球差:
隨著透鏡上光線高度的增加,像方空間的光線與光軸相交的位置越來(lái)越靠近透鏡邻眷。這種隨孔徑變化的焦點(diǎn)位置變化的像差稱為球差肆饶。
球差的大小取決于光線在入瞳上的高度驯镊。球差量與入射在鏡頭上的光線高度的立方成比例。沿光軸度量的球差被稱為軸向球差橄镜,但常用的橫向球差來(lái)度量球差冯乘,橫向球差用像的彌散斑半徑來(lái)表示。對(duì)于給定的焦距姊氓,直徑大兩倍的透鏡具有大8倍的像斑翔横。對(duì)于給定焦距和孔徑的單透鏡梗搅,球差是相距和透鏡彎曲(形狀)的函數(shù)。
控制球差的另一個(gè)方法是將光焦度分解為多個(gè)元件。
慧差:
光學(xué)系統(tǒng)中订雾,慧差被定義為放大率隨孔徑的變化洼哎。從孔徑光闌不同位置通過(guò)鏡頭的光線與相面在離光軸不同的高度上相交噩峦。
慧差與視場(chǎng)呈線性關(guān)系识补,與孔徑的平方成比例辫红。
如果通過(guò)鏡頭的光束相對(duì)于孔徑光闌具有較大的對(duì)稱性,則可以減小慧差切油。
像散:
存在像散時(shí)澎胡,子午面的光線與弧矢面的光線并不好匯聚在離透鏡相同的距離處攻谁。
像散與透鏡的孔徑和視場(chǎng)角的平方成正比。改變透鏡的形狀和透鏡與孔徑光闌的距離可以控制像散槐瑞,孔徑光闌限制通過(guò)透鏡的光束尺寸和位置困檩。
會(huì)聚光錐中的傾斜平板引入像散那槽。
假設(shè)該元件處于光學(xué)系統(tǒng)中間的某個(gè)位置骚灸,所示光錐在表面上的面積在y方向(子午方向)上的擴(kuò)展比在x方向(弧矢方向)上的擴(kuò)展要大甚牲。而球面的斜率變化率在球面的任何位置都是不變的。因此非驮,極限子午光線在表面上的斜率變化比弧矢光線在表面上的斜率變化大雏赦,因此折射角較大星岗,這導(dǎo)致子午光線焦點(diǎn)比弧矢光線焦點(diǎn)位置更靠近透鏡,這就是像散允华。
由于表面是球面寥掐,在很多情況下可以發(fā)現(xiàn)球差的離軸形式曹仗,被稱為子午傾斜球差。
場(chǎng)曲:
正透鏡在彎曲表面上成像收壕,在沒(méi)有像散的情況下蜜宪,成像表面稱為匹茲凡面。
匹茲凡的曲率與透鏡的折射率和其焦距的乘積成反比圃验。
由于一片透鏡對(duì)匹茲凡和的貢獻(xiàn)與其光焦度成比例,所以簡(jiǎn)單的分裂元件不會(huì)改變場(chǎng)曲斧散。
校正場(chǎng)曲方法:正負(fù)透鏡分離或者厚彎月透鏡(看做正負(fù)透鏡中間加入平行平板)
如果將透鏡放入焦點(diǎn)位置來(lái)校正場(chǎng)曲鸡捐,則為場(chǎng)鏡箍镜。
畸變:
畸變是唯一不會(huì)導(dǎo)致像斑模糊的像差色迂。
三級(jí)畸變隨視場(chǎng)的立方而增加手销。
平行平板:
平行平板的三級(jí)球差馏慨、慧差姑隅、像散和畸變?nèi)Q于平板的折射率n和厚度d倔撞,它們與成比例痪蝇。
如果將傾斜的平行平板插入旋轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)的匯聚光束中趁矾,則光學(xué)系統(tǒng)不再旋轉(zhuǎn)對(duì)稱给僵,其結(jié)果是軸上視場(chǎng)位置存在視場(chǎng)像差详拙,比如慧差饶辙、像散和橫向色差弃揽。
傾斜平板在光學(xué)系統(tǒng)中引入的最為嚴(yán)重的像差就是像散则北。然而咒锻,慧差和橫向色差也是非常明顯的。