光学设计基础.ppt

光学系统设计基础知识;第一章 象差综述 §1.几何象差;实际上这种理想系统是无意义的 ∵ ①必须要以一定宽度的光束（孔径要求） ② 对一定大小的物体（视场要求） 实际成像 ∴不再成完善像，出现失真、变形, 并在白光的照明下出现彩色的象 轮廓……这就是象差;所以总的目的 --完成光学系统及光学元件的设计； 象差分析、象差平衡、象质评价;（2）象差的分类与表示 分类;象差的表示 简单表示 （A）轴上点象差（单色象差）：;例如：单透镜 球差;正弦差;位置色差;（B）轴外点象差（单色象差）;像散、场曲;畸变;倍率色差（轴重色差）;§2.光学系统的象差要求;第二章 光学系统设计过程;一、对光学系统的要求;二、光学系统设计过程概述;§2 光学系统的外形尺寸计算; 为了简化各种类型光组的计算，可以把光学系统看成是由一系列无限薄的光组组成的。经过简化后的光学系统就可以用理想光学系统的理论和公式进行外形尺寸计算。;二、典型光学零件的外形尺寸计算;§3 光学系统初始结构的计算方法;一、代数法-PW方法;PW形式初级像差系数;二、 从已有资料中选择初始结构的方法;设计步骤：;四、估算高级像差;§4 像差校正与平衡;结构参数的输入 ;入瞳的输入 ;视场的输入 ;波长的输入 ;二维图 ;光线光路计算数据;光线像差;点列图;§5.象质评价;②常用方法（理论分析、计算） 瑞利判断 高质量的小象差系统，一种切实可行的评价方法 点列图 适合大象差系统，主要是摄影物镜 分辨率 ： 比较适合大象差系统 传递函数（MTF） 对于大象差系统，无论是高对比或是低对比都是适合的，是一种非常积极的方法，并且与检验方法配合很好。 ;目视分辨率板 方法简单，意义明确，其对细节分辨率有定量的表示，但对于较粗线条的成像质量不能作定量评价。 ; 有时两个物镜分辨率一样，但其粗线条的明晰程度可能不一样。 但是分辨率是反映不出来的 ∴往往看“象质”补偿（主观性） ;星点检验法 观察点光源通过物镜所得到象斑的形状 （a） 物镜没有象差时或接近没有象差时 --象斑是艾利圆。 （b） 同心度不好，玻璃不均匀或留有工艺应力都会使星点形状不对称或不规则。 特点： ① 适合高质量物镜检查 ② 主观性大，因人而异;传递函数（OTF） 看成对星点的定量说明;二、瑞利判断;例如：小象差系统 一个概念：焦深，纵向象差的度量单位 ;①;② ③ ;目镜像差容限：;三、分辨率;望远物镜的分辨率 显微物镜 摄影物镜 ;结论;所以;四、点列图;作法：把入射光瞳的一半分成极坐标或直角坐标 （1）光线均匀地分布在入射面上 （2）光点密度程度可以用来衡量光学系统的质量优劣; 缺点：计算量特别大 因为追迹的光线越多，评价就越精确，越能反映出象上光强分布的情况。;例如：入瞳分布400等分;①分辨率是矩形波光栅 亮度的分布是矩形分布;②传递函数（正弦波光栅） 亮度分布是抬高了的正弦曲线 ;③对比度; 成像的线条位置不在理想成像的线条像位置上，即：;显然，正弦波光栅经系统之后的情况; 把两者综合起来的影响，概括为一个复数形式的表达式： --受象差影响 --对象差没有影响， 即清晰度没影响仅 产生变形 由OTF可求分辨率，并可判断其象质