光学光的相干与像差
第9章 光学系统的像差
第 九 章 光学系统的像差
9.1
三、光学系统的 球差分布公式
1、原理分析
L L+ L
'
'
*
含义： L 包含了前面几个面的球差贡献 L * L 及该折射面本身所产生的球差
nu sin u = ' ' 其中： ' 为转面倍率 n u sin u
. 应用 . 光学
第 九 章 光学系统的像差
9.1
2、球差分布公式
克莱伯公式： 单个折射球面的球差表示式为：
整个系统的球差表示式为：
或：
. 应用 . 光学
第 九 章 光学系统的像差
9.1
四、单个折射球面的球差分布系数，不晕点 经过推导，可得到单个折射球面的球差分布系数
PA校对法
令上式为零：可以得到一下三个无球差点
第一：L=0,此时L’必为零，故物点、像点和顶点 重合。 第二：sinI-sinI’=0,这个条件只能在I’=I=0时才 能满足，相当于光线与球面法线重合，物点 像点和球面中心重合，此时L=L’=r； 第三：sinI’-sinU=0，则I’=U;
五、单个折射球面的球差正负和物体位置的关系
. 应用 . 光学
第 九 章 光学系统的像差
9.1
一、球差的定义及其计算
1、轴向像差：由轴上点发出的同心光束，经光学系统 各个折射面折射后，不同孔径角的交线交于不同点，相 对于理想像点的位置有不同的偏离，这就是球面像差。
L L l
' '
'
实际像点与理想像点的沿轴距离
L a1U a2U a3U
' ' 2 1 4 1 6 1
光学系统的像差
单色像差
球差——轴上点宽光束像差 彗差——轴外点宽光束像差 像散——轴外点细光束像差 像面弯曲（简称场曲） 畸变
4
球差
轴上物点以宽光束成像时产生的像差。 不同孔径角的光线所成的像点相对于理想
像点的位置偏离。 由于此球差是沿光轴方向度量的，也称为
轴向球差
5
轴上物点的单色像差——球差
30
近轴物近轴光线成像的色差
123
不同波长的光，焦距不同,像的位置不 同．在1,2,3三截面上,形成的光环半
径不同.
31
色差严重影响光学系统成像性质，一般 光学系统都必须校正色差。可以用正负 透镜适当组合来校正位置色差。
32
影响位置色差的主要因素：
随孔径角的增大而增大 与光学材料的折射率和色散率有关 与透镜的焦距有关
B
37
倍率色差随视场的增大而增大，由于倍 率色差的存在，使物体边缘呈现彩色， 从而，造成白光所成的像呈现彩色斑。
38
对于一般光学系统来说，球差、慧差和 位置色差这三种对对成像性质影响较大， 所以首先考虑消除，因人眼具有自动校 正色差功能，故影响成像质量主要是球 差和慧差。
39
光学设计的意义
50
像散的影响因素
随视场增大而增大 与光阑位置有关 与系统焦距及透镜表面曲率有关 此外，与光束大小也有关
51
像面弯曲（简称场曲）
52
53
场曲
光学系统如存在像散，一个物面将形成 两个像面（即子午像面和弧矢像面），两 弯曲像面与高斯像面的偏离分别称为子午 场曲和弧矢场曲，以符号 xt′和xs′表示之。
理想成像的要求 出入射光束为同心光束，只有近轴区成
像才是理想成像。
1
工程光学讲稿像差
n
n'( >n)
UA O A'
物点位于球面旳球心处，即 L=r此时物点
发出旳全部光线将沿球面旳法线方向入射
，即入射角I=0根据折射定律，折射角也
C
-U
A,A'
I'=0,光线无偏折地经过球面，像点也将位
于球心处，即L'=r。
(3) sinI’－sinU＝0，即I’＝U，因为
L0
sin I' n sin I / n' n(L r)sinU / n'r
