4 9 第二篇 像差理论 由球面和平面系统的光路特征和成像特性，可见，只有平面反射镜是唯一能对物体成完善像的光学元件。单个球面透镜或任意组合的光学系统，只能对近轴物点以细光束成完善像。随着视场和孔径的增大，成像的光束的同心性将遭到破坏，产生各种成像缺陷，使像的形状与物不再相似。这些成像缺陷可用若干种像差来描述。 如果只考虑单色光成像，光学系统可能产生五种性质不同的像差，即球差、慧差、像散、像面弯曲和畸变，统称为单色像差。但是，绝大多数光学系统是用白光或复色光成像，由于色散存在，会使其中不同的色光有不同的传播光路，由于这种光路差别而引起的像差称为色差，包括位置色差和倍率色差。实际上，用白光成像时，由于其所包含的各种单色光有各自的传播光路，它们的单色像差也是各不相同的。为了便于分析，将其分成单色像差和色像差两类。其中，单色像差是对光能接收器最灵敏的色光而言的，色差是对接收器的有效波段内接近边缘的两种色光来考虑的。 事实上我们不可能获得对整个空间都能良好成像的万能光学系统，只能为适应某种单一用途而设计专门的光学系统；同时，即使这样的光学系统，也不能将各种像差完全校正和消除。但是由于人眼和所有其他的光能接收器也具有一定的缺陷，只要将像差校正到某一限度以内，人眼和其他接收器就觉察和反映不出其成像的缺陷，这样的光学系统从实用意义上来说即可认为是完善的。 第七章 光线的光路计算 在设计光学系统时，为了获得像差的最佳校正和平衡，要不断地修改结构参数，包括表面的曲率半径、间隔和透镜的材料等。每修改一次，都必须计算出有关像差，以便进行综合的分析和评价，确定是否需要进一步修改及修改方向。光学自动设计或称优化设计只是借助于计算机来完成这些繁复的运算与分析，其基本过程并无本质的区别。所以设计光学系统需要反复作大量光线的光路计算。通常需作如下四类光线的光路计算： 作近轴光线的光路计算，以确定像的理想状态； 作含轴面内光线的光路计算，以求得大部分像差； 作沿主光线的细光束像点的计算，以求得细光束像差； 作空间光线的光路计算，以全面了解系统的像质。 为作各类光线的光路计算，除需给出光学系统的结构参数外，还要知道物体的位置和大小以及孔径光阑的位置和大小。光线的光路计算，通常要经历下面4 个步骤： 1 ． 起始计算：在给出光学系统结构参数的基础上，使光线能够进入系统，给出光线的初始位置和方向。 2 ． ...
