OPTICS应用案例系列
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13Www.edmundoptics.cn产品视频资源计算器识别光学像差对于在光学系统中修正光学像差非常重要,因为目标是使系统实现衍射极限. 光学 与 成像系统可以包含像差的多种组合,这些像图 2: 固定频率网格畸变目标板图 3: 负对比 1951 USAF 分辨率目标板图 4: 星标目标板-223456-1-21123456023456 1 01123456Tilt – W111特征描述• 像的放大倍率不正确• 因实际波前相对于参考波前发生倾斜所致• 一阶: W111 = Hρcos (θ)修正措施• 更改系统放大倍率图 5a: 倾斜像差的表现n图 5b: 倾斜像差的模拟ActualReferanceDefocus – W020特征描述• 像所在的像平面不正确• 因参考像错误所致• 用于修正其他像差• 一阶: W020 = ρ2修正措施• 散焦系统,寻找新的参考像图 6b: 散焦像差的模拟ActualReferance图 6a: 散焦像差的表现Spherical – W040特征描述• 像模糊不清,边缘的光线与中心的光线聚焦于不同的点• 所有球面光学元件都会出现• 在轴与离轴像差• 三阶: W040 = ρ4修正措施• 与散焦相互抵消• 使用 非球面透镜• 透镜分离• 使用的形状系数为1: PCX 透镜• 高折射率图 7a: 球面像差的表现图 7b: 球面像差的模拟Coma – W131特征描述• 在放大倍率随像上的位置发生变化时出现• 两种类型:切向(垂直,Y 方向)和矢向(水平,X 方向)• 仅离轴• 三阶: W131 = Hρ3;cos(θ)修正措施• 使用有间距的双合透镜光阑位于中心图 8b: 彗差像差的模拟图 8a: 彗差像差的表现Astigmatism – W222特征描述• 导致产生两个焦点:一个位于水平方向(矢向),另一个位于垂直方向(切向)• 出射光瞳显示为为椭圆形离轴状态,在一个方向的半径较小• 仅离轴• 三阶: W222 = H2ρ2cos2(θ)修正措施• 与散焦相互抵消,使用有间距的双合透镜 光阑位于中心图 9a: 像散像差的表现图 9b: 像散像差的模拟TangentialOptical AxisSagittalField Curvature – W220特征描述• 像完美,但是只位于弯曲的像平面上• 因光学元件的功率分布所致• 仅离轴• 三阶: W220 = H2 ρ2修正措施• 使用有间距的双合透镜图 10a: 场曲率像差的表现图 10b: 场曲率像差的模拟ActualReferanceDistortion – W311特征描述• 二次放大倍率误差,像上的点距中心过近或过远• 正畸变称为桶形畸变,负畸变称为枕形畸变• 仅离轴• 三阶: W311 = H3ρcos(θ)修正措施• 在系统中心放置光圈光阑可以降低图 11a: 畸变像差的表现图 11b: 桶形畸变像差的模拟图 11c: 枕形畸变像差的模拟xBarrelPincushionyxy差可分为色像差与单色像差。修正像差最好是在设计阶段进行,此时诸如调节光圈光阑或更改光学透镜类型等步骤可以大幅降低像差的数量和严重性(即幅度)。整体而言,光学设计师主要会努力减少一阶与三阶像差,因为减少更高阶像差会大幅提高复杂度,而对像的质量仅会进行轻微改善.参考Dereniak, Eustace L., and Teresa D. Dereniak. Geometrical and Trigonometric Optics. Cambridge: Cambridge University Press, 2008.

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