1、第六章第六章 像差與像質評價像差與像質評價本文來自一生范文網http:/，更多優秀范文模板請訪問http:/6-1像差的定義與特點像差的定義與特點像差：像差：實際像與理想像之間的差異實際像與理想像之間的差異像差產生的原因：像差產生的原因：實際系統成像均具有一定的實際系統成像均具有一定的孔經和視場，孔經和視場，且材料的特性或折射（或反射）表面的幾何形且材料的特性或折射（或反射）表面的幾何形狀引起實際像與理想像的偏差。狀引起實際像與理想像的偏差。像差的大小反映了光學系統質量的優劣像差的大小反映了光學系統質量的優劣幾何像差主要有七種：球差球差彗差彗差( (正弦差正弦差) )像散像散場曲場曲畸變畸變軸

2、向像差軸向像差(位置色差位置色差)垂軸像差垂軸像差(倍率色差倍率色差)本文來自一生范文網http:/，更多優秀范文模板請訪問http:/1、軸上點（球差）：A-Umax-UhmaxhALLylA 球差是軸上點唯一的單色像差球差是軸上點唯一的單色像差 球差是球差是軸上點軸上點唯一唯一的單色像差的單色像差可在沿軸方向和垂軸方向來度量分別稱為可在沿軸方向和垂軸方向來度量分別稱為軸向球軸向球差差和和垂軸球差垂軸球差。軸向球差又稱為軸向球差又稱為縱向球差縱向球差它是沿光軸方向度量的球差，用符號它是沿光軸方向度量的球差，用符號LL 表示表示垂軸球差垂軸球差是過近軸光線像點是過近軸光線像點A的垂軸平面內度的

3、垂軸平面內度量的球差。用符號量的球差。用符號T 表示表示它表示由軸向球差引起的它表示由軸向球差引起的彌散圓的半徑彌散圓的半徑T= L tanU對于單透鏡來說，對于單透鏡來說，U越大則球差值越大越大則球差值越大單透鏡自身不能校正球差單透鏡自身不能校正球差入瞳入瞳像面像面a bZYaYZYb單正透鏡會產生單正透鏡會產生負值負值球差，也被稱為球差，也被稱為球差校正不足球差校正不足或或欠校正欠校正單負透鏡會產生單負透鏡會產生正值正值球差，也被稱為球差，也被稱為球差校正球差校正過頭過頭或或過校正過校正如果將正負透鏡組合起來，能否使球差得到校正？如果將正負透鏡組合起來，能否使球差得到校正？這種組合光組被稱

4、為這種組合光組被稱為消球差光組消球差光組大孔徑產生的球差加發散透鏡消除球差2、彗差了解成像光束光線的全貌：了解成像光束光線的全貌：子午平面和弧矢平面子午平面和弧矢平面由軸外物點和光軸所確定的平面稱為由軸外物點和光軸所確定的平面稱為子午平面子午平面子午平面內的光束稱子午平面內的光束稱子午光束子午光束過過主光線主光線且與子午平面垂直的平面稱為且與子午平面垂直的平面稱為弧矢平面弧矢平面弧矢平面內的光束稱弧矢平面內的光束稱弧矢光束弧矢光束 彗差彗差是軸外物點發出寬光束通過光學系統后，并不會聚一是軸外物點發出寬光束通過光學系統后，并不會聚一點，相對于點，相對于主光線主光線而是呈彗星狀圖形的一種而是呈彗星

5、狀圖形的一種失對稱失對稱的像差的像差彗差通常用彗差通常用子午面上子午面上和和弧矢面上弧矢面上對稱于主光對稱于主光線的各對光線，經系統后的交點相對于主光線線的各對光線，經系統后的交點相對于主光線的偏離來度量，分別稱為的偏離來度量，分別稱為子午彗差子午彗差和和弧矢彗差弧矢彗差子午彗差指對子午光線度量的彗差子午彗差指對子午光線度量的彗差子午光線對交點離開主光線的垂直距離子午光線對交點離開主光線的垂直距離KT用用來表示此光線對交點偏離主光線的程度來表示此光線對交點偏離主光線的程度弧矢彗差指對弧矢光線度量的彗差弧矢彗差指對弧矢光線度量的彗差弧矢光線對交點離開主光線的垂直距離弧矢光線對交點離開主光線的垂直