§6－2 轴上点旳球差
一、 球差定义及表达措施
1、轴向球差
由实际光线旳光路计算公式知，当物距L为定值时，像距L’与入射高 度h1及孔径角U有关，伴随孔径角旳不同，像距L‘是变化旳，即如图所示：
轴上点A点发出旳光束，对于光轴附近旳光用近轴光路计算公式，像点为 A0’（看作高斯像点），对于实际光线采用实际光计算公式，成像于A’1 （实际像）。
(sin I (L-r)sinU r)
故可得： L （n Ln'） rn/nnn ' r
同I '理，U由sin I sUinU' '可得出
L ' 0A'
L' (n n')r / n'
I
-U AC
n
-I' n'( <n)
由上式拟定得共轭点，不论孔径角U多大，均不产生球差。由上式也可 得出，nL＝n’L’ ，则垂轴放大率β＝nL’/n’L=(n/n’)2
单色像差——光学系统对单色光成像时所产生旳像差。 几何像差： 球差、彗差、像散、场曲、畸变 。
色差——不同波长成像旳位置及大小都有所不同。
什么是光的光学相位和光学相干性
什么是光的光学相位和光学相干性？光的光学相位和光学相干性是光学中重要的概念和性质。
光学相位描述了光波的相位差和相位延迟，而光学相干性描述了光波之间的相干性和干涉效应。
下面将详细介绍光的光学相位和光学相干性的原理、特点和应用。
一、光学相位1. 原理光学相位是指光波的相位差和相位延迟。
相位差是指两个光波之间的相位差异，可以由光波的波长和光程差来计算。
相位延迟是指光波在传播过程中的相位延迟，可以由介质的折射率和光程来计算。
光学相位是描述光波振动状态的重要参量，它决定了光的干涉、衍射和反射等现象。
2. 特点光学相位具有以下特点：（1）相位差决定干涉：两个光波的相位差决定了它们的干涉效应，相位差为0或整数倍的情况下，会出现增强干涉；相位差为半波长或奇数倍的情况下，会出现衰减干涉。
（2）相位延迟影响传播：光波在不同介质中传播时，由于折射率的不同，会产生相位延迟，导致光的传播速度和方向发生变化。
（3）相位差和相位延迟的变化会影响干涉图样：改变光波的相位差或相位延迟，会改变干涉图样的形状和位置，从而提供了研究光波传播和干涉现象的重要手段。
3. 应用光学相位在许多领域中都有重要的应用。
其中最常见的应用是在干涉测量中，如干涉仪、激光干涉仪和干涉衍射仪等。
通过测量光波的相位差和相位延迟，可以计算物体的长度、形状和折射率等。
例如，在干涉仪中，通过测量干涉条纹的间距和角度变化，可以计算物体的长度和角度；通过测量干涉条纹的亮度和颜色变化，可以研究物体的表面质量和光学特性。
二、光学相干性1. 原理光学相干性是指光波之间的相干性和干涉效应。
相干性描述了两个或多个光波之间的相干性质，即它们在时间和空间上的相位关系。
相干性可以通过相干函数和相干时间来描述。
相干函数描述了两个光波的相位差随时间的变化，相干时间描述了两个光波的相位差保持稳定的时间。
2. 特点光学相干性具有以下特点：（1）相位关系决定干涉效应：两个光波之间的相位关系决定了它们的干涉效应，相位关系相干的光波会产生明暗相间的干涉条纹，相位关系不相干的光波则不会产生干涉现象。
光学像差的实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解光学像差的产生原理及分类；2. 掌握光学像差实验的基本方法；3. 通过实验观察不同类型的光学像差，加深对光学像差理论的理解。
二、实验原理光学像差是指实际光学系统在成像过程中，由于光线传播路径的偏差，导致成像质量下降的现象。
