L19-C8-2慧差像散场曲畸变.ppt

应用光学AppliedOptics 光信息0801 022010 2011第一学期 2 第八章成像质量评价 3 C8 2 慧差像散场曲畸变 4 回顾 色差 以轴上物点点衡量 5 回顾 2 球差 轴上点的单色像差 6 3 彗差 了解成像光束光线的全貌 子午平面和弧矢平面 由轴外物点和光轴所确定的平面称为子午平面 过主光线且与子午平面垂直的平面称为弧矢平面 子午面和弧矢面正交于主光线 7 彗差是轴外物点发出宽光束通过光学系统后 并不会聚一点 相对于主光线而是呈彗星状图形的一种失对称的像差 8 子午彗差指对子午光线度量的彗差 子午光线对交点离开主光线的垂直距离KT 用来表示此光线对交点偏离主光线的程度 9 弧矢彗差指对弧矢光线度量的彗差 弧矢光线对交点离开主光线的垂直距离Ks 用来表示此光线对交点偏离主光线的程度 10 折射后的成像光束与主光束OBY 失去了对称性 在折射前主光线是光束的轴线 折射后主光线就不再是光束轴线 不同孔径的光线在像平面上形成半径不同的相互错开的圆斑 11 距离主光线向点越远 形成的圆斑直径越大 这些圆斑相互叠加的结果就形成了带有彗星形状的光斑 光斑的头部 尖端 较亮 至尾部亮度逐渐减弱 称为彗星像差 简称彗差 12 彗差形成的彗星状光斑 13 彗差的形状有两种 彗星像斑的尖端指向视场中心的称为正彗差 彗星像斑的尖端指向视场边缘的称为负彗差 由于彗差没有对称轴只能垂直度量 所以它是垂轴像差的一种 彗差对成像的影响 像的清晰度 使成像的质量降低 14 彗差对于大孔径系统和望远系统影响较大 彗差的大小与光束宽度 物体的大小 光阑位置 光组内部结构 折射率 曲率 孔径 有关 对于某些小视场大孔径的系统 如显微镜 常用 正弦差 来描述小视场的彗差特性 正弦差等于彗差与像高的比值 用符号SC 表示 15 16 彗差 17 彗差 18 4 像散 轴外点细光束成像 将会产生像散和场曲它们是互相关联的像差 轴外物点用细光束成像时 形成两条相互垂直且相隔一定距离的短线像的一种非对称性像差被称为像散 19 由子午光束所形成的像是一条垂直子午面的短线t称为子午焦线 由弧矢光束所形成的像是一条垂直弧矢面的短线s称为弧矢焦线 20 两条短线ts不相交但相互垂直且隔一定距离 两条短线间沿光轴方向的距离即表示像散的大小 用符号Xts 表示Xts Xt Xs 当光学系统的子午像点比弧矢像点更远离高斯像面 即lt ls 像散Xts 为负值 反之 像散为正值 像散是物点远离光轴时的像差 且随视场的增大而迅速增大 21 这种即非对称又不会聚于一点的细光束称为像散光束 这两条短线 焦线 光能量最为集中 它们是轴外点的像 22 如果轴外物点是 十 字形图案 23 5 场曲 场曲是像场弯曲的简称 物平面形成曲面像的一种像差 形成 轴外点入射光束经系统后产生的像散与入射孔径 视场 有关 即图中ts的位置随着入射孔径增大而远离理想像面 从而形成弯曲的像场 24 子午场曲 弧矢场曲 25 26 像散和场曲既有区别又有联系 有像散必然存在场曲 但场曲存在是不一定有像散 光学系统存在场曲时 不能使一个较大的平面物体上的各点同时在同一像面上成清晰像 若按视场边缘调焦 边缘清晰 中心则模糊 若按视场中心调焦 中心清晰 边缘则模糊 27 6 畸变 畸变是垂轴 横向 放大率随视场的增大而变化 所引起一种失去物像相似的像差 畸变的存在使轴外直线成为曲线像 28 枕形畸变 正畸变 垂轴放大率随视场角的增大而增大的畸变 桶形畸变 负畸变 垂轴放大率随视场角的增大而减小的畸变 29 视场的畸变用符号q表示 式中 实际放大率可以用实际主光线与高斯像面的交点高度yz 与物高y之比表示 y 为理想像高 30 称为相对畸变 光学系统的线畸变 必须注意 1 畸变与其它像差不同 它仅由主光线的光路决定 2 畸变的存在仅引起像的变形 但不影响成像的清晰度 31 有些场合 如果畸变的数值很小 是可以允许的 但有些场合 畸变是非常有害的 如 计量仪器中的投影物镜 航空测量物镜等 影响其测量精度 结构完全对称的光学系统 以 1倍的放大率成像 所有垂轴像差都能自动消除 畸变是一种垂轴向差 也能消除 32 单个薄透镜或薄透镜组的主面与孔径光阑重合时也不会产生畸变 因为主光线通过透镜的主点并沿理想方向出射的原因 当光阑位于单透镜组之前或之后即产生畸变 符号相反 表明垂轴像差与光阑位置的依赖关系 33 正畸变 负畸变