观察透镜的6种像差

   实验原理

几何光学成像理论是建立在理想光学系统中建立的，其特点是：仅满足于近轴光路条件。但是实际的光学系统并不是像理想光学系统一样。光学系统成wanshan像必须满足三个条件：1.从物点发出的所有光线经光学系统后，均交予一点，即点成点像；2.物方每个平面对应像方每个平面；3.对于垂直于主光轴的共轭平面，其横向放大率为常量，即物象相似。

光学系统若不满足上述第一个条件，将导致像点弥散模糊；不满足上述第二个条件，将导致像面弯曲，即产生场曲；违背第三条，将导致图像畸变。实际光学系统所成的像和理想光学系统所成的像之间的偏离和差异，称为像差。

1.                      轴上像差

1.                      轴上点球差

轴上物体通过单折射球面镜成像时，物点发出的与广州夹角不同的光线，其像方共轭光线与光轴交点的位置随U角（相应光线入射高度h）的不同而不同。如图1-1所示

图1-1

2.                      轴向色差

绝大部分光学系统应用的是白光成像，而白光是复合色光即各种不同波长单色光的组合。由于构成透镜的光学玻璃的折射率随着光的波长（颜色）不同而改变，因而当光学系统用白光成像时，不同波长（颜色）光线所成的像面位置将不同。如图1-2所示：

图1-2

2.                      轴外像差

1.                      慧差

慧差是轴外像差中的一种，它随视场变化而变化。对于同一个视场，由于孔径不同，慧差也不同。因而，慧差是和视场及孔径都有关系的一种垂轴像差。慧差使轴外物点的像成一弥散斑，由于折射后光失去了对称性，所以弥散斑不在对主光轴对称，主光线偏到了弥散斑的一侧。图1-3所示入射光瞳不同位置的光线和这些光线在像面上慧差图中所占有的位置之间的对应关系：

图1-3

2.                      象散

象散也是一种轴外象基，与彗差不同，它是描述无限细光束成像缺陷的一种像差，仅与视场有关。由于轴外光束的不对称性，使得轴外点的子午细光束的会聚点与弧矢细光束的会聚点各处于不同的位置，与这种现象相应的像差，称为象散。子午细光束的会聚点与孤矢细光束的会聚点之间距离在光轴上的投影大小，就是象散的数值。由于象散的存在，使得轴外视场的象质显著下降，即使光圈开得很小，在子午和弧矢方向均无法同时获得非常清晰的影象。象散的大小仅与视场角有关，而与孔径大小无关

图1-4

3.                      场曲

场曲又称“像场弯曲"。当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。这样在镜检时不能同时看清整个像面，给观察和照相造成困难。

图1-5

4.                      畸变

理想光学系统城厢，不仅成像清晰，而且物象近似，即一对共轭五项平面上的垂轴放大率为常数。对于实际光学系统，只有在视场很小的近轴区，才具有物象相似的性质；当视场较大时，像的垂轴放大率就要随视场而异，从而使相对于物失去相似性。这种破坏物象几何相似使像变形的成像缺陷称为畸变。

图1-6