光学设计与CAD第5讲—轴外像差

曲线中纵轴是视场，横轴是像面弯曲。将子午像面弯曲(用T表示)和弧矢像面弯曲 (用S表示)画在一起，即可知道像散，不必另画像散曲线。
§8.5 畸变
慧差(comatic aberration) 像散(astigmatism)
场曲(curvature of field) 畸变（distortion)
当光阑置于系统的中间，能很好的矫正畸变
本质
轴外光束
正负
相关成因 当系统还存在像散，即子午像面和弧矢像面的与理想像面的偏离。
规律
有像散必然存在场曲，但场曲存在时不一定有像散。
本质
垂轴放大率随视场的变化而产生（垂轴像差）
正负
枕形畸变为正（垂轴放大率随视场的增大而增大），桶形为负（增 大而减小）
相关成因 主光线的光路引起像的畸变
规律
对于结构完全对称的光学系统，以-1倍的放大率成像，所有垂轴相 差都能自动消除
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ye n sin U n'sinU '
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推导过程不要求
当球差为零时，等晕条件化为正弦条件。
? 正弦差与孔阑位置有关，当球差不为零 时，可以找到某孔阑位置使正弦差为零。
? 正弦差表征光学系统不满足等晕条件的 程度。当正弦差不为零时，轴外点存在 彗差。
§8.4
? 上图是对某具有很大像散和像面弯曲的光学系统的计算结 果，表示了不同位置处的轴上点与轴外点单色光弥散斑， 第一行是轴上点产生的弥散斑，第二行是轴外点产生的弥 散斑，第三行数字表示位置，单位是微米。
明
正
弦
条
图 8-3
件
正弦条件： 正弦条件化为：
? 正弦条件分析
等晕成像和等晕条件
? 实际由于球差存在，只能要求近轴轴外点具有 和轴上点A相同的成像缺陷。此时称 等晕成像， 需要满足的条件称 等晕条件
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A' B'? L'?lp ' y' l'?lp '
第八章 轴外像差
? 一、轴外像差综述 ? 二、正弦条件与等晕条件 ? 三、彗差 ? 四、像散和像面弯曲 ? 五、畸变
8-1 轴外像差概述
? 主光线：某视场点发出的通过入瞳中心的实际光线 第一近轴光线：轴上物点A发出的通过入瞳边缘点的“近轴”光线 第二近轴光线：轴外某视场点发出的通过入瞳中心的“近轴”光线 子午平面：包含物点和光轴的平面称子午平面 弧矢平面：包含主光线并与子午平面垂直的平面称弧矢平面 辅轴：轴外点和球心的连线称为该折射球面的辅轴 上光线：轴外点发出通过某孔径带上边缘的光线称某孔径带的上光线 下光线：轴外点发出通过某孔径带下边缘的光线称某孔径带的下光线 前光线：轴外点发出通过某孔径带前边缘的光线称某孔径带的前光线 后光线：轴外点发出通过某孔径带后边缘的光线称某孔径带的后光线
本质
轴外点宽光束（垂轴像差）
正负
尖端指向中心者为正慧差，反之，为 负慧差
相关成因 光束宽度，物体大小，光阑位置，光组内部结构有关
规律
对于大孔径系统或望远系统影响较大。
本质
轴外点细光束
正负
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子午像点比弧矢像点更远离高斯像面，像散为负，反之，为正
相关成因 视场增大，远离光轴的物点光线的非对称性
规律
像散是物点远离光轴时的像差，且随视场的增大而迅速增大
轴外像差
五种像差：球差、彗差、像散、场曲和畸变 宽光束像差：球差和彗差 窄光束像差：像散、场曲和畸变
8-2 正弦条件和等晕条件
近轴轴外点 : 离光轴很近的轴外点
? 设轴上物点 A→A'能以任意宽光束完善成像， 则垂轴方向的近轴轴外点 B→B'也能以宽光束 完善成像需满足的条件称 正弦条件。
证