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波像差系列(八)-光学系统的像差容限

发布时间:2023-01-29 16:43:00 浏览量:1818 作者:Alex

摘要

光学系统的像差容限不仅与像质评价方法有关,还随系统的使用条件、使用要求和接收器性能等的不同而不同,而诸多像质评价方法之间虽然有直接或间接的联系,但它们各自有其局限性,不能用任一种方法来评价各种光学系统。

正文

像差系列(八)-光学系统的像差容限


光学系统不可能把像差校正得尽善尽美。那么多大的像差能被认为是允许的?这是一个很重要的问题,也是一个甚为复杂、并且还不能认为已被解决了的问题。原因是光学系统的像差容限不仅与像质评价方法有关,还随系统的使用条件、使用要求和接收器性能等的不同而不同,而诸多像质评价方法之间虽然有直接或间接的联系,但它们各自有其局限性,不能用任一种方法来评价各种光学系统。而且有些方法数学推演繁复,计算困难,实际上也很难从像质判据直接得出像差容限。


由于波像差与几何像差之间有着较为方便和直接的联系,因此,以最大波像差为评价依据的瑞利判断是一种方便而实用的像质评价方法。利用它可由波像差的允许值得出几何像差的容限。但它只适用于评价望远镜显微镜物镜等小像差系统。这类系统是一种视场很小而孔径较大或很大的系统,应该保证轴上点近轴点有很好的像质。所以须校正好球差、色差和近轴彗差,使最大波像差不大于 1/4 波长,符合瑞利判断的要求。


 对于球差,我们若想得到容限计算式。有二种情况:


1. 当系统仅有初级球差时,其所产过的最大波像差(经 离焦后)由以下公式 



来决定。令其小于或等于 1/4 波长,即可得边光球差的容限公式为



上式的严格表示应为



2. 当系统同时具有初级和二级球差时,在对边光校正好球差后,0.707 带的光线具有最大的剩余球差。作 的轴向离焦后,系统的最大波像差由以下公式



来决定,令其小于等 手1/4波长,即可得  时的带光球差容限为





实际上,边光的球差未必正好校正到零,需控制在焦深范围内。故此时边光球差的容限为1倍焦深。


类似于球差,其他像差的容限为:



有时,正弦差以 0.00025~0.0025 为其容限。


显徽镜和望远镜的目镜是小孔径大视场系统,应考感轴外像差的校正,有关像差的容限为弧矢慧差Ks公式同上。



像面弯曲在眼睛的调节范围内



倍率色差  以角度汁小手2’~4’


照相物镜是大孔径大视场系统,应校正全部像差。但其接收器即感光胶片有一定的粒度,因此物镜本身无需达到很高的像质要求,可认为是一种大像差系统。它所具有的各种像差的剩余值,要超出瑞利极限好多倍,自然不能用瑞利判断来评价其像质。对于大像差系统,一般用像点的弥散斑来直接评定(对应的评价方法为点列图)若弥散斑直径在0.03~0.1 毫米以内,就可认为是满意的。畸变则以观察者感觉不出像的明显变形为限,一般可允许2%~4%。


相关文献:

《几何光学 像差 光学设计》(第三版)——李晓彤 岑兆丰


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