光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)概念

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1、球差[1]（Sphericalaberration）亦稱球面像差。軸上物點發(fā)出的光束，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)以后，與光軸夾不同角度的光線交光軸于不同位置，因此，在像面上形成一個圓形彌散斑，這就是球差。一般是以實際光線在像方與光軸的交點相對于近軸光線與光軸交點（即高斯像點）的軸向距離來度量它。對于單色光而言，球差是軸上點成像時唯一存在的像差。軸外點成像時，存在許多種像差，球差只是其中的一種。除特殊情況外，一般而言，單個球面透鏡不能校正球差，正透鏡產(chǎn)生負(fù)球差，負(fù)透鏡產(chǎn)生正球差。對一定位置的物點而言,當(dāng)保持透鏡的孔徑和焦距不變時,

2、球差的大小隨透鏡的形狀而異。因此，以適當(dāng)形狀的正、負(fù)透鏡組合成的雙透鏡組或雙膠合鏡組是可能消球差的一種簡單結(jié)構(gòu)。保持透鏡的焦距不變而改變透鏡形狀，猶如把柔軟的物體彎來彎去,故被稱為透鏡的整體彎曲,它是光學(xué)設(shè)計時校正像差的一種重要技巧。彗差由位于主軸外的某一軸外物點，向光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的單色圓錐形光束，經(jīng)該光學(xué)系統(tǒng)折射后，若在理想平面處不能結(jié)成清晰點，而是結(jié)成拖著明亮尾巴的彗星形光斑，則此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差成為彗差?！″绮顚佥S外點的單色像差。軸外物點以大孔徑光束成像時，發(fā)出的光束通過透鏡后，不再相交一點，則一光點的像便

3、會得到一逗點狀，型如彗星，故稱“彗差”?；鄄钍纠癫顚嶋H光學(xué)系統(tǒng)中，有非傍軸光線追跡所得的結(jié)果和傍軸光線追跡所得的結(jié)果不一致，這些與高斯光學(xué)（一級近似理論或傍軸光線）的理想狀況的偏差，叫做像差。像差[1]一般分兩大類：色像差和單色像差。色像差簡稱色差，是由于透鏡材料的折射率是波長的函數(shù)，由此而產(chǎn)生的像差。它可分為置色差和放大率色差兩種。單色像差是指即使在高度單色光時也會產(chǎn)生的像差，按產(chǎn)生的效果，又分成使像模糊和使像變形兩類。前一類有球面像差、彗形像差和像散。后一類有像場彎曲和畸變。實際工作中光學(xué)系統(tǒng)所成的像與近軸

4、光學(xué)(ParaxialOptics，高斯光學(xué))所獲得的結(jié)果不同，有一定的偏離，光學(xué)成像相對近軸成像的偏離稱像差。由于像差使成像與原物形狀產(chǎn)生差異。復(fù)色光引起的色像差簡稱色差；非近軸單色光則引起單色像差。初級像差又分為五種，分別為：球面像差、彗形像差、像散、像場彎曲和畸變五種。攝影影頭因制作不精密，或人為的損害，不能將一點所發(fā)出的所有光線聚焦于底片感光膜上的同一位置，使影像變形，或失焦模糊不清。實際的光學(xué)系統(tǒng)存在著各種像差。一個物點所成的像是綜合各種像差的結(jié)果；此外實際光學(xué)系統(tǒng)完全可以不調(diào)焦在理想像平面處，這時像差

5、（指在這個實像面上的像斑）當(dāng)然也要變化。在天文上常用光線追跡的點列圖來表示實際像差；也可用波像差來表示像差，由一個物點發(fā)出的光波是球面波，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后，波面一般就不再是球面的。它與某一個基準(zhǔn)點為中心的球面的偏離量，乘以該處介質(zhì)的折射率值，稱為波像差。2賽德爾的五像差賽德爾的五像差[2]1856年德國的賽德爾，分析出五種鏡頭像差源之于單一色（單一波長）。此稱為賽德爾五像差。球差球面像差與物高無關(guān)而與入射光瞳口徑三次方成正比的像差。它使理想像平面中各像點都成為同樣大小的圓斑。軸上物點只有球差這一種像差。通過入射光瞳

6、上不同環(huán)帶的光線，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后會聚在光軸上的不同點。這些點與近軸光的像點之差稱為軸向球差。彗差彗差與物高一次方、入射光瞳口徑二次方成正比的像差。若僅存在彗差，軸外物點發(fā)出的通過入射光瞳不同環(huán)帶的光線，會在理想像平面上形成半徑變化的并且沿視場半徑方向偏移的像圈。它們的組合會使物點的像成為形狀同彗星相似的彌散斑。場曲像面彎曲與物高二次方、入射光瞳口徑一次方成正比的像差。若僅存在場曲，則所有物平面上的點都有相應(yīng)的像點，但分布在一個球面上；若采用彎成此種形狀的底片，則可獲得處處清晰的像。此時在理想像平面上，像點呈現(xiàn)為圓

7、斑。像散像散若僅存在像散，則軸外物點的光線通過光學(xué)系統(tǒng)后聚焦成兩條焦。在這兩條焦線的中點，光束形成最小彌散圓。若將底片彎成處處都在這樣的位置，則可獲得處處像點彌散成最小的圓形斑。此時在理想像平面上，像點呈橢圓斑。畸變歪曲像差僅與物高三次方成正比的像差。若僅有畸變，得到的像是清晰的，只是像的形狀與物不相似。上述單色像差，僅與物高和入射光瞳口徑的冪總共三次方成正比，稱為三級像差（又稱初級像差），此外還有與物高和入射光瞳口徑的冪總共高于三次方的成正比像差，稱為高級像差。3色差由于透射材料折射率隨波長變化，造成物點發(fā)出的

8、不同波長的光線通過光學(xué)系統(tǒng)后不會聚在一點，而成為有色的彌散斑。它僅出現(xiàn)于有透射元件的光學(xué)系統(tǒng)中。按照理想像平面上像差的線大小與物高的關(guān)系，可區(qū)分為：色差①位置色差（又稱縱向色差）　與物高無關(guān)的像差，即不同波長的光線經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)后會聚在不同的焦點。②橫向色差（又稱倍率色差）　與物高一次方成正比的像差。它使不同波長光線的像高不同，在理想像平面上物點的像成為一條小光譜。這是兩種