【学习课件】第六章光学系统成像质量评价
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为了了解整个像平面的成像质量，还要知道 不同像高轴外点的像差，一般取1； 0.85;0.7;0.5;0.3这五个视场计算出不同孔径高 的子午像差X`T、K`T和δL`T的值。
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2、弧矢像差
弧矢像差可以和子午像差类似定义，只不过现在是在弧矢面 内。如图所示，阴影部分所在平面即为弧矢面。
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子午面和弧矢面；
对应的描述两平
内的光束结构的
几何参量分别为：
子午像差和弧矢
像差。
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1、子午像差
由于子午面既是光束的对称面，又是系统的对称面，位在该 平面内的子午光束通过系统后永远位在同一平面内，因此计 算子午面内光线的光路，是一个平面的三角、几何问题，可 以在一个平面图形内表示出光束的结构，如图所示。
当 n' n 1 时，有 y' f 'tg
Y`12Y`1 Y`2 y`12y`1y`2
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三、轴上像点的单色像差——球差
共轴光学系统，面形是旋转曲面。系统对光轴对称，进入系统 成像的入射光束和出射光束均对称于光轴，如图下图所示。
L`L`l`
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对最大口径校正即ΔL`m=0，
4
• 以上图为例，位于无穷远 处的一点发出的白光，经 光学系统成像后的像位置 不同。
• 不同口径处的光线的位置 色差不同。
• 位置色差的校正也是对口 径0.707处的光线校正色差。
• 校正色差就是使色差为0。
1
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f
'
(n1)( r1
) r2
L`12L`1L`2
l`12l`1l`2
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如图所示，根据无限远物体像高 y ' 的计算公式，
• 成像质量评价的方法分为两大类，第一类用于在光 学系统实际制造完成以后对其进行实际测量，第二 类用于在光学系统还没有制造出来，即在设计阶段 通过计算就能评定系统的质量。
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2
• 用于设计阶段评价的有：
• 几何像差、波像差、瑞利判断和点列图、 传递函数；
• 用于产品鉴定阶段：分辨率检验、星点检 验和光学传递函数测量等。
下，轴外球差的大小和轴上球差也基本相等。 •彗 差
在斜光束中子午彗差和弧矢彗差一般都同时存在，并且弧 矢彗差总比子午彗差小，大约等于子午彗差的三分之一。根据 其中任意一个就能判断系统彗差的大小。如果光学系统只存在 彗差，光束结构如图所示。
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像点的形状如所示。
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20
•像散 如果光学系统只存在像散，则子午光束和弧矢光束均分别
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弥散圆中心相当于理想像平面上光束的实际成像位置，它和
理想像点 B
' 0
之差称为“畸变”，用y
' z
表示
yz' yz' y0'
把子午焦线和弧矢焦线的中点到理想像平面的距离作为系统 实际场曲大小的度量，称为“平均场曲”
x'
x
' t
x
' s
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•球 差 轴外球差和轴上球差的性质基本相同。在视场不大的情形
x`tsx`tx`s
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如果像散、细光束子午和弧矢球差及子午、弧 矢彗差均为0，则所有光线都交于一点，得到 一清晰的像点，但该像点并不一定在理想像平 面上，此时得到是一弥散斑。
实际像点B`与理想像平面距离称为“场曲”， 用X`表示。当像高改变时，实际像点沿曲线变 化如图中曲线所示，整个像平面在—个曲面上， 这就是所以称为“场曲”的由来。
第六章 光学系统成像质量评价
• 主讲：张建寰 • 单位：机电系 • 2186810, aeolus@xmu.edu.cn
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一、概述
• 对光学系统成像性能的要求，可分为两个主要方面： 第一方面是光学特性，包括焦距、物距、像距、放 大率、入瞳位置、入瞳距离等；第二方面是成像质 量，光学系统所成的像应该足够清晰，并且物像相 似，变形要小。
轴外子午球差：不同宽度子午光线对的子 午场曲X`T与细光束子午场曲x`t的差（ X`T
- x`t ）； L`TX`Tx`t
光线对的聚焦情况就由X`T、K`T和δL`T来表
示。
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欲全面了解整个子午光束的结构，一般取 （±1、 ±0.85、 ±0.707 、±0.5、 ±0.3）h 的光线对为研究对象，计算相应的X`T、K`T 和δL`T。
