第一章像差概述 在几何光学中曾研究过物体经光学系统成像的一些基本规律,主要是研究物体经过 光学系统所成像的大小、位置、倒正等问题,以及如何根据对仪器的成像娶求,确定光 学系统各透镜的焦距、口径,棱的型式、尺寸及各光学组件之间的间隔等。也就是解 决光学系统的外形尺寸计算问题 光学系统的外形尺寸计算是根据理想光学系统理论进行的。这时认为光学系统使物 体成“理想像”或“完善像”。所谓“理想像”是指物方一物点发出的一束光线经过光 学系统后仍交于一点(仅仅交于唯一的点),在物方位于垂直于光轴的平面上的物体,其 像位在与光轴垂直的平面上,且物和像的几何形状完全相似。简单说,就是成像清晰(物 点发出的光线经过光学系统不交于一点,像就会模糊。)不变形。这也是对实际光学系 统成像的要求。 但对实际光学系统,只有在近轴区(即只能对近轴的小物体以很小孔径角的光束成 像)才能像理想光学系统那样具有完善成像的性质。从实用的角度,任何光学系统都要 根据仪器的使用要求而具有一定大小的视场和相对孔径,它远超出近轴所限定的范国,因 而成像不再是理想的,即由同一物点发出的光线经过光学系统以后,出射光线并不聚交 于理想像点,使得像变模糊并有变形。通常把用近轴光学公式求出的像称为实际光学系 统的理想像,而把实际光线的交点和理想像点之间位置的误差称为“像差”。 实际光学系统,除了平面反射镜外,成像总是不完善而存在像差的。具有这种成像 缺陷的光学系统是不能满足使用要求的,在设计光学仪器时必须适当选取光学系统的结 构参数(透镜的表面曲率半径、厚度、间隔和制造透镜的玻璃)使光学系绕的像差减小 到可以允许的限度(人眼和所有其他光能接受骤都具有一定的缺陷,只要光学系统的像 差值小于一定的限度,人眼和其它光能接受器就察觉不出)以内,通常称为“消除像差 或“校正像差”。 §1.1色差 在物理光学中研究正常色散时曾指出;不同波长光的折射率不同,一切透明介质的 折射率都随着光的波长增加而减小。 由近轴光学的物像位置关系式n/-n/=(m2-r)/r和物像大小关系式=y/y =n/ml可知,对同一物点(!和y一定)来说,介质的折射率n和n不同,像面位 置和像高y′都会发生改变。由同一物点发出的白光经光学系统以后,不同颜色光线 不再聚交于一点,因而不能成一白色像点,而出现色彩,这样的现象称为色差。不同颜 色光线像面位置之差称为轴向色差,不同颜色光线像高之差称为垂轴色差