光学设计基础

1、光学系统设置修正的基础知识，第一章像差综述1 .几何像差，(1)概要：理想光学系统观点的两个假设在一盏茶上必须是小开口、视野或0开口、0视野才能成为完整像，其实该理想系统无意义且必须以一定宽度的光束(开口要求)对一定大小的物体(视野要求)进行像差分析、像差像差研究： (1)像差的分类；(2)像差产生的原因和危害；(3)光学系统的对象差的要求和影像质量评价；(2)像差的分类和显示分类，像差的显示简单地表示；(b )轴外点像差(单色像差)、彗形象差、像散、像面弯曲、畸变、桶形畸变、枕形畸变、横向色差(轴第2章光学系统设定修正过程，即所谓的光学系统设定修正是根据使用，1 .概要，一、对光学系统的要求

2、，任何光学机器的用途和使用条件都必然对该光学系统提出一定的要求。 1、光学系统的基本特性：NA或D/f、2y或2、f、2、包括系统外形尺寸：横向尺寸和纵向尺寸在内的光学系统校正时，外形尺寸的校正运算和各组间的瞳孔连接是重要的。 3、成像质量：成像质量的要求与光学系统的用途有关。 对于望远系统和一般的显微镜，对中心视野仅要求良好的成像品质的摄影图片物镜，对整个视野要求良好的成像品质。 4、机器的使用条件：根据机器的使用条件，要求光学系统具有一定的稳定性、耐振性、耐热性和耐寒性等，保证机器在特定环境下正常工作。 二、光学系统设定修正过程的概要、一、外形尺寸修正计算、二、初始构造的选定和修正计算、三

3、、像差修正和平衡、四、影像质量评价、二光学系统的外形尺寸修正计算、一、外形尺寸修正计算的任务是，首先在进行外形尺寸修正计算时，根据要求光学系统的合理的光学系统原理图，使系统得到良好的成像质量其次，根据技术要求确定光学系统的基本特性和外形尺寸。 对一部分光学系统也进行光能的修正计算。 最后，确定系统各个部分的基本特性，以选择每个灯光组的结构。修改光学系统的原理图以确定满足预定技术要求的基本光学特性，即NA或D/f、2y或2，f、共轭距离、背工距离、光圈位置和外形尺寸。 为便于校正各种类型的光学组，可认为光学系统由一系列无穷薄的光学组成。 简化的光学系统可以采用理想的光学系统理论和式子进行外形尺寸

4、修正运算。 另外，一些光学系统也存在微距显微镜、开普勒望远镜、具有棱镜项目和透镜图像系统的望远镜等，可以是这样简单的系统的摄影图片物镜、广角物镜、大数值孔径的高倍微透镜等，不被认为是薄透镜光组的光学设备。 这种光学系统的外形尺寸的修正计算与初始构造的求出一起进行，其外形尺寸是像差修正后的构造尺寸。 二、典型光学零配件的外形尺寸校正计算，1 .理想成像理论，2 .渐晕系数，3 .棱镜项目成像系统，4 .透镜成像系统，5 .场透镜，3光学系统初始结构的校正计算方法，初始结构的校正计算目的是确定系统初始结构残奥计：曲率半径，其校正计算方法有两种。 一种是根据一次像差理论用代数法解初始构造；另一种是从

5、现有的专利文献资料中选择初始构造。另一方面，在代数法-PW方法、光学设定修正中使用PW方法的目的是，根据一次像差理论求出光学系统的初始构造，用于光路修正修正像差。 在求出光学系统的初始构造时，用一次像差式进行校正，省略镜头的厚度，因此是近似解，该近似的程度由校正后的系统的视野和开口决定。PW形式的一次像差系数、二、从现有资料中选择初始结构的方法，随着计算机的发展和光学设定校正技术的提高，设置了许多性能优良的各种光学系统，将这些个资料载入技术资料和专利文献。 一部分的光学设定修订手册也在收集设定修订资料。 如果能够从这些个的专利文献中选择光学特性尽可能接近被设定的物镜的构造作为初始构造，则不仅能

