幾何像差像散和像面彎曲講解

幾何像差像散和像面彎曲主講人：夏錦濤知識目標(biāo)掌握像散內(nèi)容掌握像面彎曲內(nèi)容能力目標(biāo)思政目標(biāo)了解像面彎曲成像的現(xiàn)象具有工匠精神

學(xué)

習(xí)

目

標(biāo)物體子午面焦線弧矢面焦線B當(dāng)軸外物點B發(fā)出的光束通過一個很小的入瞳投射到折射球面上時，由于此斜向細(xì)光束的子午面和弧矢面相對折射球面的位置不同，使得子午和弧矢兩個面在球面上的截線曲率也不同，而且，剛好是一個最大，另一個最小，從而，使得子午和弧矢兩個方向的光束在主光線上的不同位置分別產(chǎn)生兩條互相垂直的前、后焦線，分別稱為子午焦線T’和弧矢焦線S’。圖1像散（1）像

散像

散圖2像散（2）兩焦線之間的成像是一系列不同的折射面彌散斑，即從子午焦線開始，先出現(xiàn)長軸與子午面垂直的橢圓，至中間位置變?yōu)樾浬A，往后變成長軸在子午面上的橢圓，再往后又再次聚焦為弧矢焦線，在兩焦線之外，均成像為橢圓彌散斑。子午焦線和弧矢焦線與主光線的交點BT’和BS’分別稱為子午像點和弧矢像點。這種子午像點與弧矢像點之間的沿軸位置差異，稱為像散(astigmaticdifference)，用符號XT’S’表示。當(dāng)子午光束的會聚度大時，子午像點BT’就比弧矢像點BS’更靠近光學(xué)系統(tǒng)；反之，則是弧矢像點BS’更靠近系統(tǒng)。一個有像散的光學(xué)系統(tǒng)對垂軸平面上三個不同方向的直線成像。像

散圖3像散（3）（a）所示為垂直于子午面的直線，因為其上每一點均被子午光束成像為一條垂直于子午面且與直線同方向的短線，這些同方向短線首尾相疊合仍為一直線，則像是清晰的，但該直線被弧矢光束所成的像，則是由一系列平行的短線所組成，因而，像是不清晰的。（b)是位于子午面上的直線，其子午像是由一系列平行的短線構(gòu)成，是不清晰的；而弧矢像是由一系列位于子午面上同方向的短線首尾疊合而成，故仍為清晰直線。（c）是既不位于又不垂直于子午面的傾斜直線，顯然，它的子午像和弧矢像都是不清晰的。像

散

的

危

害光學(xué)系統(tǒng)如存在像散，一個物面將形成兩個像面，在各個像面上不同方向的線條清晰度也不同。像散嚴(yán)重時，軸外點得不到清晰像。光闌位于球心不產(chǎn)生像散改變光闌位置像散將發(fā)生改變球面彎向光闌，比球心背向光闌引起的像散要小像

散

的

校

正

像面彎曲的定義：理想光學(xué)系統(tǒng)對垂軸的平面物體成垂軸的平面像，實際光學(xué)系統(tǒng)對平面物體所成的像不在一個平面內(nèi)，平面物體成彎曲像面的成像缺陷稱為像面彎曲（又稱為場曲）像差。像

面

彎

曲圖4像面彎曲（1）像

面

彎

曲像散隨視場的增大而增大。子午像點BT’和弧矢像點BS’的位置也隨視場而異，與物面上各點對應(yīng)的子午像點和弧矢像點的軌跡，即為子午像面和弧矢像面。這兩個彎曲像面與高斯像面的偏離，稱為像面彎曲。子午像面相對于高斯像面的軸向偏離稱為子午場曲，用XT’表示?；∈赶衩嫦鄬τ诟咚瓜衩娴妮S向偏離稱為弧矢場曲，用XS’表示。子午場曲：弧矢場曲：球面光學(xué)系統(tǒng)存在像面彎曲主要是由球面成像本身的固有特性所決定的，即使沒有像散，即子午像面和弧矢像面重合在一起，但像面仍然存在彎曲，如圖。這一無像散且能對平面物體成清晰像的彎曲像面，稱為珀茲伐(Petzval)像面，相應(yīng)的場曲（即珀茲伐像面相對于高斯像面的軸向偏離）稱為珀茲伐場曲，用符號XP’表示。像

面

彎

曲圖5像面彎曲（2）A-lOECrA’n’l’B1B’B1’B’’像

面

彎

曲圖5像面彎曲（3）當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)存在較大場曲時，就不能使平面物體上的各點同時清晰成像。此時，若把中心調(diào)焦清晰了，邊緣就變得模糊；反之，邊緣調(diào)清晰后，則中心就變得模糊，如圖。因此，對于攝像、投影用的鏡頭，都需要進(jìn)行很好