根据像差是否与颜色有关，可以分为色像差和色差；根据像差产生的位置，可以分为轴上像差和轴外像差。
本实验主要研究球差、彗差、像散和场曲等基本像差。
球差是由于光线在通过透镜时，不同入射角度的光线在像平面上聚焦到不同的位置，导致成像质量下降；彗差是由于光线在通过透镜时，同一入射角度的光线在像平面上聚焦到不同的位置，导致成像质量下降；像散是由于光线在通过透镜时，同一入射角度的光线在像平面上聚焦到不同的位置，导致成像质量下降；场曲是由于光线在通过透镜时，不同高度的光线在像平面上聚焦到不同的位置，导致成像质量下降。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：光学像差实验装置、光源、光阑、成像屏、光具座等；2. 实验材料：不同焦距的透镜、不同形状的光阑、成像屏等。
四、实验步骤1. 准备实验装置，将光源、光阑、透镜、成像屏等按照实验要求放置在光具座上；2. 调整光具座，使光源发出的光线垂直照射到透镜上；3. 观察不同类型的光学像差现象，并记录实验数据；4. 分析实验数据，得出结论。
五、实验结果与分析1. 球差实验：观察不同焦距的透镜在成像过程中的球差现象，发现球差随着焦距的增加而增大；2. 彗差实验：观察不同形状的光阑在成像过程中的彗差现象，发现彗差随着光阑形状的变化而变化；3. 像散实验：观察不同高度的光线在成像过程中的像散现象，发现像散随着高度的增加而增大；4. 场曲实验：观察不同高度的光线在成像过程中的场曲现象，发现场曲随着高度的增加而增大。
六、实验结论1. 光学像差是实际光学系统在成像过程中普遍存在的一种现象，对成像质量有较大影响；2. 通过实验，掌握了光学像差实验的基本方法，加深了对光学像差理论的理解；3. 在光学系统设计过程中，应充分考虑像差的影响，采取相应的措施进行像差校正，以提高成像质量。
7种常见像差的原因
7种常见像差的原因像差是指光学系统在成像过程中产生的图像质量不理想的现象。
下面将介绍光学系统中常见的7种像差原因，包括球差、散光、像散、像场弯曲、畸变、色差和像间干涉。
1. 球差：球差是由于光线通过球面透镜时，不同入射位置的光线会聚或发散到不同焦点位置而导致的像差。
球差的主要表现是像点失焦，即中央和边缘部分的图像清晰度不同。
球差可以通过使用非球面透镜或复合透镜进行校正。
2. 散光：散光是由于透镜的曲率在不同方向上不同而引起的像差。
散光使得图像的焦点在不同的平面上，导致成像模糊。
散光可以通过使用散光校正透镜或非球面透镜进行校正。
3. 像散：像散是由于透镜的不同色散特性引起的像差。
不同波长的光线通过透镜后，会聚到不同的焦点位置，导致不同颜色的图像产生色差。
像散可以通过使用折射率不同的材料组合或使用色散补偿透镜进行校正。
4. 像场弯曲：像场弯曲是指光线通过透镜时，不同位置的像点距离透镜中心的距离不一致，导致图像的形状在不同位置有畸变。
像场弯曲可以通过使用非球面透镜进行校正。
5. 畸变：畸变是由于透镜的形状或光线的折射发生变化而引起的像差。
畸变可以分为桶形畸变和垫形畸变。
桶形畸变使得图像中心位置变窄，而边缘位置扩展；垫形畸变使得图像中心位置扩展，而边缘位置收缩。
畸变可以通过使用非球面透镜或使用畸变校正透镜进行校正。
6. 色差：色差是由于不同波长的光线通过透镜后，折射程度不一样而产生的像差。
常见的色差有色焦差和色散，色焦差是指不同颜色的光线聚焦位置不同，色散是指不同颜色的光线折射程度不同。
色差可以通过使用折射率不同的材料组合或使用色差补偿透镜进行校正。