ΔL`0.707=0
弥散图形的面积最小，亮度最大，称为“最小弥散圆”。 利用正负透镜的组合，可以消除球差。如设计良好的双胶合 透镜，它的球差曲线如下图所示。
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四、轴外像点的单色像差
轴外物点进入共轴系统成像的光束，经系统 后没有对称轴线，只存在对称面：物点与光 轴构成的平面——子午面。
为研究问题，研究两个相互垂直的平面光束， 用这两个平面光束近似代表整个光束的结构：
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类似地：研究弧矢光线对BD+和BD-相对于子 午面对称的光线对。
B`S：弧矢光线对的交点
ห้องสมุดไป่ตู้
X`S：B`S到理想像平面的距离，称为弧矢场曲；
K`S：B`S到主光线在垂轴方向的距离，称为弧 矢彗差；
x`s：主光线附近的弧矢细光束的交点B`s到理 想像平面的距离，称为细光束弧矢场曲；
轴外弧矢球差：
L`X`x` S ppt课件
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二、介质的色散和光学系统的色差
光实际上是波长为400-760nm的电磁波。不同波长的光具有 不同的颜色，一般把光的颜色分成红、橙、黄、绿、蓝、靛、 紫七种。红光的波长最长，紫光的波长最短。白光则是由各 种颜色的光混合而成的。
如图8－2所示：
1
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(n1)( )
f'
r1 r2
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S
s
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为了了解整个像面的成像质量，还要知道不 同像高轴外点的像差，一般取1； 0.85;0.7;0.5;0.3这五个视场计算出不同孔径高 的弧矢像差X`S、K`S和δL`S的值
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像散：理想像平面上的成像质量由细光束子午 和弧矢场曲决定。二者之差反映了主光线周围 的细光束偏离同心光束的程度，称之为像散。
研究子午光线对：BM+ 和BM-
X`T：表示子午光线对交 点B`T离理想像平面的轴 向距离——子午场曲；
K`T：表示子午光线对相
对于主光线不对称的程
度，称为子午彗差。
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细光束子午场曲：当子午光线对逐渐向主 光线靠近，光束宽度趋近于0时，其交点B`T 趋于一点B`t， B`t位于主光线上，其离开 理相像平面的距离称为细光束子午场曲， 用x`t表示；
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2、弧矢像差
弧矢像差可以和子午像差类似定义，只不过现在是在弧矢面 内。如图所示，阴影部分所在平面即为弧矢面。
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子午面和弧矢面；
对应的描述两平
内的光束结构的
几何参量分别为：
子午像差和弧矢
像差。
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1、子午像差
由于子午面既是光束的对称面，又是系统的对称面，位在该 平面内的子午光束通过系统后永远位在同一平面内，因此计 算子午面内光线的光路，是一个平面的三角、几何问题，可 以在一个平面图形内表示出光束的结构，如图所示。
当 n' n 1 时，有 y' f 'tg
Y`12Y`1 Y`2 y`12y`1y`2
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三、轴上像点的单色像差——球差
共轴光学系统，面形是旋转曲面。系统对光轴对称，进入系统 成像的入射光束和出射光束均对称于光轴，如图下图所示。
L`L`l`
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对最大口径校正即ΔL`m=0，
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• 以上图为例，位于无穷远 处的一点发出的白光，经 光学系统成像后的像位置 不同。
• 不同口径处的光线的位置 色差不同。
• 位置色差的校正也是对口 径0.707处的光线校正色差。
• 校正色差就是使色差为0。
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(n1)( r1
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L`12L`1L`2
l`12l`1l`2
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如图所示，根据无限远物体像高 y ' 的计算公式，
• 成像质量评价的方法分为两大类，第一类用于在光 学系统实际制造完成以后对其进行实际测量，第二 类用于在光学系统还没有制造出来，即在设计阶段 通过计算就能评定系统的质量。
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• 用于设计阶段评价的有：
• 几何像差、波像差、瑞利判断和点列图、 传递函数；
