如何消球差

如何消球差一.球差定义轴上点发出的同心光束经光学系统后，不再是同心光束，不同入射高度h(u)的光线交光轴于不同位置，相对近轴像点(理想像点)有不同程度的偏离，这种偏离称为轴向球差，简称球差。由于轴向球差的存在，在高斯像面上的像点已不是一个点，而是一个圆形的弥散斑，弥散斑的半径称为垂轴球差。'''lLL'tan''uLT二.与哪些因素有关？1.是h、u的函数2.与f’、D/f’、n、r、透镜形状有关'L'L三.消除方法1.配曲（利用透镜形状与球差的关系消除单透镜的像差）透镜的纵向球差与透镜的折射率nL和曲率半径r1，r2都有关，因透镜焦距f也是nL和r1，r2这三个参量的函数，故对给定的nL，同样焦距的透镜可以有不同的曲率比r1/r2，选择这个比值，可使球差的数值达到最小2.组合（正负透镜的组合，组合方式：胶合或分离）用配曲法不可能将一个透镜的球差完全消除。◆单个的正透镜产生负球差：边缘光线的像方截距L’比近轴光线的像方截距l’小◆单个的负透镜产生正球差：边缘光线的像方截距L’比近轴光线的像方截距l’大凸透镜的球差是负的，凹透镜的球差是正的。把凸、凹两个透镜粘合起来，组成一个复合透镜，可使某个高度h上的球差完全抵消。3.最简单的方法是在透镜前加一个光阑只让近轴光线通过4.齐明透镜对于单个折射球面，可以证明，有三个固定物体位置上面可以不产生轴上点球差。这三个位置是:（1）物点位于球面的球心处，即L=r。此时物点发出的所有光线将沿球面的法线方向入射，入射角I=0。根据折射定律，折射角I’也为0。光线无偏折的通过球面，像点也将位于球心处，即L’=r，如图1-1所示。图1-1CA,A’-U（2）物点位于球面顶点，即L=0.此时不论U角如何，所有入射光线射向此点，经折射后也都将经过此点离开，即像点也位于顶点，L’=0，如图2-1所示。图2-1Unn’(n)A’AO（3）物点位于L=r处。此时对于任意孔径角，有I’=U或者I=U’,根据以下公式（3-1）~（3-2）(3-1)L’=r（1+）(3-2)计算得出，像点将位于L’=r处，与孔径角无关，如图3-1所示。图3-1A’A-UCI-I’nn＇(n)上述不产生球差的物点位置，称为齐明点，结合（1）和（3）的两个齐明点位置可以构成无球差的齐明透镜。图4-1所示分别为正齐明透镜和负齐明透镜：图4-1A,C1A’C2C2A’C1，A以正齐明透镜为例，物点位于第一面球心，满足上述第一种不产生球差的条件，经第一面所成的像相对于第二面又恰好满足上述第三种不产生球差的条件。物体经过齐明透镜成像不产生球差，而且由于透镜的折射作用使出射光束的孔径角变小，使后续系统的球差校正变得容易。在打孔径的显微物镜设计中常增加一块这样的齐明透镜，既可以满足整个物镜系统的大孔径需要，又有利于相差校正。