7. 像间干涉：当光线经过光学系统中的多个透镜或镜面反射时，光线的相位差会导致干涉现象。
这种干涉现象会产生亮度变化或干涉条纹等干扰图像质量的现象。
像间干涉可以通过设计光学系统的结构，如透镜组的距离和角度等参数进行校正。
以上是光学系统中常见的7种像差原因的介绍。
第六章 光学系统的光路计算和像差理论(2013总第10-11讲)
第六章 光线的光路计算及像差理论
本章内容 像差概述－像差的定义和分类 光线的光路计算
轴上点的球差
正弦差和彗差 场曲和像散 畸变 色差
像差特征曲线与分析
波像差
大纲要求：
⑴掌握像差的定义、种类和消像差的基本原则。 ⑵了解单个折射球面的不晕点（齐明点）的概念和性质， 求解方法。 ⑶掌握七种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方
线成像特性的比较，研究不同视场的物点对应不同孔径和不同色光的像差值。
对两边缘谱线F光(λ =486.1nm)和C光(λ =656.3nm)校正色差。
②普通照相系统：对最灵敏谱线F光校正单色像差；对
两边缘谱线D光和G’光(λ =434.1nm)校正色差。
天 文 照 相 系 统 ， 常 用 G’ 光 校 正 单 色 像 差 ， 对 h 光 (λ=404.7nm)和F光校正色差。 ③近红外光学系统：对C光校正单色像差；对d光 (λ=587.6nm) 和A’光(λ=768.2nm)校正色差。
五. CIE色度学系统表示颜色的方法
第十节 均匀颜色空间及色差公式
一、（x，y，Y）颜色空间是非均匀颜色空间 二、均匀颜色空间及色差公式
（一）CIE1964均匀颜色空间
（二）CIE1976均匀颜色空间 （三）CIE1976均匀颜色空间
(W *U *V *) ( L * u * v*)
( L * a * b*)
cie色度学系统表示颜色的方法专业文档第十节均匀颜色空间及色差公式一xyy颜色空间是非均匀颜色空间二均匀颜色空间及色差公式vuw一cie1964均匀颜色空间二cie1976均匀颜色空间vulbal三cie1976均匀颜色空间专业文档第六章光线的光路计算及像差理论本章内容?像差概述像差的定义和分类?光线的光路计算?轴上点的球差?正弦差和彗差?场曲和像散?畸变?色差?像差特征曲线与分析?波像差专业文档掌握像差的定义种类和消像差的基本原则
光学设计中的像差总结
光学设计中的像差总结光学设计里的像差啊，那可真是个有趣又有点小麻烦的事儿呢。
像差就是光学系统成像的时候，实际像和理想像之间的差异啦。
这就好比我们想象中画一个超级完美的圆，可实际画出来总是有点歪歪扭扭的。
一、色差。
色差是像差中的一种，它就像是一个调皮的小捣蛋鬼。
大家都知道白光是由各种不同颜色的光混合而成的吧。
在光学系统里，不同颜色的光折射率不一样呢。
比如说，一束白色的光通过透镜，蓝光可能就比红光聚焦得更近一点。
这就导致我们看到的像啊，可能边缘会有彩色的条纹，就像给像穿上了一件花花绿绿的衣服，可这衣服一点都不好看呀。
这在我们拍照的时候就很明显啦，如果镜头有色差，拍出来的照片人物或者景物的边缘就会有奇怪的颜色，整个画面看起来就不那么纯净和清晰了。
二、球差。
球差这个家伙呢，就像是个没睡醒的大胖子。
因为透镜的形状是球面的嘛，光从不同位置通过透镜的时候，不能完美地聚焦到一个点上。
中心的光线和边缘的光线就像是两个意见不合的小伙伴，中心光线可能聚焦在一个点，边缘光线就聚焦到另一个点啦。
这就使得成像变得模糊，就像我们近视眼没戴眼镜看东西一样，模模糊糊的一片，你说气不气人呢。
