摘  要：本文阐述了光学系统中各几何像差的形成原理和消像差的理论分析。重点阐述了轴上点像差:球差 、位置色差和轴外点像差：慧差、场曲、像散、畸变、倍率色差等，以及级数展开式和球面分布式的探讨。利用初级像差的分布式，可以从理论上消除像差。并且介绍了一种十分简单的通过减小入射光孔径而不引入球差的透镜系统，从而减少后面光学系统的像差的方法。经过理论说明以后，在最后一章用zemax软件实现一个消色差的光学系统设计。在设计过程中体会zemax的工作原理和方法,从而了解如何使光学系统优化的操作。63370

毕业论文关键词：光学系统，几何像差，zemax，系统优化

Abstract: In this paper,we expound how the geometrical aberration come into being and the theoretical analysis of optical aberration of the geometrical aberration in optical system. Focuses on the axis aberration, spherical aberration, chromatic aberration and off axis aberration, coma, field curvature, astigmatism, distortion, lateral color etc., and series expansion and Spherical distributed. For primary aberration correction, we can use the distributed. And introduced a very simple system of lenses to reduce the aperture of the incident light without introducing it with spherical aberration at the end. After that theory of  big space, we achieve an achromatic optical system designed by ZEMAX software in the last chapter. So we can know the working principle and method of ZEMAX in the design process to enable the system to achieve optimal operation process.

Key words: Optical system,Geometric aberration,zemax,System optimization

1 引言 4

2 实际光学系统几何像差的成因和计算方法 4

2.1 轴上点像差 4

2.2 轴外点像差 7

3 几种几何像差的理论校正 10

4 双胶合透镜消色差系统 12

结  论 16

参考文献 17

致  谢 18

1 引言

对于理想光学系统而言，物体经过系统后所成的都是完善像，成像质量不受孔径或视场的影响。在实际光学系统中，只有小视场和小孔径的情况下，物体的成像情况才近似是完善的。但是，在实际光学系统中，并非只有小孔径和小视场，并且光学系统的很多功能与相对孔径和视场这两个因素密切相关。实际系统不可能成完善像，大部分情况下，某一个发光物点在经过光学系统后不会聚焦到一点而是在像面处形成一个弥散斑，不同颜色，即不同波长的光也会因为光学材料的折射率不同而形成不完善的像， 垂轴物面经过光学系统后也会发生像面弯曲的现象。以上所述就是我们要讨论的各种几何像差，他们就是球差，慧差，像散，场曲，畸变以及色差。

了解了个几何像差的形成情况,以及它们对光学系统中成像的影响后。对于各像差我们有必要对其进行校正。针对不同的分类如轴上像差和轴外像差，单色像差和复色像差，我们都可以利用统一的方法校正它们的初级像差。因为我们知道，对于一个光学系统，它所形成的像差是与自身结构参数相关的。也就是说，二者必会具备一定的函数关系。建立起两者之间的函数关系。然后根据系统设计所要求的像差来求解出光学系统中的参数。

但是，这种函数在实际光学系统中关系是十分复杂的。尤其是高级像差的表达式，几乎无法解析表示。相对来说，初级像差与结构参数之间的表达式要稍微简单一点，可以解析表示。虽然这种情况下的结构参数用解析法可以求解出来。但是它毕竟只考虑了初级像差，不能满足实际像差的需求，是一种忽略透镜厚度的近似解。因此有必要使用计算机来帮助我们解决这一问题，例如光学软件zemax。