像差与分辨率总结

介质的色散和光学系统的色差一、介质的色散波长速度折射率tvλvcn红光长快小紫光短慢大n1-n2色散色散:介质对两种不同颜色光线（用波长和表示)的折射率之差1221nn色散:某一种介质对两种不同颜色光线（用波长和表示)的折射率之差1221nn中部色散:某一种介质对F（486.13nm）光和C光(656.28nm)的折射率之差CFnnF光（486.13nm）：汞灯C光(656.28nm)：氢灯D光（589.3nm）：钠灯符号红外A’bCC’DdeFgG’h紫外颜色红橙黄绿青蓝紫波长/nm770766.5709.5656.3643.9589.3587.6546.1486.1435.8434.1404.7400元素KHeHCdNaHeHgHHgHHg二、色差1、什么叫色差？2、色差的表示方法轴向色差：)11)(1(121rrnf红光n小，紫光n大红光f’长，紫光f’短不同颜色像点沿光轴方向的位置之差F'红F'黄F'紫通常用C、F光像平面的间距表示轴向色差CFFClll垂轴色差：不同颜色像对应大小之差tgfy一般也用C、F光在同一基准像面的像高之差表示。ZCZFFCyyy1.采用不同色散不同折射率玻璃的组合2.采用折衍混合的技术3.采用反射镜色差的消除-uu’PP’!9!7!5!3sin9753uuuuuuuusin近轴条件下：单色像差的来源球面系统在近轴条件下可以理想成像物像一一对应§8－3轴上像点的单色像差：球差非近轴情况下，三次幂以上项不能忽略-uu’PP’!9!7!5!3sin9753uuuuuu出现像差球面系统不能理想成像单色像差(或初级像差)----5种：1)球差(sphericalaberration)2)彗差(coma)（正弦差）3)像散(astigmatism)4)场曲(curvatureoffield)5)畸变(distortion)!9!7!5!3sin9753uuuuuu一、球差的定义A'1A'0不同孔径光线对理想像点的位置之差二、球差的表示方法lLLLl大口径边缘光线对距系统最后一面的距离近轴（理想）像点位置L符号规则：由理想像点计算到实际光线交点三、存在球差时的像点形状ⅠⅡⅢ最小弥散圆图示：不同大小球差的照片球差的校正：变折射率透镜中间折射率大加光阑；复合透镜，如正负透镜组合、球面曲率及折射率的配合等；非球面透镜；弧矢面：过主光线和子午面垂直的平面轴外像点的单色像差•子午面：主光线和光轴决定的平面一.子午像差子午光线对子午光线对交点子午光线对交点与理想像平面不重合同样，子午光线对交点与主光线不重合TB''TK•孔径选取：(±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)hm•子午彗差：子午光线对交点到主光线的距离•视场选取：(±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)ω不同大小彗差的照片彗差的校正：复合透镜；加光阑；不晕点---同时消除了球差和彗差的一对共轭点非球面透镜；•孔径选取：(±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)hm•子午场曲:子午光线对交点到理想像面的距离•视场选取：(±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)ω'TX像差形状及特性场曲:若存在场曲，像面不是平面，是一个曲面'tx'''tTTxXL•细光束子午场曲：子午细光线对交点到理想像面的距离•轴外子午球差：子午宽光束交点到细光束交点的距离•孔径选取：(±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)hm•视场选取：(±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)ω二.弧矢像差弧矢光线对弧矢光线对交点弧矢光线对交点与理想像平面不重合同样，弧矢光线对交点与主光线不重合SB'•弧矢场曲:弧矢光线对交点到理想像面的距离'SX'SK•孔径选取：(±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)hm•弧矢彗差：弧矢光线对交点到主光线的距离•视场选取：(±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)ω'sx'''sSSxXL•细光束弧矢场曲：弧矢细光线对交点到理想像面的距离•轴外弧矢球差：弧矢宽光束交点到细光束交点的距离•孔径选取：(±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)hm•视场选取：(±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)ω最小弥散圆主光线子午焦线弧矢焦线轴外物点发出的同心光束，水平方向和竖直方向的光线的聚焦点在不同平面上像散的产生xxxtsts'''像散：像散和场曲的校正：复合透镜加光阑非球面透镜；平均场曲：2'''stxxx正弦差：彗差与像高的比值SCKyyS'lim''0yyyzzo'''1''.'sin'sin''11zzlLlluUuUSC畸变：成像光束的主光线的实际像高和理想像高之差畸变像的大小和理想想高不等畸变不影响像的清晰,只影响像的变形如果实际像高小于理想像高：桶形畸变如果实际像高大于理想像高：鞍形畸变畸变和视场的三次方成正比4.垂轴像差子午垂轴像差zyyy'''弧矢垂轴像差5.几何像差的曲线表示系统的标志数Nc，Ns，Np，Nas，F’ideal特性参数L，ω(y)，h(sinU)结构参数r1，d1(-lZ)，n1，na1，nb1r2，d2(-lZ)，n2，na2，nb2rNs，dNs，nNs，naNs，nbNsrNs+1，dNs+1，nNs+1，naNs+1，nbNs+1非球面系数NO1，K1，a4.1，a6.1，a8.1，a10.1，a12.1NO2，K2，a4.2，a6.2，a8.2，a10.2，a12.2NONas，KNas，a4.Nas，a6.Nas，a8.Nas，a10.Nas，a12.Nas其它附加数据举例：计算如图所示系统的像差系统光学特性为L=∞ω=-18°h=10系统的主要近轴参数为f′=40.111lF′=28.269y′=13.42轴上点像差1.0h0.85h0.7h0.5h0.3h0.0hδL′0.01632-0.03319-0.04516-0.03377-0.014510SC′-0.00048-0.00036-0.00026-0.00014-0.000050δLg′0.082030.021280.002620.008080.024160.03704δLC′0.050590.00044-0.01213-0.001440.017400.03169ΔL’gC0.031430.020840.014760.009520.006760.00535轴外细光束像差1.0ω0.85ω0.7ω0.5ω0.3ωδyz′-0.11120-0.07304-0.04409-0.01634-0.00363xt′-0.06395-0.018260.000680.006050.00373xs′-0.03940-0.05270-0.05038-0.03363-0.01390Xts-0.024550.034440.051060.039680.01763ΔygC0.00445-0.00241-0.00565-0.00655-0.00484轴外宽光束像差1.0ω0.85ω0.7ω0.5ω0.3ωδLT1h0.394840.373380.314590.198270.08993KT1h-0.00666-0.00857-0.00941-0.00647-0.00595δL’T7h0.110690.095540.069420.02327-0.01802KT7h-0.01040-0.00878-0.00712-0.00448-0.00278δL’S1h0.633990.458240.320020.167160.07041KS1h-0.03192-0.02101-0.01343-0.00601-0.00258子午垂轴像差+1.0h+0.85h+0.7h+0.5h+0.3h0-0.3h-0.5h-0.7h-0.85h-1.0h1.0ω0.070630.01823-0.00285-0.00980-0.006480.0.00082-0.00390-0.01795-0.03942-0.083940.85ω0.076170.025180.00411-0.00423-0.003080.-0.000154-0.00700-0.02166-0.04446-0.093310.7ω0.067670.022990.00485-0.00224-0.001560.-0.00207-0.00663-0.01908-0.03976-0.086500.5ω0.044790.012510.00065-0.00252-0.001060.-0.00132-0.00319-0.00961-0.02306-0.057720.3ω0.01795-0.00056-0.00532-0.00389-0.001170.-0.000160.00062-0.00024-0.00701-0.029840ω0.00420-0.00720-0.00809-0.00425-0.001090.0.001090.004250.008090.00720-0.00420弧矢垂轴像差1.0ω0.85ω0.7ω0.5ω0.3ωδys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′1.0h-0.031920.14715-0.021010.10156-0.013430.06814-0.006010.03407-0.002580.01450δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′0.85h-0.022280.07163-0.014700.04467-0.009430.02574-0.004350.00747-0.00186-0.00231δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′0.7h-0.015250.03248-0.010110.01698-0.006530.00679-0.00311-0.00215-0.00134-0.00628δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′0.5h-0.007630.00675-0.005100.00070-0.00333-0.00257-0.00164-0.00447-0.00072-0.00456δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′0.3h-0.00276-0.00066-0.00186-0.00258-0.00122-0.00317-0.00061-0.00277-0.00027-0.00183像差曲线垂轴像差曲线理想成像：球面波波像差实际波面和理想波面之间的光程差6.用波像差评价光学系统的成像质量用波像差评价光学系统的成像质量01234567891010-1.479-1.470-1.4369-1.444-1.454-1.480-1.506-1.4998-1.165-1.186-1.246-1.334-1.433-1.503-1.4797-0.820-0.844-0.917-1.034-1.186-1.350-1.480-1.4946-0.507-0.530-0.601-0.722-0.893-1.101-1.318-1.480-1.4795-0.271-0.290-0.351-0.461-0.625-0.844-1.101-1.350-1.5034-0.120-0.134-0.181-0.271-0.416-0.625-0.893-1.186-1.433-1.4993-0.040-0.049-0.081-0.149-0.271-0.461-0.722-1.034-1.334-1.5062-0.008-0.013-0.032-0.081-0.181-0.351-0.601-0.917-1.246-1