光学系统设计流程

引言 实际光学系统的成像是不完善的，光线经光学系统各表面传输会形成多种像差，使成像产生模糊、变形等缺陷。像差就是光学系统成像不完善程度的描述。光学系统设计的一项重要工作就是要校正这些像差，使成像质量达到技术要求。光学系统的像差可以用几何像差来描述，包括：

看一看：照片上的色彩有什么问题吗？ 对白光成像的光学系统，由于材料对不同波长的色光折射率不同，使各色光线具有不同的成像位置和倍率。

1.色差

•位置色差

由于同种材料对不同波长具有不同的折射率，根据单个折射球面的物像位置关系公式，对同一物方截距将算出不同的像方截距，导致位置色差。

对复色光成像的仪器要求对主色光校正单色像差，对成像光谱的两端校正色差。

• 位置色差的度量与色差曲线

对近轴区，一般有写成级数式

对某一环带称消色差色差曲线可以画成形式或形式，大多数软件是将三种色光球差曲线画在一起，以主色光像面为基准，称三色球差曲线。

设，若对0.7带光消色差，则有

想一想：在消色差环带，F 光与 C 光像点重合，它们能否与 d 光像点重合？为什么？ 位置色差是对两种色光而言，在某孔径带校正了位置色差后，两种色光像点与主色光的像点之间的距离称二级光谱。

位置色差与球差的比较：

上图是不同位置时轴上点复色光和单色光形成的弥散斑，可见：位置色差和球差都是轴上点像差位置色差和球差都产生圆形弥散斑位置色差产生彩色圆形弥散斑，球差产生单色圆形弥散斑。

• 倍率色差 波长变化引起材料的折射率变化，继而引起光学系统的放大倍率变化，像的大小随之变化。 在高斯像面上度量有倍率色差，即F光和C光与高斯像面交点高度之差。

像散场曲和倍率色差同时存在 彗差和倍率色差同时存在

• 初级位置色差

初级位置色差为即由物方色差和系统内各面的贡献所决定，其中C1是各面的初级位置色差分布系数。

当时，其中为第一色差和数，。可见C1是产生色差的原因。

平行平板的初级位置色差

平行平板的初级位置色差为所以平行平板恒产生正色差，当且仅当u1=0时不产生色差。 单薄透镜与薄系统的位置色差

经推导有可见正透镜恒产生负色差，负透镜恒产生正色差，色差的大小与物距(像距)有关。

对薄系统有可见某透镜对位置色差的贡献和它所处的位置有关，在第一近轴光入射高度大的地方贡献较大，反之产生色差较小。

想一想：场镜对位置色差的贡献如何？

• 初级倍率色差

初级倍率色差为，CII为初级倍率色差分布系数。可见初级倍率色差也是由物方色差和系统中各面的黄贡献决定。 当时有，为第二色差和数。，它是初级倍率色差产生的原因。 单薄透镜与薄系统的初级倍率色差 对单薄透镜有可见①当C1为零时，必有h=0, 此时CII自动为零  ②当单片C1不为零时，要校正CII，只有hp=0即孔阑与之重合  对于接触薄系统，认为不变，有校正倍率色差要求 ，与校正位置色差一致。所以，校正位置色差的同时也校正了倍率色差 当hp=0 即孔阑与之重合时，不论位置色差如何都能校正倍率色差。 
责任编辑：彭菁