在天文望远镜里要是有球差，我们看星星的时候就只能看到一个朦胧的光斑，而不是璀璨的星星点点啦。
三、彗差。
彗差就像是一个拖着尾巴的小彗星。
当光轴外的物点成像的时候，它的像就不再是一个对称的点或者圆啦，而是像彗星一样拖着长长的尾巴。
这就很影响我们观察物体的形状和细节哦。
想象一下我们用相机拍摄一个花朵，要是有彗差，花朵的像就不是一朵漂亮的完整的花，而是像被什么东西拉了一下，旁边有个奇怪的尾巴，这可就破坏了花朵的美感啦。
四、像散。
像散呢，就像是两个对着干的小怪兽。
在互相垂直的两个方向上，光线的聚焦情况不一样。
比如说在水平方向和垂直方向，光线聚焦的位置不同，这样就会使得成像在一个方向上清晰，在另一个方向上模糊。
就像我们看一个长方形的物体，可能长的那一边很清楚，短的那一边就模糊了，这可怎么能好好看东西呢？五、场曲。
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光学光的相干与像差
光学是研究光的传播和相互作用的科学，而在光学中，相干性和像差是两个重要的概念。
本文将就光学中光的相干性与像差进行讨论。
一、光的相干性
光的相干性是指光波之间存在一定的相位关系，从而能够产生干涉和衍射现象。
相干性可分为时域相干性和空域相干性两种。
1. 时域相干性
时域相干性描述了光波的波面沿时间的波动情况，常用的指标是相干时间和相干长度。
相干时间指的是光波保持相干的时间，而相干长度则是光波保持相干的传播距离。
在干涉与相干技术中，要求相干时间和相干长度足够大，以使得干涉条纹清晰可见。
2. 空域相干性
空域相干性描述了光波的波前之间的相关性，即光波在空间上的相干程度。
常用的指标是相干面和相干长度。
相干面指的是在一定空间范围内，光波的波前保持相干的面积，而相干长度则是在单位波前面积上保持相干的传播距离。
在光学成像中，要求相干面和相干长度要足够小，以获得清晰的像。
二、光的像差
像差是指在光学成像过程中，由于光学元件的制造或系统结构等原因导致的成像不良现象。
常见的像差可以分为球差、色差、像散等。
1. 球差
球差是由于成像光线与透镜球面不完全垂直而引起的成像偏差。
球差会导致像点的位置随着视场位置的改变而发生变化，影响清晰度和分辨率。
2. 色差
色差是指透镜不同波长的光折射率不同，导致不同波长的光线在透镜中聚焦点位置不同而引起的像差。
色差会导致不同颜色的光线无法同时聚焦，影响色彩还原能力。
3. 像散
像散是指成像后光斑的位置与入射光的孔径和波长有关，导致像点的位置随着视场位置的改变而发生变化。
像散会导致像面失真，出现条纹等现象。
三、光学成像技术中的应用
相干性和像差在光学成像技术中具有重要的应用价值。
1. 光学相干层析成像
在医学领域，利用光学相干层析成像技术可以观测到组织的微小结构和病变情况。
该技术利用光波的相干性，通过对光的干涉测量，可以获得组织的三维分布信息，为医生提供了重要的辅助诊断手段。
2. 光学设计中的像差补偿
在光学设计中，人们通过对透镜和光学系统的设计和优化，来尽量减小各种像差。
例如，在高质量望远镜的设计中，通过对光路的调整和优化，可以使得球差、色差等像差降到最低，从而获得清晰、高分辨率的观测效果。
结语
光学光的相干性和像差是光学科学中两个重要的概念。
相干性决定了光的干涉和衍射现象的产生，而像差则对光学成像的质量和清晰度有着直接影响。
通过对光学光的相干性与像差的深入研究和应用，可以提高光学技术在医学、通信、成像等领域的性能和精度，为人类的科学研究和生活带来更多的便利和发展。