§8-4 轴外像点的单色像差
Sagittal aberrations
D B
KS '
Chief ray
Z
BS '
D
Bs'
xs '
L'
XS'
弧矢场曲 X S '
弧矢彗差 K S '
细光束弧矢场曲 x s '
轴外弧矢球差 LS'XS'xs'
§8-4 轴外像点的单色像差
Sagittal aberrations
KS
'
1 3
KT
'
§8-4 轴外像点的单色像差
小视场大孔径
正弦差: 定义为彗差与像高的比值在像高趋于零时的极限. 用SC’表示
SC' lim KS ' y'0 y'
SC'siU n1u' l'lz' 1 siU n'u1 L'lz'
小孔径
L T',K T',L S',K S'～ 0
轴外像差由 xt ', xs ' 决定
y'FC yF'yC'
yC ' yd '
yF '
垂轴色差
y'f'tan
F
d
C
§8-3 轴上像点的单色像差——球差
通常的带光划分：0； 0.3；0.5；0.7071；0.85；1.0
R R'
R'2R2R'2
2R'2R2 R' R 0.707R1
2
§8-3 轴上像点的单色像差——球差
最小弥散圆
球差（Spherical aberration）: L'Lm'l'
§8-4 轴外像点的单色像差
Astigmatism
xts'xt'xs'
Chief ray
弧矢焦线 子午焦线
Bt' Bs'
xs'
xt'
平均场曲: 把子午焦线(焦 点)和弧矢焦线(焦点)的中 点到理想像平面的距离作 为系统实际场曲大小的度
量. x' xt 'xs ' 2
§8-4 轴外像点的单色像差
1 f'
(n1)
1 r1
1 r2
§8-2 介质的色散和光学系统的色差
色散
阿贝数
d
587.6nm
nd 1
nF nC
§8-2 介质的色散和光学系统的色差
玻璃图
§8-2 介质的色散和光学系统的色差
lF '
F
d
C
lC '
f
'(n1)
1 r1
1 r2
l'FClF'lC' 轴向色差
§8-2 介质的色散和光学系统的色差
✓轴上点像差: 球差、轴向色差
✓轴外点像差: 彗差、场曲、像散、畸
变、垂轴色差
单色像差: 球差、彗差、场曲、像散、畸变 色差: 轴向色差、垂轴色差
§8-5 几何像差的曲线表示
像差的曲线表示
§8-5 几何像差的曲线表示
像差的曲线表示
§8-5 几何像差的曲线表示
Spot diagram
y'y'yz'
Z
§8-5 几何像差的曲线表示
Encircled energy
y'y'yz'
Z
§8-6 用波像差评价光学系统的成像质量
理想波面
波像差 实际波面
§8-7 理想光学系统的分辨率
圆孔衍射
2R 1.22
n'sinU'max
§8-7 理想光学9;sinU'max
§8-7 理想光学系统的分辨率
决定成像特性
球差 最小弥散斑位置和大小 彗差 像散 平均焦点位置和大小 匹兹瓦曲率 畸变 波前方差 斯特列尔比 需要的二次曲线常数
决定成像好坏
§8-1 Introduction
评估光学系统的像差 ➢对制作完成的光学系统进行测量评估
分辨率检验、星点检验 ➢在设计过程中对光学系统进行评估
几何像差、波像差、点列图、光学传递函数、斯特列尔比等
5m 200lp/mm
星点检验
§8-1 Introduction
§8-2 介质的色散和光学系统的色差
色散
n c
红色光 紫色光
速度快 速度慢
折射率小 折射率大
色散：两种不同颜色光线折射率之差称为该介质对这两种色光的色散
中部色散
n12n1n2 nFCnFnC
F
656.3nm
C
486.1nm
Fraunhofer wavelength
分辨率检验
§8-1 Introduction
分辨率：光学系统所能分辨的最小间隔δ(/mm)的倒数μ(lp/mm)
空间频率： 1 (lp/mm)
分辨率检验
§8-1 Introduction
分辨率：光学系统所能分辨的最小间隔δ(/mm)的倒数μ(lp/mm)
空间频率： 1 (lp/mm)
对比度: contrast 在邻近区域内, 光强极大值和极小值之差与极大值和极小值之和的 比值, 用K表示.
Astigmatism
§8-4 轴外像点的单色像差
Astigmatism
若 x t ' x s ' 0
M
B'
X T ' x t ' 0
D Z
X S ' x s ' 0
K T ' 0
B
D M
K S ' 0
§8-4 轴外像点的单色像差
Distortion
Chief ray
M
Z
y0' yz'
M B
Image
畸变:
yz'yz'y0'
yz0 '
yz 'y0' y0'
正常
负畸变:桶形畸变
正畸变:鞍形畸变
§8-4 轴外像点的单色像差
Aberrations
✓ 球差: spherical aberration ✓ 彗差: coma ✓ 场曲: field curvature ✓ 像散: astigmatism ✓ 畸变: distortion ✓ 轴向色差: axial chromatism ✓ 垂轴色差: lateral chromatism
§8-3 轴上像点的单色像差——球差
通常使用带光:0；0.7071；1.0
L'L1.0'l'
带光
L'
§8-3 轴上像点的单色像差——球差 球差欠校正 L'0
球差过校正 L'0
§8-4 轴外像点的单色像差
Meridian Surface M D Z
D
B
M
Sagittal Surface
B'
Chief ray
§8-4 轴外像点的单色像差
Meridian aberrations
场曲: Field curvature Chief ray
彗差: Coma
M
Z
M B
KT '
Bt'
BT '
xt '
L'
XT '
子午场曲 X T '
子午彗差 K T '
细光束子午场曲 x t '
轴外子午球差 LT'XT'xt'
第八章 光学系统成像质量评价
Chapter 5: Evaluations for optical image systems
§8-1 Introduction
Aberrations
§8-1 Introduction
对光学系统的要求
一阶 要求
三阶 要求
有效焦距和后焦距 F-数 像距 像面大小 主平面位置 顶点到主平面间距离 入瞳尺寸和位置 出瞳尺寸和位置 拉格朗日不变量