着视场的变化而变化。当系统存在较 大场曲时,就不能使一个较大平面同时成清晰像,若对边缘 调焦清晰了,则中心就模糊,反之亦然。

场曲效果示意图

(5) 畸变
? 畸变描述的是主光线像差,不同视场的主光线通 过光学系统后与高斯像面的交点高度并不等于理 想像高,其差别就是系统的畸变,如图所示。 ? 由畸变的定义可知,畸变是垂轴像差,只改变轴 外物点在理想像面的成像位置,使像的形状产生 失真,但不影响像的清晰度。

桶形畸变

畸变产生 及消除

枕形畸变

对称镜头 消畸变

轴外光线像差(慧差,像散,场曲) 的星点法测试实验装置
1 2 3 4 5

6

2. 色像差
? 光学材料对不同波长的色光有不同的折射 率,因此同一孔径不同色光的光线经过光 学系统后与光轴有不同的交点。不同孔径 不同色光的光线与光轴的交点也不相同。 在任何像面位置,物点的像是一个彩色的 弥散斑,如图所示。 ? 各种色光之间成像位置和成像大小的差异 称为色差。

轴向(位置)色差
? 轴上点两种色光成像 位置的差异称为位置 色差,也叫轴向色差。
? ? ? ? L F C ? L F ? LC

色差实验效果图

横向(倍率)色差

胶合透镜消色差


相关文章:
第二章-光学系统像差_图文.ppt
第二章-光学系统像差 - 光学系统像差 黄小平 物理电子学院空间光通信 工程研究
第2章:薄透镜系统初级像差理论.pdf
第2章:薄透镜系统初级像差理论 - 光学设计 第二章 薄透镜系统初级像差理论 谭
第二章 光学系统设计概要_图文.ppt
第二章 光学系统设计概要 - 第二章 光学系统设计概要 光学仪器及其发展 光学设
第2章 薄透镜系统的初级像差方程组_图文.ppt
像质评价技术 南京理工大学紫金学院 第二章 薄透镜系统的初级像差理论 2.1 ...板的初级像差公式 2.8 光学系统消场曲的条件petzval条件 光学系统消场曲的...
第2章_薄透镜系统的初级像差方程组_图文.ppt
第2章_薄透镜系统的初级像差方程组 - 南京理工大学紫金学院 像质评价技术 第二章 薄透镜系统的初级像差理论 2.1 概述 2.2 薄透镜系统的初级像差方程组 2....
第二章光学系统的近轴成像_图文.ppt
第二章光学系统的近轴成像 - 第二章 光学系统的近轴成像 §1 成像 §2 共轴
第2章 光学设计_图文.ppt
第2章 光学设计 - 第二章 光学自动设计原理和程序 没有计算机时代:人工校正像差 有计算机时代:计算机计算像差,计算机模 拟人工校正像差光学系统两方面的要求...
第二章光学系统的近轴成像_图文.ppt
第二章光学系统的近轴成像 - 第二章 光学系统的近轴成像 §1 成像 §2 共轴
教案_光信息_光学设计与CAD.doc
撑握光学系统像差基本理论、 像质评价的基本方法、 像质评价的几种方法, 能..
2016光学设计与CAD_教学大纲_.doc
(四)学时分配表 章序 教内容 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 绪论 像差理论 波像差、光学系统像差容限 与像质评价 光学系统的初始设计 ...
工程光学.doc
平面和平面系统对成像的影响、像差的基本概念和典 型光学系统的性质、成像关系...5. 掌握共轴球面系统公式(包括过渡公式、成像放大率公式) 。 第二章 理想光学...
光电系统设计复习_图文.doc
光电系统设计复习 - 光电系统设计复习资料(重点,考点)... 第二章 光学系统设计概要 光学仪器的类别(按用途分)...对于小像差光学系统,通常用波像差来考虑,对于大像...
工程光学课程教学大纲.doc
第一章 几何光学的基本定律和成像概念 第二章 理想光学系统 第三章 平面和平面系统 第四章 光学系统的光束限制 第五章 光学系统像差 第六章 典型光学系统 ...
浙大工程光学总复习ppt_图文.doc
系统 理想光学系统 光学系统中的光束限制 光能及其计算 典型光学系统 像差概论 ...像空间概念 完善成像条件(等光程条件)及特例 第二章 球面与球面系统 球面系统...
第二章几何光学基础2.ppt
第二章几何光学基础2_物理_自然科学_专业资料。2. 4 像差及校正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。 在实际光学系统...
典型光学系统和像差理论三大部分.doc
典型光学系统像差理论三大部分 - 本课程包括几何光学、典型光学系统像差理论三
第02章理想光学系统_图文.ppt
第02章理想光学系统 - 第二章 理想光学系统 理想光学系统 实际光学系统只在近轴区成完善像。如果某光学系统在 任意大的空间,以任意宽的光束都成完善像,则该...
光学第二章课件_图文.ppt
光学第二章课件 - ch2 ch2 光阑、 第二章 光阑、像差和成像光学仪器 2.1 光阑 系统中的一些固定或可变的带孔屏障或光学系统中的一些固定或可变的带孔...
8-5光学系统的像差基础_图文.ppt
8-5光学系统像差基础 - 光学系统像差基础 §8.5 光学系统像差基础 一、像差的一般概念 二、球差 三、场曲和像散 (1) 子午像点 (2) 弧矢像点 ...
光路计算与近轴光学系统.ppt
第9章 光学系统像差基础和... 37页 1财富值 第二章光学系统的近轴成像 5
更多相关标签: