光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計流程

引言 實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的成像是不完善的，光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)各表面?zhèn)鬏敃纬啥喾N像差，使成像產(chǎn)生模糊、變形等缺陷。像差就是光學(xué)系統(tǒng)成像不完善程度的描述。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的一項重要工作就是要校正這些像差，使成像質(zhì)量達(dá)到技術(shù)要求。光學(xué)系統(tǒng)的像差可以用幾何像差來描述，包括：

看一看：照片上的色彩有什么問題嗎？ 對白光成像的光學(xué)系統(tǒng)，由于材料對不同波長的色光折射率不同，使各色光線具有不同的成像位置和倍率。

1.色差

?位置色差

由于同種材料對不同波長具有不同的折射率，根據(jù)單個折射球面的物像位置關(guān)系公式，對同一物方截距將算出不同的像方截距，導(dǎo)致位置色差。

對復(fù)色光成像的儀器要求對主色光校正單色像差，對成像光譜的兩端校正色差。

? 位置色差的度量與色差曲線

對近軸區(qū)，一般有寫成級數(shù)式

對某一環(huán)帶稱消色差色差曲線可以畫成形式或形式，大多數(shù)軟件是將三種色光球差曲線畫在一起，以主色光像面為基準(zhǔn)，稱三色球差曲線。

設(shè)，若對0.7帶光消色差，則有

想一想：在消色差環(huán)帶，F(xiàn) 光與 C 光像點(diǎn)重合，它們能否與 d 光像點(diǎn)重合？為什么？ 位置色差是對兩種色光而言，在某孔徑帶校正了位置色差后，兩種色光像點(diǎn)與主色光的像點(diǎn)之間的距離稱二級光譜。

位置色差與球差的比較：

上圖是不同位置時軸上點(diǎn)復(fù)色光和單色光形成的彌散斑，可見：位置色差和球差都是軸上點(diǎn)像差位置色差和球差都產(chǎn)生圓形彌散斑位置色差產(chǎn)生彩色圓形彌散斑，球差產(chǎn)生單色圓形彌散斑。

? 倍率色差 波長變化引起材料的折射率變化，繼而引起光學(xué)系統(tǒng)的放大倍率變化，像的大小隨之變化。 在高斯像面上度量有倍率色差，即F光和C光與高斯像面交點(diǎn)高度之差。

像散場曲和倍率色差同時存在 彗差和倍率色差同時存在

? 初級位置色差

初級位置色差為即由物方色差和系統(tǒng)內(nèi)各面的貢獻(xiàn)所決定，其中C1是各面的初級位置色差分布系數(shù)。

當(dāng)時，其中為第一色差和數(shù)，?？梢奀1是產(chǎn)生色差的原因。

平行平板的初級位置色差

平行平板的初級位置色差為所以平行平板恒產(chǎn)生正色差，當(dāng)且僅當(dāng)u1=0時不產(chǎn)生色差。 單薄透鏡與薄系統(tǒng)的位置色差

經(jīng)推導(dǎo)有可見正透鏡恒產(chǎn)生負(fù)色差，負(fù)透鏡恒產(chǎn)生正色差，色差的大小與物距(像距)有關(guān)。

對薄系統(tǒng)有可見某透鏡對位置色差的貢獻(xiàn)和它所處的位置有關(guān)，在第一近軸光入射高度大的地方貢獻(xiàn)較大，反之產(chǎn)生色差較小。

想一想：場鏡對位置色差的貢獻(xiàn)如何？

? 初級倍率色差

初級倍率色差為，CII為初級倍率色差分布系數(shù)?？梢姵跫壉堵噬钜彩怯晌锓缴詈拖到y(tǒng)中各面的黃貢獻(xiàn)決定。 當(dāng)時有，為第二色差和數(shù)。，它是初級倍率色差產(chǎn)生的原因。 單薄透鏡與薄系統(tǒng)的初級倍率色差 對單薄透鏡有可見①當(dāng)C1為零時，必有h=0, 此時CII自動為零? ②當(dāng)單片C1不為零時，要校正CII，只有hp=0即孔闌與之重合? 對于接觸薄系統(tǒng)，認(rèn)為不變，有校正倍率色差要求 ，與校正位置色差一致。所以，校正位置色差的同時也校正了倍率色差 當(dāng)hp=0 即孔闌與之重合時，不論位置色差如何都能校正倍率色差。?
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