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1、1.理想光学系统：一个理想光学系统应能使一个点物发出的球面波通过光学系统后仍然是一个球面波，从而理想的交与一点。一个理想光学系统应能使一个点物发出的所有光线通过光学系统之后仍然能够交于一点，理想观雪系统同时满足直线成像直线，平面呈像平面。P1 2.像差： 所谓像差就是光学系统所成的实际像与理想像之间的差异。P1 3.视场： 光学系统中描述成像范围大小的参量称为视场，系统对近距离物体成像时，视场的大小一般用物体的高度y 表示，对远距离物体成像时，视场大小用视场角表示。P4 视场光阑： 光学系统中用于限制成像范围大小的光阑称为视场光阑。入窗： 视场光阑经前面的光组在物空间所成的像称为入射窗；出窗：
2、 视场光阑经后面的光组在像空间所成的像称为出射窗；入射窗与物面重合，出射窗与像面重合。出射窗是入射窗经整个系统所成的像。4.孔径： 描述成像光束大小的参量称为孔径。系统对近距离物体成像时，其孔径大小用孔径角U 表示，对无限远物体成像时，孔径大小用孔径高度h 表示。孔径光阑：光学系统中用于限制轴上点成像光束大小的光阑称为孔径光阑，孔径光阑的大小决定成像面上的照度。入瞳： 孔径光阑通过其前面光学系统所成的像称为入瞳，它决定进入系统光束的大小，入瞳是物面上所有各点发 出的光束的共同入口；出瞳： 孔径光阑通过它后面光学系统所成的像称为出瞳，决定从系统出射光束的大小，出瞳是物面上各点发出光束经整个光学系
3、统以后从最后一个光孔出射的共同出口。注意：入瞳、孔径光阑、出瞳三者相互共轭。5.渐晕： 实际光学系统视场边缘的像面照度一般允许比轴上点适当降低，也就是轴外子午光束的宽度比轴上点光束的宽度小，这种现象叫做“渐晕”。P5 6.位置色差： 描述两种色光对轴上物点成像位置差异的色差称为位置色差或轴向色差；倍率色差： 因不同色光成像倍率的不同而造成物体的像大小差异的色差称为倍率色差或垂轴色差。（光学系统对不同色光的放大率的差异称为倍率色差。）色球差： 高级位置色差实际上就是球差的色变化，这就是色球差的概念。P12 二级光谱： 消色差光学系统，只能对两种色光校正位置色差，他们的公共焦点或像点相对于中间色光
4、的焦点或像点仍有偏离，这种偏离称为二级光谱。7.子午面： 轴外物点的主光线与光学系统主轴所构成的平面，称为光学系统成像的子午面。位于子午面内的那部分光线，统称为子午光束。子午光束所结成的影像，称为子午像点t。子午像点所在的像平面，称为子午像面。弧矢面： 过轴外物点的主光线，并与子午面垂直的平面，称为光学系统成像的弧矢面。位于弧矢面内的那部分光线，统称为弧矢光束。弧矢光束所结成的影像，称为弧矢像点s。弧矢像点所在的像平面，称为弧矢像面。8.慧差： 对于轴外物点宽光束来说，如同轴上物点的球差，将会引起慧差。慧差与孔径光阑的位置有关。慧差值还 与透镜形状有关。像散： 轴外细光束通过光学系统后，在像方
5、空间形成两条垂直的焦线。一条是由子午光线形成的垂直于子午面的子午焦线；一条是由弧矢光线形成的在子午面内的弧矢焦线。当子午焦线和弧矢焦线不重合时，就产生了像散。场曲： 一个物平面通过光学系统后在像空间所成的像不再是平面，而是曲面，这就是像弯曲，也称为场曲。畸变： 轴外点的宽光束、细光束都存在像差，即使只有主光线通过光学系统，由于球差的影响，物平面上的不同物点（不同视场角） ，其球差也不相同，因此主光线和高斯像面交点的高度不等于理想像高，其差别就是光学系统的畸变。随着视场的改变，畸变值也改变，只有轴上物点没有畸变。P911 9.相差平衡：一个光学系统，知其只包含初级和二级球差，更高级的球差很小可忽
6、略不计。已知该系统的边光球差0，0.707带光球差 0.015，求 (1)表示出此系统的球差随相对高度的展开式，并计算0.5 和 0.85 带光球差； (2)边缘光的初级球差和高级球差；(3)最大剩余球差出现在哪一高度带上，数值多少？10.像质评价方法光扇图：波像差： 实际波面与理想波面之间的光程差作为衡量该点质量的指标，成为波像差。P22 点列图： 对于实际的光学系统，由于存在像差，一个物点发出的所有光线通过这个光学系统之后其与像面交点不再是一个点，而是一个弥散的光斑，称为点列图。P29 光学传递函数：对物体的发光结构还可以采用另一种分解方法，即分解为各种频率的光谱，也就是将物的亮度分布函数
