5.9 远望物镜像差公差探讨

在光学系统设计中，我们无法完全消除像差，总会残留一定程度的像差。确定合理的残余像差允许值，即像差公差，对于光学系统的设计和制造都至关重要。

合理的像差公差可以：

  1. 指导设计: 为设计者提供设计质量的衡量标准，确保设计结果满足使用需求。
  2. 指导制造: 为加工和装配提供合理的误差范围，确保制造的可行性和产品的可靠性。

光学系统对像差的容忍度与其具体用途密切相关。因此，长期以来，针对不同用途的光学系统，人们采用不同的标准来控制其像差。

5.9.1 远望物镜的像差公差

远望物镜作为目视光学仪器的重要组成部分，其成像质量直接影响着观测效果。

5.9.1.1 人眼与理想成像

人眼成像质量接近理想状态。因此，目视光学仪器的成像质量也应尽可能接近理想状态。

5.9.1.2 波像差与瑞利准则

实验表明，当光学系统的波像差小于 1/4 波长时，其成像质量与没有像差的理想成像几乎没有区别。长期以来，人们将波像差小于 1/4 波长作为制定远望物镜像差公差的标准，即瑞利准则。

5.9.1.3 几何像差公差表

为方便实际应用，我们直接给出波像差为 1/4 波长时，各种几何像差的允许公差值。在设计工作中，可以直接将系统计算得到的几何像差值与该公差表进行比较，而无需将几何像差转换为波像差。

5.9.2 焦深与像差公差

假设一个没有像差的光学系统，其理想成像点位于焦平面...上，如图5-47所示。此时，出射光束以...为球心汇聚。

如果我们将接收屏沿光轴方向从焦平面...向前或向后移动一定距离 δ，到达新的位置，则在这些位置接收到的图像将不再清晰，出现一定程度的模糊。

图 5-47 焦深示意图