光学设计总结

所谓光学系统设计，就是根据仪器所提出的使用要求，设计出光学系统的性能参数、外形尺寸光学设计所要完成的工作包扌舌光学系统设计和光学结构设计。（2）.根据初步设计的结果，确定每个透镜组的具体结构参数。称为“像差设计”或称“光一、光学系统设计的一般过程一般分为选型、确定初始结构参数、像差校正三个阶段。一、光学系统的基本特性此外，在进行光学系统设计时，还要考虑它应具有良好的工艺性和经济性。像差：实际像与理想像之间的差异概念：轴上点发出的同心光束经光学系统各个球面折射以后，不再是同心光束，其中与光轴成不同角度的光线交光轴于不同的位置上，相对于理想像点有不同的偏离，这种3L‘=L'—厂或刃刃/tant/'特点:初级球差描述形式:[s=mi(irF-n)危害：球差使得在高斯像面上得到的不是点像而是一个圆形弥散斑。校正：鉴于正负透镜产生不同符号的球差，因此，欲获得一个消球差的系统，必须以正、负透的偶次方函数，因此，校正球差只能使某带的球差为零。对于仅含初级和二级球差的光学系统，当对边缘光校正球差时，在h=0.707hin的带光具有最大的剩余球差。其值是边缘光高级球差的-1/4。概念：轴外物点发出的宽光束，经透镜成像后不再交于一点而是形成一种不对称的成彗星状的表示：子午彗差特点：由于彗差是轴外物点以宽光束成像时所产生的一种单色像差。因此，它一方面随视场大小而变化；另一方面，对于同一视场，它又随孔径的不同而变慧差的展开式为Ks*=A^yh1+A^yh4+A^h2H—第一项为初级彗差，第二项为孔径二级彗差、第三项为视场二级彗差初级像差描述形式：初级子午彗差初级弧矢彗差危害：彗差使一点的像成为彗星状弥散斑，使能量分散，从而影响成像质量。校正：彗差能够通过移动光阑和有选择的增加透镜来消除通过移动孔径光阑或选择增加透镜来控制彗差概念：轴外物点沿主光线的细光束锥中，子午面上的子午光束在主光线上的会聚点L与弧矢面上的弧矢光束在主光线上的会聚点s，各处于主光线上的不同位置，这种现彖，与像散现象产生相应的成像缺陷，就是像散。表示：细光束以对大系统的轴外点，即使是以细光束成像，也会因此而不能清晰。像散是以子午像点和弧矢像点之间的距离来描述的危害：严重影响成像质量概念：子午像面和弧矢像面偏离于高斯像面的距离。表示：子午场曲特点：细光束的场曲与孔径无关，只是视场的函数。危害：当有场曲时，在高斯像面上超出近轴区的像点都会变得模糊。校正：正负光焦度分离是校正匹兹伐和数的唯一有效的方法概念：在一对共轨平面上的垂轴放人率不为常数时，就会使物、像失去了相似性，这种成像缺特点：由畸变的定义可知，畸变是垂轴像差，它只改变轴外物点在理想像面上的成像位置,使像危害：使像的形状产生失真概念：描述轴上点用两种色光成像的位置差异的色差特点：位置色差仅与孔径有关，故其级数展开式仅与孔径的偶次方有关，当孔径（或）为零危害：位置色差严重影响成像质量校正：用不同的玻璃做成正透镜和负透镜，把它们组合在一起，就可以消除色差。实际光学系统中所使用的透镜组，都是由正负透镜组合起来的。光学系统是否消色差，取决于是否为零。概念：两种色光有不同的放大率，对同一物体所成的像也就不同，这就是倍率色差。危害：倍率色差使物体像的边缘呈现颜色，影响成像清晰度仅与孔径有关：球差、位置色差、（正弦差）仅与视场有关：像散、畸变、倍率色差、细光束的场曲与孔径与视场都有关：彗差、宽光束的场曲1•光学设计阶段像质评价的方法有哪些？小像差系统、大像差系统分别用什么来评价像质？像质评价的方法：瑞利判断、中心点亮度、分辨率、点列图法、光学传递函数、调制传递小像差系统：瑞利判断、中心点亮度、光学传递函数、基于衍射的方法：（点扩散函数、线扩人像差系统：分辨率、点列图法、光学传递函数、基于几何的方法；（光程差曲线、像差曲实际波面与参考球面波最人波像差小于入/4时，此波面可看作是无缺陷的，此判断成为瑞利判瑞利判断根据成像波面的变形程度来判断成像质量。由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成怎样用点列图法评价成像质量时需要做犬量光路计算，只有利用计算机完成：它是一种形彖直观的评价方法；应用于大像差的照相物镜等设计中；光学传递函数是一定空间频率卞像的对比度与物的对比度之比。能反映不同空间频率、不同对递情况，低频部分反映物体的轮廓传递情况。就是把物体的光强分布展开成傅里叶级数或傅里叶积分的形式。光学系统的外形尺寸计算要确定的结构内容包括系统的组成、各光组元的焦距、各光组元的相第一，系统的孔径、视场、分辨率、出瞳直径和位置；第二，几何尺寸，即光学系统的轴向和径向尺寸，整体结构的布局；第三，成像质量、视场、孔径的权重。望远系统一般由物镜、目镜和棱镜（或透镜）转像系统构成。其特点是物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合，光学间隔为0,因此平行光射入望远系统后，仍以平行光射出。特点：相对孔径不大、视场较小由于望远物镜视场较小，因此，通常只校正球差、彗差和轴向色差。1、在有棱镜情况卞，物镜和棱镜像差相互补偿。在棱镜中的反射面不产生像差，棱镜的像差等于展开以后的玻璃平板的像差，与位置无关，因此不论物镜光路中有几块棱镜，不论它的位置不同，只要材料相同，都可以合成一块玻璃平板计算像差。3、在系统有分划镜，目镜和物镜应当尽可能分别消像差。用光学传递函数（MTF）评价成像质量。2.显微物镜光学性能参数有哪些？有什么特点？怎样选择它的初始结构？像差有哪些特选用和设计时，考虑的光学特性中最重要的是放大率（B）,数值孔径（NA）和线视场（y,特点：短焦距，大孔径，小视场色差物镜，使显微摄像像面上获得全视场清晰的像。设计显微物镜主要校正轴上点的像差和小视场的像差：球差，轴向色差和正弦，但对较高倍率的显微镜，由于数值孔径加大，除了校正这三种像差的边缘像差之外，还必须同时校正它们的孔径高级像差，如孔径高级球差，色球差，高级正弦差。用光学传递函数（MTF）评价成像质量。目镜是目视光学系统的重要组成部分。被观察的物体通过塑远物镜和显微物镜成像在目镜的物方焦平面处，经目镜放大后将其成像在无穷远，供人眼观察。2.目镜光学性能参数有哪些？有什么特点？怎样选择它的初始结构？像差有哪些特点？用目镜光学特性的参数主要有焦距、像方视场角、工作距离、镜目距特点：短焦距、大视场、相对孔径较小目镜的像差校正以轴外像差为主。在目镜设计中，主要校正像散，垂轴色差和彗差这三种像目镜中一般不校正场曲，在广角目镜中只是设法使场曲减小些。在设计