7、展开为傅立叶级数（对周期性物函数）或傅立叶积分（对非周期性物函数）。于是光学系统的特性就表现为对各种频率的正弦光栅的传递和反应能力，从而建立了另一种像质评价方法，称为光学传递函数。像质评价中各种方法的适用范围和局限性：瑞利判断主要用于要求成像质量较高的系统，它给出一个比较可靠的容限。但对于一些大像差系统就无法使用，这种系统不能满足瑞利判断，但仍可以得到满意的使用效果。中心点亮度法，也是仅仅适合于小像差系统。点列图法对于大像差系统是可靠的，对小像差系统不可靠。因为它完全忽略了衍射效应。对于小像差系统来说，分辨率与像差关系不大；对大像差系统虽然与像差有关，但它不能准确反映成像质量。这些像质评价方法
8、大都是把物体分解为一个个的发光点，研究一个物点经过光学系统成像的情况。光学传递函数是目前认为较好的一种像质评价方法，它既有明确的物理意义，又和使用性质有密切联系，可以计算和测量，对大像差系统和小像差系统均适用，是一种有效、客观而全面的像质评价方法。11.像差校正：12.光学调制函数与探测器分辨率阀值曲线：1.像差： 实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异；2.球差的定义： 轴上点发出的同心光束经光学系统各个球面折射以后，不再是同心光束。其中与光轴成不同角度（或离光轴不同高度）的光线交光轴于不同的位置上，相对于理想像点有不同的偏离，这种偏离称之为球差。3.如何消除球差？欲获得一个消球差系
9、统，必须用正负透镜适当组合，如常用双胶合光组和双分离光组，设计时，根据其他要求确定了两块透镜的光焦度之后，就可以采用整体弯曲的办法来达到校正球差的目的，另外，若保持光焦度不变，则单透镜的球差将随折射率的增大而减小，对于单个球面来说，曲率减小，球差也随之减小。球差为 0 的三个位置：（1）物点和像点均位于球面的曲率中心处，L=L =r （2）物点和像点均位于球面的顶点处，L=L =0 （3）齐明点，在物距L=(n+n )r/n，像距 L =(n+n)r/n处；正弦差为0 的四个位置：（1）光阑在球面的曲率中心，iz=0 （2）物点在球面的顶点，L=0 （3）物点在球面的曲率中心：i=i （4）物
10、点在L=(n+n )r/n，i =u 正弦差： 对于球外物点，主光线不是系统的对称轴，对称轴是通过物点和球心的辅助轴，由于球差的影响，对称于主光线的同心光束，经光学系统后，它们不再相交于一点，在垂轴方向上也不与主光线相交，即相对于主光线失去了对称性，正弦差即用来表示小视场时宽光束成像的不对称性。慧差 ：由于某种不对称性相差的存在，使得近轴点的成像光束与高斯面相截而成一慧星状的弥散斑，称这种不对称性像差为慧差；慧差与正弦差的区别：慧差与正弦差没有本质区别，二者均表示轴外物点宽光束经光学系统成像后失去对称性的情况，区别在于正弦差仅适用于具有小视场的光学系统，而慧差可用于任何视场的光学系统。轴外子午
11、球差：子午宽光束的交点沿光轴方向到高斯像面上的距离称为宽光束的子午场曲。子午细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为细光束的子午场曲，这种轴外点宽光束的交点与细光束的交点沿光轴的方向的偏离称为轴外子午球差；像散的定义：描述子午细光束和弧矢细光束会聚点之间的位置差异；像散与像面弯曲的联系与区别：像散的产生，必然引起像面弯曲，反之，即使像散为零，子午像面和弧矢像面合二为一时，像面弯曲仍然存在，对整个光学系统而言，像散可依靠各面相互抵消得到校正，而像面弯曲却很难得到抵消。畸变： 当视场较大或很大时，像的放大率就要随视场而异，不再是常数，一对共轭像平面上的放大率不为常数时，将使像相对于物失去了相似性
