光学设计基本理论.ppt

光学设计基本理论 内容纲要 第一部分 成像的几何理论 几何光学基本定理 光的直线传播定律在各向同性的均匀介质中 光沿直线方向传播 光的独立传播定律不同光源发出的光在空间某点相遇时 彼此互不影响 各光束独立传播 在考虑波动性时 均有局限性 如 衍射 和 干涉 光的折射和反射定律 几何光学基本定理 几何光学基本定理 费马原理 Fermat 极值原理 光从一点传播到另一点 其间无论经过多少次折射或反射 其光程为极值 马吕斯定律 Malus 等光程定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时 始终保持着与播面的正交性 且入射波面与出射波面对应点之间均为定值 折 反射定律 费马原理和马吕斯定律 三者中任意一个可视为几何光学三个基本定律之一 而另两个则为其推论 近轴光学 近轴近似基点基面近轴光线追迹基本公式近轴参数拉氏不变量 近轴近似 SnellLaw nsinI n sinI 近轴近似 nI n I 基点基面 基点基面 近轴光线追迹 近轴光线追迹 基本公式 基本公式 基本公式 拉氏不变量 拉氏不变量 拉氏不变量的应用 拉氏不变量的应用 从费马原理得出拉氏不变量 从费马原理得出拉氏不变量 正弦条件和赫歇尔条件 正弦条件和赫歇尔条件 正弦条件和赫歇尔条件 孔径和光阑 渐晕 辐射度相关概念 第二部分 像差的几何理论 球差 Sphericalaberration 彗差 Coma 像散 Astigmatism 场曲 FieldCurvature 畸变 Distortion 色差 Chromaticaberration 轴向色差 Axial 垂轴色差 Lateral 像差多项式 用波像差的幂级数展开式表示的像差 初级 赛德尔 像差 SI SII SIII SIV SV分别表示初级球差 初级彗差 初级像散 初级场曲和初级畸变为什么要这么写 一个共轴系统的每一种初级相差系数 是这个系统中各个面相应的像差系数值和 初级 赛德尔 像差 三级相差 与波像差的W4项相关联的光线像差是坐标的三次方项 初级 赛德尔 像差 球差 球差的校正 球差是轴上像差一般情况与孔径成立放关系 例如 一个特定的透镜其像斑大小为0 01英寸 如果口径缩小到1 2 像斑大小为0 00123英寸 通过改变透镜的弯曲度校正通过增加透镜或正佳光角度得到矫正 球差形成的像差曲线 F 2透镜的球差 彗差 彗差弥散斑的形成 彗差的校正 主光线与焦面的焦点定义为像高彗差是由于通过透镜的轴外光线相对于主光线的轴向放大率不同而产生彗差能够通过移动光阑和有选择的增加透镜来消除成像中心高度由中心和主光线确定在透镜外围会出现彗差 产生比主光线更高或更低的放大率通过移动孔径光阑或选择增加透镜来控制彗差 透镜曲率对球差和彗差的影响 像散 像散 当yz面和xz面上的焦点位置不同时 产生像散像散基本上是相对于理想波前产生的一个柱状偏离像散可以通过选择透镜的位置和曲率来控制 一种有效的像散校正方法 场曲 场曲的校正 场镜的作用 畸变 轴上色差 倍率色差 垂轴色差 光学玻璃 玻璃的选择 二级光谱 选择减小二级光谱的玻璃 选择减小二级光谱的玻璃 相对部分色散与阿贝数对应的关系 消色差双胶合透镜参数分析 玻璃 F F 4球面双胶合透镜色球差分析 非球面的使用 非球面的使用 非球面在反射系统中的应用 第三部分 像质评价 像质评价 像质评价 像质评价 衍射成像理论 衍射成像理论 艾里斑 有像差时的PSF 瑞利判据 焦深 光学传递函数 典型光学传递函数 光学传递函数 方孔时的MTF 分辨率模拟图解 做为中心遮拦函数的MTF MTF与波前RMS的关系 各类波像差导致的MTF下降 几何像差 点列图 SpotSize 像差曲线 几何像差 像差曲线 光程差和波像差 光程差介绍 光程差介绍 光学系统中的杂散光 反射系统中的杂散光 光学系统设计 光学系统基本要求 光学系统基本要求 光学系统基本要求 续 典