光学设计系统的像差

成像光学系统光学设计的目的是校正变减少系统的像差，使得光学系统在一定的相对孔径和视场下成清晰的、无变形的像。

光学系统对单色光成像时会产生5种初级单色像差：球差，慧差，像散，场曲和畸变。

光学系统对白光成像时，光学系统除对白光中单色光成分产生单色像差外，还会产生两种色差，既轴向色差和垂轴色差。

1. 球差

球差的定义

轴上物点A发出的同心光束经过球面折射后不再是同心光束，其中与光轴成不同孔径角U的光线经球面折射后交光轴与不同的位置上，这些交点相对于理想像点A丿有不同的偏离程度，描述这种偏离程度的像差就称为球差。

球差的影响因素

孔径角或孔径高度越大时，光学系统产生的球差就会越大。

球差的校正

一般而言，单正透镜产生负球差，单负透镜产生正球差，可以利用此特性，来减小球差。最简单的组合方式有双胶合光组和双分离光组。

实际上，球差是无法完全消除的，也没有必要完全消除，只要控制在公差范围内就可以了。

2.正弦差

正弦差实质上是相对慧差

正弦差曲线的特点是横坐标是没有量纲的，纵坐标是光线在入瞳处的相对出射高度或孔径角

正弦差由于是小视场宽光束的像差，所以可以近视认为正弦差与视场无关，只是孔径的函数。

不产生正弦差的几种情况

1. 光阑在球面的曲率中心

2. 物点在球面顶点

3. 物点在球面的曲率中心

4. 物点在L = ( n + n ‘ ) ∗ r / n L =(n+n`)*r/nL=(n+n‘)∗r/n

3.慧差

正弦差SC丿较大时，光学系统不再满足等晕条件，此时，近轴点成像光束的对称性将会被破坏，像方空间内本应该对称与主光线的各个子午光学的交点将不在位于主光线上，描述子午光线在像方空间不再对称于主光线的像差，用偏离量Kt丿表示，称为子午慧差，

描述弧矢光线在像空间不再对称于主光线的像差，用偏离量Ks丿表示，称为弧矢慧差。

4. 色差

色差的定义

一束白光经过光学系统第一个折射面后，各种单色光就被分开了，随后就在光学系统内部以各自的光路传播，造成了各种单色光之间成像位置和大小的差异，既造成了各种单色光的像之间的差异，描述这种差异的像差就是色差。

色差的分类：位置色差和倍率色差。

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