6、距離Ks用來用來表示此光線對交點偏離主光線的程度表示此光線對交點偏離主光線的程度入瞳入瞳像面像面KT折射后的成像光束與主光束折射后的成像光束與主光束OBY失去失去了對稱性了對稱性ABECODFAyBy在折射前主光線是光束的軸線，在折射前主光線是光束的軸線，折射后主光線就不再是光束軸線折射后主光線就不再是光束軸線不同孔徑的光線在像平面上形不同孔徑的光線在像平面上形成半徑不同的相互錯開的圓斑成半徑不同的相互錯開的圓斑距離主光線向點越遠，形成的圓斑直距離主光線向點越遠，形成的圓斑直徑越大徑越大ABECODFAyBy這些圓斑相互疊加的結果就形成這些圓斑相互疊加的結果就形成了帶有彗星形狀的光斑了帶有彗星

7、形狀的光斑光斑的頭部（尖端）較亮，至光斑的頭部（尖端）較亮，至尾部亮度逐漸減弱，稱為尾部亮度逐漸減弱，稱為彗星彗星像差像差，簡稱，簡稱彗差彗差彗差的形狀有兩種：彗差的形狀有兩種：彗星像斑的尖端指向視場中心的稱為彗星像斑的尖端指向視場中心的稱為正彗差正彗差彗星像斑的尖端指向視場邊緣的稱為彗星像斑的尖端指向視場邊緣的稱為負彗差負彗差彗差對成像的影響：彗差對成像的影響：像的清晰度，使成像的質量降低像的清晰度，使成像的質量降低本文來自一生范文網http:/，更多優秀范文模板請訪問http:/3、像散、像散軸外點細光束成像軸外點細光束成像，將會產生像散和場曲，將會產生像散和場曲它們是互相關聯的像差它們是

8、互相關聯的像差軸外物點用光束成像時形成兩條相互垂直且相軸外物點用光束成像時形成兩條相互垂直且相隔一定距離的短線像的一種非對稱性像差被稱隔一定距離的短線像的一種非對稱性像差被稱為為像散像散tsts由子午光束所形成的像是一條垂直子午面的短線由子午光束所形成的像是一條垂直子午面的短線t稱為稱為子午焦線子午焦線由弧矢光束所形成的像是一條垂直弧矢面的短線由弧矢光束所形成的像是一條垂直弧矢面的短線s稱為稱為弧矢焦線弧矢焦線ts這兩條短線不相交但相互垂直且隔一定距離這兩條短線不相交但相互垂直且隔一定距離兩條短線間沿光軸方向的距離即表示像散的大小兩條短線間沿光軸方向的距離即表示像散的大小如果軸外物點是如果軸外

9、物點是“十十”字形圖案字形圖案Bl lXstts當光學系統的子午像點比弧矢像點當光學系統的子午像點比弧矢像點更遠離更遠離高斯像面，即高斯像面，即ltls，像散像散Xts為為負值負值，反之，像散為正值，反之，像散為正值像散是像散是物點遠離光軸物點遠離光軸時的像差，且隨視場的增時的像差，且隨視場的增大而迅速增大大而迅速增大4、場曲、場曲場曲是場曲是像場彎曲像場彎曲的簡稱。的簡稱。場曲是物平面形成場曲是物平面形成曲面像曲面像的一種像差的一種像差若光學系統存在像散，則實際像面還受像散的影響而若光學系統存在像散，則實際像面還受像散的影響而形成形成子午像面子午像面和和弧矢像面弧矢像面場曲需要以場曲需要以子

10、午場曲子午場曲和和弧矢場曲弧矢場曲來表征來表征（1）子午場曲）子午場曲用用細光束細光束子午場曲和子午場曲和寬光束寬光束子午場曲子午場曲來度量來度量主光線主光線 Z理想像平面理想像平面tlt-xtl子午子午細光束細光束焦點相對于理想像面的偏離稱為焦點相對于理想像面的偏離稱為細光束細光束子午場曲，用符號子午場曲，用符號xt表示表示 l lxtt子午子午寬光束寬光束焦點相對于理想像面的偏離稱為焦點相對于理想像面的偏離稱為寬光束寬光束子午場曲，用符號子午場曲，用符號XT表示表示 lLXTT細細光束子午場曲與光束子午場曲與寬寬光束子午場曲光束子午場曲之差之差為為軸外點軸外點子午球差子午球差（2）弧矢場曲

