燕山大学光学设计考试重点

★★★像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异；

★★★球差的定义：轴上点发出的同心光束经光学系统各个球面折射以后，不再是同心光束。其中与光轴成不同角度（或离光轴不同高度）的光线交光轴于不同的位置上，相对于理想像点有不同的偏离，这种偏离称之为球差。

★★★如何消除球差？

欲获得一个消球差系统，必须用正负透镜适当组合，如常用双胶合光组和双分离光组，设计时，根据其他要求确定了两块透镜的光焦度之后，就可以采用整体弯曲的办法来达到校正球差的目的，另外，若保持光焦度不变，则单透镜的球差将随折射率的增大而减小，对于单个球面来说，曲率减小，球差也随之减小。

★★★球差为0的三个位置：

（1）物点和像点均位于球面的曲率中心处，L=L’=r

（2）物点和像点均位于球面的顶点处，L=L’=0

（3）齐明点，在物距L=(n+n’)r/n，像距L’=(n+n’)r/n’处；

★★正弦差为0的四个位置：

=0

（1）光阑在球面的曲率中心，i

z

（2）物点在球面的顶点，L=0

（3）物点在球面的曲率中心：i=i’

（4）物点在L=(n+n’)r/n，i’=u

★★正弦差：对于球外物点，主光线不是系统的对称轴，对称轴是通过物点和球心的辅助轴，由于球差的影响，对称于主光线的同心光束，经光学系统后，它们不再相交于一点，在垂轴方向上也不与主光线相交，即相对于主光线失去了对称性，正弦差即用来表示小视场时宽光束成像的不对称性。

★★慧差：由于某种不对称性相差的存在，使得近轴点的成像光束与高斯面相截而成一慧星状的弥散斑，称这种不对称性像差为慧差；

★慧差与正弦差的区别：慧差与正弦差没有本质区别，二者均表示轴外物点宽光束经光学系统成像后失去对称性的情况，区别在于正弦差仅适用于具有小视场的光学系统，而慧差可用于任何视场的光学系统。

★★轴外子午球差：子午宽光束的交点沿光轴方向到高斯像面上的距离称为宽光束的子午场曲。子午细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为细光束的子午场曲，这种轴外点宽光束的交点与细光束的交点沿光轴的方向的偏离称为轴外子午球差；

★像散的定义：描述子午细光束和弧矢细光束会聚点之间的位置差异；

★像散与像面弯曲的联系与区别：像散的产生，必然引起像面弯曲，反之，即使像散为零，子午像面和弧矢像面合二为一时，像面弯曲仍然存在，对整个光学系统而言，像散可依靠各面相互抵消得到校正，而像面弯曲却很难得到抵消。

★★畸变：当视场较大或很大时，像的放大率就要随视场而异，不再是常数，一对共轭像平面上的放大率不为常数时，将使像相对于物失去了相似性，这种使像变形的缺陷称为畸变。正畸变呈枕形，负畸变呈桶形；

★★★色差：白光经光学系统第一表面折射以后，各种色光就被分开了，随后在光学系统内以各自的光路传播。造成各种色光之间成像位置和大小的差异，也就造成了各种单色像差之间的差异，前者称为色差，色差分为位置色差和倍率色差。

★★位置色差（轴像色差）：描述轴上点用两种色光成像时成像位置差异的色差称为位置色差；

倍率色差（垂轴色差）：当两种色光有不同的放大率。对同一物体所成的像大小也就不同，

这就是倍率色差。

★★★怎么消除色差：

（1）在具有一定光焦度的双胶合或双分离透镜组中，选用两种不同类型的玻璃（如冕牌玻璃和火石玻璃），并且两种玻璃的阿贝系数应尽可能大一些；

（2）若光学系统的光焦度φ〉0，正透镜选用γ大的冕牌玻璃，负透镜选用v小的火石玻璃；若φ〈0，则正透镜选用火石玻璃，负透镜选用冕牌玻璃；

（3）若两块透镜选用同一种玻璃，则应使其构成无光焦双透镜组，这种光组可以在不产生任何色差的情况下，利用改变透镜的形状，产生一定的单色相差；

★色球差：F光的球差和C光的球差之差，称为色球差，该差值也等于边缘光与近轴光色差之差；

★★二级光谱：当在带孔径对F光和C光校正了位置色差后，它们和光轴的公共交点并不和D光带孔径光线和光轴的交点重合，其偏差称为二级光谱；

★★渐晕：轴外点成像光束的宽度较轴上点成像光束的宽度要小，造成像平面边缘部分照度要比像平面中心部分照度低的现象；

★★★什么是点列图？如何从点列图看像差大小？

点列图：在几何光学的成像过程中，由一点发出的许多条光线经光学系统成像后，由于像差的存在，使其与像面不再集中于一点，而是形成一个在一定范围内的弧散图形，在点列图中利用这些点的密集程度来衡量光学系统的成像质量的方法称为点列图法；利用点列图法来评价照相物镜等的成像质量时，通常是利用集中30%以上的点或光线所构成的图形区域作为其实际有效弥散斑，弥散斑直径的倒数为系统的分辨率。

★★★瑞丽判断的定义：瑞丽认为：“实际波面与参考面之间的最大波像差不超过λ/4时，此波面可看作是无缺陷的。”此判断称之为瑞丽判断，瑞丽判断是根据成像波面相对理想球面的变形程度来判断光学系统的成像质量的。

★瑞丽判断的优缺点：（1）优点：便于实际应用，波像差与几何像差之间的计算关系简单，由所得的波像差即可判断光学系统的成像质量的优劣。（2）缺点：只考虑波像差的最大允许公差，而没有考虑缺陷部分在整个波面面积中所占的比例，瑞丽判断主要适用于小像差系统。

★★中心点亮度：中心点亮度是依据光学系统存在像差时其成像衍射的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比来表示光学系统的成像质量，此比值≥0.8时，认为光学系统的成像质量是完善的。

★★分辨率：分辨率反映了光学系统能够分辨物体细节的能力，它是光学系统的一个重要性能指标。常用作成像质量的评价因素。

★为什么说将分辨率作为光学系统成像质量的评价方法并不是一种完善的方法？

（1）因为它只适用于大像差系统（2）它与实际存在差异（3）它存在伪分辨现象；

★★调制传递函数（MTF）：由于光学系统像差及衍射等原因，会造成像的对比度低于物的对比度，将像的对比度与物的对比度的比值称为调制传递函数。

★★★如何利用MTF曲线来评价成像质量：

MTF是表示各种不同的频率的正弦强度分布函数经光学系统成像后，其对比度的衰减程度。例如下图中：

（1）若目视系统中：由于人眼的对比度阈值大约为0.03左右，MTF曲线下降到0.03以下时，曲线II的MTF值大于曲线Ⅰ，说明光学系统II用作目视系统较光学系统Ⅰ有较高的分辨率；（2）摄影系统中：由于在摄影系统中MTF值要大于0.1，从图中可以看出，曲线Ⅰ的MTF 值大于曲线II，即光学系统Ⅰ较光学系统II有较高的分辨率，且光学系统Ⅰ在低频部分有较高的对比度，用做摄影系统时，能拍出层次感丰富，真实感强的对比图像。