1-4 几何像差概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,2.4,几何像差概述,(Summary of monochromatic aberration),第一章 几何光学相关基础知识,一、球差,n,n,图,6-1,物点的像方截距随孔径角变化,在孔径角很小的近轴区域可以得到物点成像的理想位置,l,，任意孔径角,U,的成像光线偏离理想像点与光轴相交的位置为,L,。我们把轴上物点以某一孔径角,U,成像时，其像方截距,L,与理想像点的位置,l,之差称为轴上点球差，又称为轴向球差，用,表示（图,6-2,），即,图,6-2,光学系统的球差,（,6-1,）,-l,A,-U,-,d,L,l,L,U,-d,T,图,6-2,光学系统的球差,（,6-2,）,-l,A,-U,-,d,L,l,L,U,-d,T,垂轴球差,图,6-10,双胶合透镜合双分离透镜,正透镜产生负球差；负透镜产生正球差,第二节 慧差,一、,慧差的概念和形成,位于光轴以外的物点，由于偏离了共轴球面系统的对称轴位置，成像后的光束聚焦情况比轴上点要复杂得多。本节我们讨论由光束失对称所引起的像差,慧差。,为了清楚地了解慧差的概念和形成，我们从光束中选取两个互相垂直的平面光束来讨论，以此来近似说明整个光束的情况。其中之一是由光轴和主光线决定的面，称为子午面，另一个是过主光线并且与子午面垂直的面，称为弧矢面。如图,6-11,所示。,B,弧矢面,子午面,z,入瞳,子午面是系统的对称面，也是光束的对称面，该平面内的光束经系统成像后仍位于该平面内。因此，可以用平面图形表示出子午光束的结构。,图,6-11,轴外点的宽光束成像,图,6-12,中，轴外物点,B,发出充满入瞳的一束光，这束光以通过入瞳中心的主光线为对称中心。考察主光线,z,和一对上下光线,a,、,b,。折射前，上下光线相对于主光线对称，而折射后，上下光线不再对称于主光线，它们的相交点偏离了主光线。,B,b,z,a,a,z,入瞳,Y,b,B,t,b,c,Y,a,-K,t,高斯像面,Y,z,图,6-12,子午慧差,再看弧矢面的情况，图,6-13,所示的是物点,B,以弧矢光线成像的立体图，弧矢面内有一对前、后光线,c,、,d,，它们对称于主光线，因此也对称于子午面，因此，成像后的交点也必然在子午面内。这对光线在入射前虽然对称于主光线，但是它们的折射情况与主光线不同。,B,c,B,z,d,c,入瞳,-K,s,d,z,c,B,s,B,z,Z,高斯,像面,Y,z,Y,z,B,d,Y,图,6-13,弧矢慧差,图,6-14,表示了某系统仅含初级慧差时的轴外物点所成的弥散斑图像，从图,6-14,的初级慧差图形中看到，主光线偏到了弥散斑的一边，在主光线与像面的交点处，聚集的能量最多，因此也最亮，在主光线以外，能量逐渐散开，光斑变暗，所以，整个弥散斑形成了一个以主光线的交点为顶点的锥形弥散斑，其形状像拖着尾巴的彗星，故得名慧差。显然，慧差影响了轴外物点成像的清晰度。,B,z,图,6-14,慧差图形,2.4,几何像差概述,(Summary of monochromatic aberration),第一章 几何光学相关基础知识,4.10,单色像差概述,(Summary of,concolorous,aberration)*,第四章 光学仪器的基本原理（,Fundamental Principle of,the Optical Instrument,）,三 像散,当轴外物点发出一束很细的光束通过入瞳进入系统时，成对的宽光束光线之间的失对称现象将被忽略，,球差,也不会对细光束有大的影响。但是，光束各截面之间仍然存在着失对称现象，且随着视场的增大而愈加明显。如图,6-17,所示，轴外,B,点发出细光束在球面上所截得的曲面显然已不是一个对称的回转曲面，它在不同截面方向上有不同的曲率，,并在子午和弧矢这两个相互垂直的截面方向上具有最大或最小的曲率,，表现出最大的曲率差。子午和弧矢面上的细光束，虽然各自能会聚于主光线上的一点，但相互并不重合，即一个轴外物点以细光束成像，被聚焦为子午和弧矢两个像，这种像差我们称其为细光束,像散,。,三 细光束像散,z,A,B,入瞳,光轴,折射面,a,0,d,0,b,0,c,0,d,b,c,a,图,6-17,轴外细光束成像,在包括子午和弧矢的各个截面方向上的折射半径都相同，成像后将会聚于像方光轴上的同一点。轴外物点,B,发出的细光束交于折射球面的上方，考察相交的小区域,为了分析像散形成的原因，我们来比较轴上物点和轴外物点的成像情况。图,6-17,中，轴上物点,A,发出的细光束对称于光轴，光束与折射球面相交所截得的曲面,，在子午面上的光线以,曲线段相交于球面，并按该曲线段的曲率半径（犹如地球的径度方向）折射，因此，具有光束中绝对值最大的曲率半径。而在弧矢面上的光线以,曲线段相交于球面，并按该曲线段的曲率半径（犹如地球的纬度方向）折射，具有光束中绝对值最小的曲率半径。同一束光相对于折射面上不同的曲率半径折射，因此它们将聚焦在不同的位置。,三 细光束像散,B,-,l,A,入瞳,s,l,l,t,t,s,t,B,s,B,C,B,A,图,6-18,弧矢像点和子午像点,第四章 光学仪器的基本原理（,Fundamental Principle of,the Optical Instrument,）,4.10,单色像差概述,(Summary of,concolorous,aberration)*,4.10,单色像差概述,(Summary of,concolorous,aberration)*,第四章 光学仪器的基本原理（,Fundamental Principle of,the Optical Instrument,）,4.10,单色像差概述,(Summary of,concolorous,aberration)*,第四章 光学仪器的基本原理（,Fundamental Principle of,the Optical Instrument,）,