6、够节省很多时间，还容易成功。 特别是，在设定修正高性能且复杂的物镜的情况下，一般从专利文献中选择初始构造。 另一方面，关于物镜的选择，在光学系统整体的设定校正完成之后，根据校正后的光学特性来选择透镜的结构图案，并决定其结构残奥仪表r、n、d。 二、缩放焦距长度选择结构后，其焦距长度不一定完全满足设定修改要求，必须缩放焦距长度。 三、更换玻璃，在国外的专利文献中，物镜选择的玻璃品种大多与国产品种不一致，特别是高性能的物镜大多采用高折光率的玻璃。 这些个的玻璃价格昂贵，加工性差，在满足设定、修改要求的基础上，应尽量选用这些个玻璃，因此必须对现有结构进行玻璃更换。 为了保持色差一定(或变化小)，更换

7、玻璃时，请尽量选择色散(或阿贝数)接近的玻璃。 此外，如果所选初始结构的单色像差良好、色差差，也可以通过更换玻璃来校正色差。 四、估计高级像差，选择现有结构时，有很多光学特性相近的结构。 这取决于结构的高级像差。 应该选择高级像差小的构造作为初期构造。 从像差理论可以理解，在校正了系统的边缘孔径或视场之后，系统的每个带开口或带视场具有最大的残馀像差，其大小完全由高级像差确定。 因此，可以使用残馀像差的大小来估计高级像差。 五、检查边界条件，在进行像差校正前必须检查边界条件。 变焦后的结构由于镜头中心的厚度变薄边缘变尖的情况多，所以在设定修正时必须随时检查，以免浪费时间。 对于正透镜，检查边缘厚

8、度是否尖；对于负透镜，检查中心厚度是否过薄。 此外，还要注意工作距离是否满足要求。 只要在满足边界条件之后开始像差校正就没有问题。4像差校正和平衡、结构残奥仪的输入、入瞳的输入、视野的输入、波长的输入、二次元图、光线光路修正数据、光线像差、光路差、MTF、点列图、5 .影像质量评价、评价观点几何光学观点：方法简单方法近似点像的能量分布常用方法(理论分析、修正)瑞利是高质量的小像差可执行的评价方法点列图适用于象差系统，主要摄影物镜极限分辨率：象差系统传递函数(MTF )适用于象差系统，适用于高控制托拉斯和低控制托拉斯，是一种非常积极的方法，结合检测方法，视觉分辨率板方法简单，意义明确，细节分辨率

9、定量表示检查方法(测试)中，两个物镜的极限分辨率有时相同，但粗线的亮度有时不同。 但是，不能反映析像度的“影像质量”的补偿(主观)常见，存在问题，用星点检查法点光源通过物镜得到的像斑的形状(a )物镜没有像差的情况和接近没有像差的情况的像斑是阿里斯圆。(b )如果同心度差、玻璃不均匀或工艺应力残留，则星点形状不对称或不规则。 特点：适合高质量物镜检测的主观性，因人而异，传递函数(OTF )视为星点的定量说明，二、瑞利判断，定义：当波前和残奥表球面的最大差不超过时，该波前视为无缺陷，瑞利判断将最大波像差视为成像质量的标准和简单的判断是明确的，能够迅速直观地判断修正残奥表的变更方向的只有小像差系统

10、，例如，小像差系统的一个概念：焦深、纵向像差的测量单位、像差容限、显微镜、望远物镜， 系统具有一次球面像差和二次球面像差的表示：两点或两条线之间的最小距离评价方法：望远物镜的角量对摄像和显微用射线量，望远物镜的极限分辨率显微物镜摄像物镜，结论：极限分辨率与使用要求有密切关系，像差的关系有口径(或NA )照明条件、观察对由于与接收器并不紧密接触，因此低像差的像差系统(特别是在成像系统)中，分辨率被评价为质量指标之一。 四、点列图、一般的评价范围：天文望远物镜、摄影物镜定义：从一点发出的大量光线通过光学系统后，由于存在像差，与像面的升交点不再位于同一点，形成发散图形，称为点列图，将入射光瞳的一半称为极坐标或垂直角坐标(或垂直角坐标入光瞳分布400等分，一半200等分4视野5个色光5次散焦，寻找最佳像面跟踪光线的量200 x4x5x5=200000明显，分割越细散焦次数越多，校正量越大，分辨率是矩形波格子亮度的分布是矩形分布的传递函数(正弦波格子) 上升的正弦