应用光学(第六章)

1、 单色光像差有五种：单色光像差有五种： 球差球差 彗差彗差( (正弦差正弦差) ) 像散像散 场曲场曲 畸变畸变 复色光像差有两种：复色光像差有两种： 轴向像差轴向像差(位置色差位置色差) 垂轴像差垂轴像差(倍率色差倍率色差) 1、球差： 球面像差的简称球面像差的简称 A -Umax -U hmax hA L L y l 对应孔径角对应孔径角Umax入射光线的高度入射光线的高度hmax被称为被称为全孔径（全孔径（边边 光球差光球差） 若若h/hmax=0.7，则称为，则称为0.7孔径孔径或或0.7带光带光（带光球差）（带光球差） 对应孔径角对应孔径角U入射光线的高度入射光线的高度h 可在沿轴方

2、向和垂轴方向来度量分别称为可在沿轴方向和垂轴方向来度量分别称为轴向球轴向球 差差和和垂轴球差垂轴球差。 轴向球差又称为轴向球差又称为纵向球差纵向球差 它是沿光轴方向度量的球差，用符号它是沿光轴方向度量的球差，用符号LL 表表 示示 垂轴球差垂轴球差是过近轴光线像点是过近轴光线像点A的垂轴平面内度的垂轴平面内度 量的球差。用符号量的球差。用符号T 表示表示 它表示由轴向球差引起的它表示由轴向球差引起的弥散圆的半径弥散圆的半径 T= L tanU 入瞳入瞳 像面像面 a b Z Ya YZ Yb 如果将正负透镜组合起来，能否使球差得到校正？如果将正负透镜组合起来，能否使球差得到校正？ 这种组合光组

3、被称为这种组合光组被称为消球差光组消球差光组 h/hmax L 0 0.2 0.3 0.5 0.7 0.85 单透镜的球差与焦距、相单透镜的球差与焦距、相 对孔径、透镜的形状及折对孔径、透镜的形状及折 射率有关。射率有关。 对于给定孔径焦距和折射率对于给定孔径焦距和折射率 的透镜，通过改变其形状可的透镜，通过改变其形状可 使球差达到最小。使球差达到最小。 由轴外物点和光轴所确定的平面称为由轴外物点和光轴所确定的平面称为子午平面子午平面 子午平面内的光束称子午平面内的光束称子午光束子午光束 过过主光线主光线且与子午平面垂直的平面称为且与子午平面垂直的平面称为弧矢平面弧矢平面 弧矢平面内的光束称弧

4、矢平面内的光束称弧矢光束弧矢光束 子午彗差指对子午光线度量的彗差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子午光线对交点离开主光线的垂直距离KT用用 来表示此光线对交点偏离主光线的程度来表示此光线对交点偏离主光线的程度 入瞳入瞳 像面像面 KT A B E C O D F Ay By 在折射前主光线是光束的轴线，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成半径不同的相互错开的圆斑 A B E C O D F Ay By 这些圆斑相互叠加的结果就形

5、成这些圆斑相互叠加的结果就形成 了带有彗星形状的光斑了带有彗星形状的光斑 光斑的头部（尖端）较亮，至光斑的头部（尖端）较亮，至 尾部亮度逐渐减弱，称为尾部亮度逐渐减弱，称为彗星彗星 像差像差，简称，简称彗差彗差 彗星像斑的尖端指向视场边缘的称为彗星像斑的尖端指向视场边缘的称为负彗差负彗差 彗差对成像的影响：彗差对成像的影响： 像的清晰度，使成像的质量降低像的清晰度，使成像的质量降低 正弦差等于彗差与像高的比值，用符号正弦差等于彗差与像高的比值，用符号SC表示表示 y/ KslimSC y 轴外物点用光束成像时形成两条相互垂直且相轴外物点用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

6、非对称性像差被称隔一定距离的短线像的一种非对称性像差被称 为为像散像散 t s t s 由子午光束所形成的像是一条垂直子午面的短线由子午光束所形成的像是一条垂直子午面的短线t 称为称为子午焦线子午焦线 由弧矢光束所形成的像是一条垂直弧矢面的短线由弧矢光束所形成的像是一条垂直弧矢面的短线s 称为称为弧矢焦线弧矢焦线 t s 这两条短线不相交但相互垂直且隔一定距离这两条短线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两条短线间沿光轴方向的距离即表示像散的大小 入瞳入瞳 光学系统光学系统 光屏光屏 B l lX stts 4、场曲、场曲 场曲是场曲是像场弯曲像场弯曲的简称

7、。的简称。 场曲是物平面形成场曲是物平面形成曲面像曲面像的一种像差的一种像差 （1）子午场曲）子午场曲 用用细光束细光束子午场曲和子午场曲和宽光束宽光束子午场曲子午场曲 来度量来度量 主光线主光线 Z 理想像平面理想像平面 t lt -xt l l lx tt lLX TT 用用细光束细光束弧矢场曲和弧矢场曲和宽光束宽光束弧矢场曲弧矢场曲 来度量来度量 主光线主光线 Z 理想像平面理想像平面 t s lt -xt ls -xs l llx ss lLX SS %q100 理想放大率实际放大率 % y yy q z 100 % y yy q z 100 yyy zz 白光是由各种不同波长的单色光所组成的白光是由各种不同波长的单色光所组成的 12 21 1rrn rr f CFFC l l l 0 FC l 0 FC l 若若AF和和AC重合，则重合，则 0 FC l 称为光学系统对称为光学系统对F光（兰）和光（兰）和C光（红）光（红） 消色差消色差