工程光學(xué)像差分析

1、像差分析光學(xué)系統(tǒng)的像差可以分成兩大類，即單色像差及色差。單色像差五種，分別是影響成像清晰度的球差、彗差、象散、場曲，以及影響物象相似度的畸變。色差主要是位置色差和倍率色差。一、單色像差1、球差物理意義：軸上點(diǎn)發(fā)出的同心光束，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)各個折射面折射后，不同孔經(jīng)角的光線交光軸于不同點(diǎn)上，相對于理想像點(diǎn)的位置有不同的偏離，這就是球面像差，簡稱球差。數(shù)學(xué)表達(dá)式: ，球差只與孔徑角或入射高度有關(guān)，初級球差與入射高度平方成正比。矯正：正負(fù)透鏡組合消球差，采用拋物面反射鏡，初級球差和高級球差相補(bǔ)償。2、彗差子午彗差 弧矢彗差 物理意義：從光軸外的某一點(diǎn)向鏡頭發(fā)出一束平行光線，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，在像平面上并不是

2、成一個點(diǎn)的像，而是形成不對稱的彌散光斑，這種彌散光斑的形狀象彗星，從中心到邊緣拖著一個由細(xì)到粗的尾巴，首端明亮、清晰，尾端寬大、暗淡、模糊。這種軸外光束引起的像差就稱為彗差。彗差的大小與孔徑、視場有關(guān)。分為子午彗差和弧矢彗差。數(shù)學(xué)表達(dá)式: ，對于大孔徑、小視場的光學(xué)系統(tǒng)，彗差主要由第一、第二項(xiàng)決定；對于小孔徑、大視場的光學(xué)系統(tǒng)，彗差主要由第一、第三項(xiàng)決定。矯正：光闌通過單折射面中心；選用對稱式結(jié)構(gòu)3、像散物理意義：由于軸外光束的不對稱性，使得軸外點(diǎn)的子午細(xì)光束（即鏡頭的直徑方向）的會聚點(diǎn)與弧矢細(xì)光束（鏡頭的園弧方向）的會聚點(diǎn)位置不同，這種現(xiàn)象稱為象散。僅與視場有關(guān)。數(shù)學(xué)表達(dá)式: 4、場曲物理意

3、義：當(dāng)拍攝垂直于光軸的平面上的物時，經(jīng)過鏡頭所成的像并不在一個像平面內(nèi)，而是在以光軸為對稱的一個彎曲表面上，這種成像的缺陷就是場曲。數(shù)學(xué)表達(dá)式: 矯正：對邊緣視場校正場曲5、畸變物理意義：指物所成的像在形狀上的變形?；儾⒉粫绊懴竦那逦龋挥绊懴衽c物的相似性。數(shù)學(xué)表達(dá)式：矯正：選取合適的拍照位置，結(jié)構(gòu)完全對稱的光學(xué)系統(tǒng)，孔徑光闌與透鏡重合。二、色差1、位置色差物理意義：按色光波長由短到長，其像點(diǎn)離透鏡由近到遠(yuǎn)地排列在光軸上。這種現(xiàn)象就是位置色差。數(shù)學(xué)表達(dá)式: 矯正：單透鏡對 0.707孔徑校正，正負(fù)透鏡組合2、倍率色差物理意義：對軸外點(diǎn)來說，兩種色光的垂軸放大率不一定相等。因此，同一物體

4、成像將引起像的大小不同，稱為倍率色差。數(shù)學(xué)表達(dá)式：矯正：單透鏡對邊緣視場校正，密接薄透鏡校正了位置色差后無倍率色差。三、 各種像差和色差的實(shí)例分析圖1 圖2 圖3 圖4圖51、從圖1可以看出，由于紅光比較集中，而藍(lán)光和綠光的半徑比較大，所以紅光球差相對較小，綠光和藍(lán)光的球差非常大。而且三色的像斑不重合，分開的比較大，存在很嚴(yán)重的垂軸色差和像散。由其像斑上下寬，表明其子午彗差和子午場曲大。2、由圖2可以看出三條線越靠近兩側(cè)越分離，而且距離橫軸距離也變大，表明垂軸像差和軸向色差比較大。3、由圖3可以看出三條線越靠近上端越分離，而且距離縱軸距離也在加大，由此判斷子午和弧矢場曲都比較大。4、由圖4看出，其子午垂軸像差曲線彎曲的厲害，則子午慧差大。其弧矢垂軸像差在原點(diǎn)處的斜率大，則弧矢場曲大