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初级像差及矫正系列(一)球差的概念,成因及消除方法

发布时间:2021-02-03 14:39:44 浏览量:1789 作者:Alex

摘要

理论光学系统与实际是不同的,实际的光学系统成像是不完善的,光纤经光学系统各个表面传输会形成多种像差,使成像从产生模糊、

变形等缺陷。像差就是光学成像不完善程度的描述。光学系统设计的一项重要工作就是要校正这些像差,使成像质量达到技术要求。球

差对成像光学系统设计有着重要的影响。

正文


一、球差的概念

球差也叫球面像差,Spherical Abereation,是指轴上物点发出的光束通过球面透镜时,透镜不同孔径区域的光束最后汇聚集在光轴的

不同位置,在像面上形成圆形的弥散斑,这就是球差。如图所示



如果使用定量的方法来计算球差的大小,它表示在不同光瞳区域商的光线入射到像面后在像面上与光轴的垂直高度的大小。

由于绝大数玻璃透镜元件都是球面,所以球差的存在也是必然性。由于球差的存在,使球面透镜的成像不再具有完美性,球面单透镜的

球差是不可消除的。


二、球差的特点

当在轴上视场产生的时候,是旋转对称的像差。


三、球差产生的原因

由于透镜的球面折射使具有一定高度的平行光束不能在一点伤聚焦所致;由于镜头的透镜球面上各点的聚光能力不同:近轴与远轴的光

线会聚点不一致,形成弥散圆。


四、球差的种类

球差的种类很多,分类方法不一,在度量上可分为横向球面差和纵球面差两种;在形式上可分为正球面像差和负球面像差两种。 


五、消除球面像差的方法

1. 采用多片透镜的组合(复合透镜)

球面的凸面为正球差,凹面为负球差,采用多透镜使各个透镜的正、负球面像差相互抵消,相机中多数摄影镜头均采用这种方式,但其

校正像差的缺陷并不十分彻底。

2. 采用非球面透镜或者曲镜

此类透镜可以改变透镜两球面的曲率半径(又称配曲调正),以减小单透镜的球差

3. 使用渐变折射率的材料制作透镜

渐变折射率可使透镜各个位置上的聚光能力相同

4. 缩小光圈(孔径)

小光圈挡去了远轴光线,弥散圆的直径就小,图像清晰


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