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1、光学计算机辅助设计,光学设计基础内容： （1）现代光学仪器对光学系统的要求； （2）光学系统设计概述； （3）初级像差理论、像差校正和像质评价。,Vignetting渐晕：像平面边缘部分比中心暗这种现象称为“渐晕”,lens,N,M,the aperture stop 孔径光阑,D,-w,Dw,D,D: 光束宽度 线渐晕系数: K=Dw/D,第2章 初级像差理论、像差校正和像质评价,像差的大小反映了光学系统质量的优劣,几何像差主要有七种：,单色光像差有五种： 球差 彗差(正弦差) 像散 场曲 畸变,复色光像差有两种： 轴向像差(位置色差) 垂轴像差(倍率色差),1. 球差Spherical a
2、berration,A,-Umax,-U,hmax,h,A,L,L,y,l,轴向球差：LLl；y:垂轴球差 l理想像面或高斯像面位置,若h/hmax=0.7，则称为0.7孔径或0.7带光（带光球差）, hmax称为全孔径(边光球差)。,对于单透镜来说，U越大则球差值越大,如果系统理想成像：则,y=0,轴向球差又称为纵向球差,它表示由轴向球差引起的弥散圆的半径,T= L tanU,入瞳,像面,a,b,Z,Ya,YZ,Yb,以高斯像面为起始边,以高斯像面为起始边,球差的校正：正负透镜的组合, 因为正透镜产生 负球差,负透镜产生正球差。这种组合光组被称为 消球差光组,球差是轴上点唯一的单色像差,最大
3、孔径处消球差,中央孔径球差为0,最大剩余球差,单透镜的球差与 焦距、相对孔径、 透镜的形状及折射 率有关。,对于给定孔径焦距和折射率的透， 通过改变其形状可 使球差达到最小。,2.慧差Coma,comatic aberration,慧差：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，距离主光线越远，圆斑直径越大,子午面：轴外物点和光轴所确定的平面弧矢面：过主光线和子午面垂直的平面主光线：过孔径光阑中心的光线,子午线对：子午面上对称于主光线的一对光线对弧矢线对：弧矢面上对称于主光线的一对光线对,子午慧差：子午光线对的焦点离开主光线的距离弧矢慧
4、差：弧矢光线对的焦点离开主光线的距离,子午线对：a,b,子午慧差: KT,以主光线为起始边,子午线对：BC, BD 弧矢线对：BE, BF,尖端指向视场中心为正 指向视场边缘为负,慧差对于大孔径系统或望远系统影响很大。 如果能对透镜消球差，则慧差可得到改善。,对于小视场大孔径系统（如显微系统），慧差值很小，此时常用 “正弦差”描述小视场的慧差特性。正弦差SC等于慧差与像高的比值,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，子午光束和弧矢光束的交点不重合,3.像散Astigmatism和场曲Curvature of field,1.像散Astigmatism,t,s,图2-7（a
5、）像散,A,子午焦线t和弧矢焦线s,B,2.场曲curvature of field,场曲：像场弯曲 仅有场曲时，整个光束仍交于一点， 即每个物点都成清晰像，但整个像面在一个 回转的曲面上. 但实际像面受到像散的影响所以有子午场曲 meridional curvature of field和弧矢场曲sigital curvature of field 。,lt,ls,l,-xt,-xs,l,有像散必然存在场曲，但存在场曲不一定有 像散。像散和场曲对是对于某一视场而言的。 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。,4.畸变Distortion,畸变：垂轴放大率随视场的增大而变化 系统成清晰像，但像高和理想像高不等。,图2-10 畸变,