• 用于产品鉴定阶段：分辨率检验、星点检 验和光学传递函数测量等。
下，轴外球差的大小和轴上球差也基本相等。 •彗 差
在斜光束中子午彗差和弧矢彗差一般都同时存在，并且弧 矢彗差总比子午彗差小，大约等于子午彗差的三分之一。根据 其中任意一个就能判断系统彗差的大小。如果光学系统只存在 彗差，光束结构如图所示。
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像点的形状如所示。
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20
•像散 如果光学系统只存在像散，则子午光束和弧矢光束均分别
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弥散圆中心相当于理想像平面上光束的实际成像位置，它和
理想像点 B
' 0
之差称为“畸变”，用y
' z
表示
yz' yz' y0'
把子午焦线和弧矢焦线的中点到理想像平面的距离作为系统 实际场曲大小的度量，称为“平均场曲”
x'
x
' t
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•球 差 轴外球差和轴上球差的性质基本相同。在视场不大的情形
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如果像散、细光束子午和弧矢球差及子午、弧 矢彗差均为0，则所有光线都交于一点，得到 一清晰的像点，但该像点并不一定在理想像平 面上，此时得到是一弥散斑。
实际像点B`与理想像平面距离称为“场曲”， 用X`表示。当像高改变时，实际像点沿曲线变 化如图中曲线所示，整个像平面在—个曲面上， 这就是所以称为“场曲”的由来。
第六章 光学系统成像质量评价
• 主讲：张建寰 • 单位：机电系 • 2186810, aeolus@xmu.edu.cn
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一、概述
• 对光学系统成像性能的要求，可分为两个主要方面： 第一方面是光学特性，包括焦距、物距、像距、放 大率、入瞳位置、入瞳距离等；第二方面是成像质 量，光学系统所成的像应该足够清晰，并且物像相 似，变形要小。
轴外子午球差：不同宽度子午光线对的子 午场曲X`T与细光束子午场曲x`t的差（ X`T
- x`t ）； L`TX`Tx`t
光线对的聚焦情况就由X`T、K`T和δL`T来表
示。
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欲全面了解整个子午光束的结构，一般取 （±1、 ±0.85、 ±0.707 、±0.5、 ±0.3）h 的光线对为研究对象，计算相应的X`T、K`T 和δL`T。
ΔL`0.707=0
弥散图形的面积最小，亮度最大，称为“最小弥散圆”。 利用正负透镜的组合，可以消除球差。如设计良好的双胶合 透镜，它的球差曲线如下图所示。
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四、轴外像点的单色像差
轴外物点进入共轴系统成像的光束，经系统 后没有对称轴线，只存在对称面：物点与光 轴构成的平面——子午面。
为研究问题，研究两个相互垂直的平面光束， 用这两个平面光束近似代表整个光束的结构：
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类似地：研究弧矢光线对BD+和BD-相对于子 午面对称的光线对。
B`S：弧矢光线对的交点
ห้องสมุดไป่ตู้
X`S：B`S到理想像平面的距离，称为弧矢场曲；
K`S：B`S到主光线在垂轴方向的距离，称为弧 矢彗差；
x`s：主光线附近的弧矢细光束的交点B`s到理 想像平面的距离，称为细光束弧矢场曲；
轴外弧矢球差：
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二、介质的色散和光学系统的色差
光实际上是波长为400-760nm的电磁波。不同波长的光具有 不同的颜色，一般把光的颜色分成红、橙、黄、绿、蓝、靛、 紫七种。红光的波长最长，紫光的波长最短。白光则是由各 种颜色的光混合而成的。
如图8－2所示：
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(n1)( )
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S
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为了了解整个像面的成像质量，还要知道不 同像高轴外点的像差，一般取1； 0.85;0.7;0.5;0.3这五个视场计算出不同孔径高 的弧矢像差X`S、K`S和δL`S的值
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像散：理想像平面上的成像质量由细光束子午 和弧矢场曲决定。二者之差反映了主光线周围 的细光束偏离同心光束的程度，称之为像散。
研究子午光线对：BM+ 和BM-
X`T：表示子午光线对交 点B`T离理想像平面的轴 向距离——子午场曲；
K`T：表示子午光线对相
对于主光线不对称的程
度，称为子午彗差。
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细光束子午场曲：当子午光线对逐渐向主 光线靠近，光束宽度趋近于0时，其交点B`T 趋于一点B`t， B`t位于主光线上，其离开 理相像平面的距离称为细光束子午场曲， 用x`t表示；