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文档简介

Zemax只能对设计的光学系统进行性能优化处理达到最佳的成像质量,不能设计光学系统。几何光学各种光学系统、光学仪器成像原理及外形尺寸的计算方法,设计方法和设计过程平面、球面、棱镜共轴球面系统光轴截面内光路计算的三角公式、公式中得参数几何意义光能损失的原因:透射面的反射损失、反射面的吸收损失、光学材料内部的吸收损失像差理论:球差、彗差、像散、场曲、畸变、位置色差、倍率色差材料的选择、公差的分配工学工艺方面:切割、粗磨、精磨、抛光、磨边、镀膜、胶合GEO点尺寸(几何半径)是参考点(参考点可以是主波长的主光线,所有被追迹的光线的重心,或点集的中点)到距离参考最远的光线的距离。或是由包围了所有光线交点的以参考点为中心的圆的半径。RMS点尺寸是径向尺寸的均方根,它是先把每条光线和参考点之间的距离平方,然后再求出所有光线的平均值,然后取平方根。点列图的RMS尺寸取决于被追迹的每一条光线,因而它只是给出光线扩散的粗略概念。GEO点尺寸只给出距离参考点最远的光线的信息。像差:色像差(复色光)、单色像差(非近轴单色光)色像差:折射率引起,折射率是波长的函数。 位置色差和放大率色差单色像差:即使在高度单色光时也会产生的像差; 使像模糊、使像形变光线追迹点列图-实际像差波像差-像差波像差:通过光学系统后实际波面与理想波面的偏离。实际波面到像方参考点的光程减去理想波面到统一参考点的光程。光程:nd将所有的光孔成像到第一个光孔的物空间,对轴上物点张角最小的那个光孔“像”所共轭的光孔就是孔径光阑,这个光孔“像”叫入射光瞳,这个张角叫物方孔径角。也可以把所有的光孔成像到最后一个光孔的像空间,对轴上像点张角最小的那个光孔“像”所共轭的光孔就是孔径光阑,这个光孔“像”叫出射光瞳,这个张角叫像方孔径角。因此,入射光瞳和孔径光阑关于孔阑前的光学系统共轭,孔径光阑和出射光瞳关于孔阑后的光学系统共轭,入瞳和出瞳关于整个光学系统共轭。球差与物高无关而与入射光瞳口径三次方成正比的像差。它使理想像平面中各像点都成为同样大小的圆斑。轴上物点只有球差这一种像差。通过入射光瞳上不同环带的光线,经过光学系统后会聚在光轴上的不同点。这些点与近轴光的像点之差称为轴向球差。 彗差与物高一次方、入射光瞳口径二次方成正比的像差。若仅存在彗差,轴外物点发出的通过入射光瞳不同环带的光线,会在理想像平面上形成半径变化的并且沿视场半径方向偏移的像圈。它们的组合会使物点的像成为形状同彗星相似的弥散斑。 场曲和像散与物高二次方、入射光瞳口径一次方成正比的像差。若仅存在场曲,则所有物平面上的点都有相应的像点,但分布在一个球面上;若采用弯成此种形状的底片,则可获得处处清晰的像。此时在理想像平面上,像点呈现为圆斑。 若仅存在像散,则轴外物点的光线通过光学系统后聚焦成两条焦。在这两条焦线的中点,光束形成最小弥散圆。若将底片弯成处处都在这样的位置,则可获得处处像点弥散成最小的圆形斑。此时在理想像平面上,像点呈椭圆斑。 畸变仅与物高三次方成正比的像差。若仅有畸变,得到的像是清晰的,只是像的形状与物不相似。 上述单色像差,仅与物高和入射光瞳口径的幂总共三次方成正比,称为三级像差(又称初级像差),此外还有与物高和入射光瞳口径的幂总共高于三次方的成正比像差,称为高级像差。 色差由于透射材料折射率随波长变化,造成物点发出的不同波长的光线通过光学系统后不会聚在一点,而成为有色的弥散斑。它仅出现于有透射元件的光学系统中。按照理想像平面上像差的线大小与物高的关系,可区分为: 位置色差(又称纵向色差)与物高无关的像差,即不同波长的光线经由光学系统后会聚在不同的焦点。 横向色差(又称倍率色差)与物高一次方成正比的像差。它使不同波长光线的像高不同,在理想像平面上物点的像成为一条小光谱。 这是两种最基本的色差,由于波长不同还会引起单色像差的不同,这称为色像差,如色球差、色彗差等。如果物平面处在无穷远,上述物高应换为物点的视角(即它和光轴的夹角)。、反应性能的参数:Basic system parameters:Object distanceImage distanceObject to image total trackFocal length/number (or numerical aperture)Entrance pupil diameterWavelength bandWavelengths and weights for 3 or 5 sFull field of viewMagnification (if finite conjugate)Zoom ratio (if zoom system)Image surface size and shapeDetector typeOptical performance:TransmissionRelative illumination (vignetting)Encircled energyMTF as a function of line pairs/mmDistortionField curvatureLens system:Number of elementsGlass versus plasticAspheric surfacesDiffractive surfacesCoatingsSensor:Sensor typeFull diagonalNumber of pixels (horizontal)Number of pixels (vertical)Pixel pitch (horizontal)Pixel pitch (vertical)Nyquist frequency at sensor, line pairs/mmPackaging:Object to image total trackEntrance and exit pupil location and sizeBack focal distanceMaximum diameterMaximum lengthWeightEnvironmental:Thermal soak range to perform overThermal soak range to survive overVibrationShockOther (condensation, humidity, sealing, etc.)Illumination:Source typePower, in wattsRadiometry issues, source:Relative illuminationIllumination methodVeiling glare and ghost imagesRadiometry issues, imaging:TransmissionRelative illuminationStray light attenuationSchedule and cost:Number of syste

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