12、，这种使像变形的缺陷称为畸变。正畸变呈枕形，负畸变呈桶形；色差： 白光经光学系统第一表面折射以后，各种色光就被分开了，随后在光学系统内以各自的光路传播。造成各种色光之间成像位置和大小的差异，也就造成了各种单色像差之间的差异，前者称为色差，色差分为位置色差和倍率色差。位置色差（轴像色差）：描述轴上点用两种色光成像时成像位置差异的色差称为位置色差；倍率色差（垂轴色差） ： 当两种色光有不同的放大率。对同一物体所成的像大小也就不同，这就是倍率色差。怎么消除色差：（1）在具有一定光焦度的双胶合或双分离透镜组中，选用两种不同类型的玻璃（如冕牌玻璃和火石玻璃），并且两种玻璃的阿贝系数应尽可能大一些；（2）
13、若光学系统的光焦度0，正透镜选用大的冕牌玻璃，负透镜选用v 小的火石玻璃；若0，则正透镜选用火石玻璃，负透镜选用冕牌玻璃；（3）若两块透镜选用同一种玻璃，则应使其构成无光焦双透镜组，这种光组可以在不产生任何色差的情况下，利用改变透镜的形状，产生一定的单色相差；色球差： F 光的球差和C 光的球差之差，称为色球差，该差值也等于边缘光与近轴光色差之差；二级光谱： 当在带孔径对F 光和 C 光校正了位置色差后，它们和光轴的公共交点并不和D 光带孔径光线和光轴的交点重合，其偏差称为二级光谱；渐晕 ：轴外点成像光束的宽度较轴上点成像光束的宽度要小，造成像平面边缘部分照度要比像平面中心部分照度低的现象；什
14、么是点列图？如何从点列图看像差大小？点列图：在几何光学的成像过程中，由一点发出的许多条光线经光学系统成像后，由于像差的存在，使其与像面不再集中于一点，而是形成一个在一定范围内的弧散图形，在点列图中利用这些点的密集程度来衡量光学系统的成像质量的方法称为点列图法；利用点列图法来评价照相物镜等的成像质量时，通常是利用集中30%以上的点或光线所构成的图形区域作为其实际有效弥散斑，弥散斑直径的倒数为系统的分辨率。瑞丽判断的定义：瑞丽认为：“实际波面与参考面之间的最大波像差不超过/4 时，此波面可看作是无缺陷的。”此判断称之为瑞丽判断，瑞丽判断是根据成像波面相对理想球面的变形程度来判断光学系统的成像质量的
15、。瑞丽判断的优缺点： （1）优点：便于实际应用，波像差与几何像差之间的计算关系简单，由所得的波像差即可判断光学系统的成像质量的优劣。（2）缺点：只考虑波像差的最大允许公差，而没有考虑缺陷部分在整个波面面积中所占的比例，瑞丽判断主要适用于小像差系统。中心点亮度： 中心点亮度是依据光学系统存在像差时其成像衍射的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比来表示光学系统的成像质量，此比值0.8 时，认为光学系统的成像质量是完善的。分辨率： 分辨率反映了光学系统能够分辨物体细节的能力，它是光学系统的一个重要性能指标。常用作成像质量的评价因素。为什么说将分辨率作为光学系统成像质量的评价方法并不是一种完善的
16、方法？（ 1） 因为它只适用于大像差系统（2）它与实际存在差异（3）它存在伪分辨现象；调制传递函数（MTF ） ：由于光学系统像差及衍射等原因，会造成像的对比度低于物的对比度，将像的对比度与物的对比度的比值称为调制传递函数。如何利用MTF 曲线来评价成像质量：MTF 是表示各种不同的频率的正弦强度分布函数经光学系统成像后，其对比度的衰减程度。例如下图中：（1）若目视系统中：由于人眼的对比度阈值大约为0.03 左右， MTF 曲线下降到0.03 以下时，曲线II 的 MTF 值大于曲线，说明光学系统II 用作目视系统较光学系统有较高的分辨率；（2）摄影系统中：由于在摄影系统中MTF 值要大于0.1，从图中可以看出，曲线的MTF 值大于曲线II ，即光学系统较光学系统II 有较高的分辨率，且光学系统在低频部分有较高的对比度，用做摄影系统时，能拍出层次感丰富，真实感强的对比图像。望远物镜的特点：（1）相对孔径不大，望远物镜的相对孔径一般小于1/5； （2）视场较小，通常望远物镜的视场不大于10 度。望远物镜的类型：折射式，反射式和折反
