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meredith

2021-06-08 12:38

幾何像差及像差的表示方法及相差校正

近軸光線和遠(yuǎn)軸光線都是指與光軸平行的光線，它們都成像在光軸上。縮小的光圈可以攔去遠(yuǎn)軸光線，而由近軸光線來成像。鏡頭的像差可以分成兩大類，即單色像差及色差。鏡頭的單色像差五種，它們分別是影響成像清晰度的球差、彗差、象散、場(chǎng)曲，以及影響物象相似度的畸變。

一、球差
1.球差的概念
球差也叫球面像差，是指軸上物點(diǎn)發(fā)出光束通過球面透鏡時(shí)，透鏡不同孔徑區(qū)域的光束最后匯聚在光軸不同位置，在像面上形成圓形彌散斑，這就是球差，球差的存在引起了成像的模糊，而從下圖可以看出，這種模糊是與光圈的大小有關(guān)的。小光圈時(shí)，由于光闌擋去了遠(yuǎn)軸光線，彌散圓的直徑就小，圖像就會(huì)清晰。大光圈時(shí)彌散圓直徑就大，圖像就會(huì)比較模糊。
2.球差的特點(diǎn)
當(dāng)軸上視場(chǎng)產(chǎn)生的時(shí)候，是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的像差
注；由于絕大多數(shù)玻璃透都是球面，所以球差是必然存在的，球面單透鏡的球差是不可消除的。
3.球差的描述

[attachment=107703]

4.球差在光扇圖的表示

[attachment=107704]

5.球差在點(diǎn)列圖的表示

[attachment=107705]

6.球差的校正
可以用凹凸透鏡補(bǔ)償法和非球面校正球差，在不能增加透鏡時(shí)可以用二次曲面系數(shù)來校正。

[attachment=107706]

二、慧差
1.慧差的概念
慧差，也就是軸外物點(diǎn)或稱軸外視場(chǎng)點(diǎn)所發(fā)出的錐形光束通過光學(xué)系統(tǒng)成像后，在理想像面不能成完美的像點(diǎn)，而形成拖著尾巴如彗星形狀的光斑，故在光學(xué)系統(tǒng)的這種像差稱其為慧差。
2．慧差特點(diǎn)
慧差只存在于外視場(chǎng)，它是非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，首端明亮、清晰，尾端寬大、暗淡、模糊
3.慧差的描述

4.慧差的表現(xiàn)形式

注；慧差的波前面是一個(gè)傾斜的波面
5．慧差的優(yōu)化方法
慧差可以使用慧差操作數(shù)COMA來進(jìn)行優(yōu)化，此外根據(jù)慧差的產(chǎn)生來調(diào)節(jié)視場(chǎng)光闌的方法來減小慧差，并且使用對(duì)稱結(jié)構(gòu)可以有效的消除慧差。
三、像散
1. 像散的概念
像散是指軸外物點(diǎn)發(fā)出錐形光束通過光學(xué)系統(tǒng)聚焦后，光斑在像面上子午方向與弧矢方向的不一致性，換言之，就是軸外視場(chǎng)光束通過光瞳后，在子午方向與弧矢方向光程不相等，造成兩個(gè)方向光斑分離所形成彌散斑，故稱為光學(xué)系統(tǒng)的像散。
2. 像散的特點(diǎn)
點(diǎn)列圖中看到的一定是彌散斑，光斑或者線條呈線條形式，或者呈彌散圓形式，或者是呈橢圓形式。