论文总字数：32235字

摘 要

实际光学系统与理想光学系统之间存在巨大差异。一个物点发出的光束经过实际光学系统后，将成像为弥散斑，而不是像理想光学系统那样最终会聚于一点，这个弥散斑的尺寸会随着整个系统像差的变化而发生改变，从而影响光学系统的成像质量。

在不同的使用场景中，光学系统对每个物点发出的参与成像的光束与光轴的夹角有不同的要求。一定的通光孔径以及视场范围是所有光学系统在光束结构成像时必不可少的条件。即使是来自相同点的入射光线，光阑设置的不同会对五种像差和两种色差产生各异的影响。

首先，本文讨论了光束结构中各种像差与色差产生的原因以及常用的校正方法。然后，简要介绍了望远镜系统、显微镜系统和照相系统三种典型光学系统的特性。接着，重点分析了这三种典型光学系统中成像光束的构成分布。最终，总结出了合理设置光阑位置与选择成像光束的一般性原则。这些原则可以较好地对像差进行校正，使得光学系统获得更好的像质，对光学系统设计具有一定的理论指导意义。

关键词：光阑，像差，光束，光学系统

Abstract

The actual optical system differs greatly from the ideal optical system. The beam emitted by an object point is finally imaged as a speckle pattern through the actual optical system, which would concentrate to a point in the ideal optical system. The change of aberration of the whole system affects the size of the diffuse spot and the imaging quality of the optical system.

In different usage scenarios, the optical system has different requirements for the angle between beams which from different object points and optical axis. When imaging the beam structure, the size of apertures and field are essential for all optical systems. Even if the beam were emitted by the same point, the difference in pupil settings will have different effects on the five aberrations and the two chromatic aberrations.

This paper first discussed the causes and the commonly used correction methods of aberrations and chromatic aberrations in the beam structure. Then, we introduced the feature of telescope system, microscope system and camera system. With the analysis of the composition distribution of imaging beams in these three typical optical systems, we summarized some general principles for properly setting the position of the aperture and selecting the imaging beam. These principles, which were instructive for optical system design, could correct aberrations and obtain better image quality for optical systems.

KEY WORDS: aperture, aberration, beam, optical system

目 录

摘 要 I

Abstract II

前言 1

第一章 光束结构中的像差 2

1.1球差 2

1.2正弦差 4

1.3彗差 6

1.4场曲 6

1.5像散 6

1.6畸变 7

1.7色差 7

1.7.1位置色差 7

1.7.2倍率色差 7

1.8薄透镜系统初级像差方程组 8

第二章 光阑 12

2.1孔径光阑 12

2.2视场光阑 13

2.3光阑设置对初级像差的影响 13

第三章 望远系统中的光阑 17

3.1望远物镜的光学特性 17

3.1.1相对孔径不大 17

3.1.2视场较小 17

3.2望远镜系统中成像光束的选择 17

第四章 显微系统中的光阑 24

4.1显微物镜的光学特性 24

4.1.1显微物镜的倍率 24

4.1.2 显微物镜的数值孔径 24

4.1.3显微物镜的视场 25

4.2显微物镜设计中应校正的像差 25

4.3远心光路 25

4.3.1物方远心光路 25

4.3.2 像方远心光路 27

4.4场镜的应用 29

第五章 照相系统中的光阑 31

5.1照相物镜的光学特性 31

5.2照相物镜设计的特点 31

5.2.1原始系统结构形式的确定 31

5.2.2像差校正 31

5.3照相系统中的光阑 32

结论 37

参考文献 38

致 谢 40

前 言

相对孔径以及视场对每个实际的光学系统而言都是必不可少的，系统的目标功能以及运用价值就取决于相对孔径与视场。本文主要讨论的典型光学系统的光学特性都不相同，望远系统的相对孔径不大，视场较小；显微系统的相对孔径大，视场小；照相系统的相对孔径和视场都较小。这些差异造成了系统对参与成像光束的位置和宽度有不同的要求。

参与实际光学系统成像的光束宽度、结构组成和成像区域与对足够大空间内的各个点能以任意宽的光束成完善像的理想光学系统不同。光路的实际计算不限定于近轴区域限定的区域，在近轴光学系统中计算出的物像尺寸与位置相比起实际计算结果有较大的差异。像差就是用来描述实际图像与理想图像之间的差别。系统像差的大小决定了光学系统的成像质量。

实际光学系统在成像时参与成像光线的宽度和最终能够成像的区域受到限制。产生限制的理由是光学零件具有各种大小的尺寸。在进行光学设计时，正确选择成像光束是一个必须分析的问题。不同的光学系统，对成像时参与的光束位置和宽度要求也不同。

本文主要分析了望远镜系统、显微镜系统以及照相系统三个系统，并讨论了各系统的光学特点、主要存在的像差以及参与成像光线的构成分布，总结了一些光阑的摆放位置和选择成像光束的一般原理，以校正像差以获得最好的像质。本次研究将会对实际光学系统的设计有一些帮助。

第一章 光束结构中的像差

只有对那些来自距光轴非常近的小物体发出的细光束，近轴光学系统才具有对其成像的能力。实际上，相对孔径以及视场对每个实际的光学系统而言都是必不可少的，系统的目标功能以及运用价值就取决于相对孔径与视场。因此，在计算实际的光路时，只计算靠近光轴的区域范围就远远不够了，这样计算出来的物像大小和位置与近轴光学系统的计算结果大相径庭。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：32235字