11、）弧矢場曲用用細光束細光束弧矢場曲和弧矢場曲和寬光束寬光束弧矢場曲弧矢場曲來度量來度量主光線主光線 Z理想像平面理想像平面tslt-xtls-xsl弧矢弧矢細光束細光束焦點相對于理想像面的偏離稱為焦點相對于理想像面的偏離稱為細光束細光束弧矢場曲，用符號弧矢場曲，用符號xs表示表示 llxss弧矢弧矢寬光束寬光束焦點相對于理想像面的偏離稱為焦點相對于理想像面的偏離稱為寬光束寬光束弧矢場曲，用符號弧矢場曲，用符號XS表示表示 lLXSS當光學系統不存在像散（即子午像與弧矢像重當光學系統不存在像散（即子午像與弧矢像重合）時，垂直于光軸的一個物平面經實際光學合）時，垂直于光軸的一個物平面經實際光學系統

12、后所得到的像面也不一定于理想像面重合系統后所得到的像面也不一定于理想像面重合細細光束弧矢場曲與光束弧矢場曲與寬寬光束弧矢場曲光束弧矢場曲之差之差為為軸外點軸外點弧矢球差弧矢球差光學系統存在場曲時，不能使一個較大的平面物體上的各點同光學系統存在場曲時，不能使一個較大的平面物體上的各點同時在同一像面上成清晰像時在同一像面上成清晰像若按視場中心調焦，中心清晰，邊緣則模糊若按視場中心調焦，中心清晰，邊緣則模糊若按視場邊緣調焦，邊緣清晰，中心則模糊若按視場邊緣調焦，邊緣清晰，中心則模糊畸變的存在使軸外直線成為曲線像畸變的存在使軸外直線成為曲線像視場的畸變用符號視場的畸變用符號q表示表示%q100理想放大

13、率實際放大率% y yyqz100稱為稱為相對畸變相對畸變% y yyqz100 yyyzz有些場合，如果畸變的數值很小，是可以允許的有些場合，如果畸變的數值很小，是可以允許的但有些場合，畸變是非常有害的但有些場合，畸變是非常有害的單個薄透鏡或薄透鏡組的主面與孔徑光闌單個薄透鏡或薄透鏡組的主面與孔徑光闌重合時也不會產生畸變重合時也不會產生畸變因為主光線通過透鏡的主點并沿理想因為主光線通過透鏡的主點并沿理想方向出射的原因方向出射的原因本文來自一生范文網http:/，更多優秀范文模板請訪問http:/6、色差、色差色差分為：色差分為：位置色差位置色差和和倍率色差倍率色差白光是由各種不同波長的單色光

14、所組成的白光是由各種不同波長的單色光所組成的由薄透鏡的焦距公式可知，同一薄透鏡對不同色光有不由薄透鏡的焦距公式可知，同一薄透鏡對不同色光有不同的焦距同的焦距12211rrnrr fCFFC l l l稱為色差校正不足稱為色差校正不足0FC l0FC l稱為色差校正過渡稱為色差校正過渡若若AF和和AC重合，則重合，則0FC l稱為光學系統對稱為光學系統對F光（蘭）和光（蘭）和C光（紅）光（紅）消色差消色差位置色差不同于球差，它在近軸區就產生位置色差不同于球差，它在近軸區就產生細光束成像也不能獲得白光的清晰像細光束成像也不能獲得白光的清晰像位置色差的性質類似于球差位置色差的性質類似于球差光學系統只

15、能對光學系統只能對一個孔徑一個孔徑的光線進行的光線進行校正色差校正色差0707070C.F.FC. l l l隨著隨著接收器接收器的不同，應取接近的不同，應取接近接收器接收器有有效波段邊緣的波長進行校色差效波段邊緣的波長進行校色差（2）倍率色差（垂軸色差）倍率色差（垂軸色差）光學材料對不同色光的光學材料對不同色光的折射率不同折射率不同，對于，對于光學系統對光學系統對不同色光不同色光就有就有不同的焦距不同的焦距 f x倍率色差倍率色差上圖的疊加結果使像的邊緣呈現彩色上圖的疊加結果使像的邊緣呈現彩色光學系統的倍率色差是以光學系統的倍率色差是以兩種色光兩種色光的的主光主光線線在高斯像面上的在高斯像面上的交點高度之差交點高度之差來度量的來度量的ZCZFFC y y y成像成像討論：討論：細光束成像能否獲得白光的清晰像？細光束成像能否獲得白光的清晰像？薄透鏡的焦距公式薄透鏡的焦距公式12211rrnrr fCFFC l l l（2）倍率色差（垂軸色差）