光学设计知识点总结.docxVIP

一、光学系统设计的具体过程：

二、像差

1.在级数展开过程中，所忽略的高次项即表征了光学系统的实际像与理想像之间的差异，这种差异即为像差。

2.

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3.1)对光能接收器的最灵敏的谱线校正单色像差;

2)对接收器所能接收的波段范围两边缘附近的谱线校正色差;

一）球差（孔径的函数）（球差是轴上点成像存在的唯一的一种单色像差）

1.轴上一点发出的不同孔径和入射高度的光在通过光学系统后有不同的像距，就是球差

?L?=L?-l?

危害：球差带来的危害是一个圆形弥散斑，影响像的清晰度

校正：

1）单个正透镜产生负球差，单个负透镜产生正球差。因此用正负透镜组合校正球差。

2）非球面校正球差；

在zemax中，点击分析-杂项、轴向像差查看

2.单个折射球面的无球差点：

1）当L=0时，L?=0，即物点与球面顶点重合时不产生球差；

2）当sinI-sinI?=0，即I=I?=0时，这时L=L?=r，即物点位于球面球心时，不产生球差。

3.），，，这一对共轭点称为不晕点，或齐明点

4.球差的级数展开式：初级球差与孔径的平方成正比，二级球差与孔径的四次方成正比。当孔径较小时，主要存在初级球差；孔径较大时，高级球差增大，即：

当光学系统物空间没有球差时，

5.初级球差是孔径(h/hm)2的函数，若对边光校正球差，0.707带光有最大剩余球差，其值等于边光高级球差的1/4，且反号，即。

最大剩余球差：带球差(特指0.707带孔径的球差)

像差校正的实质：用初级像差与高级像差相互抵消（或平衡）的结果。

二）慧差（孔径和视场的函数，与光阑位置有关）

1.子午彗差：轴外球差使上下光线相对于主光线失去对称,用上下光线的交点到主光线的垂轴距离表示初级子午彗差是弧矢彗差的3倍。

危害：不同孔径圆锥光束在高斯像面上形成大小不同的小弥散圆----彗星状弥散斑，影响轴外视场的成像清晰度

校正：

全对称系统的彗差自动消除；

合理选择光阑位置可以减小彗差的影响，改善光学系统的成像质量

2.孔径光阑及系统结构对彗差的影响

1)光阑在球面前时产生负的彗差。

2)如果将孔阑移至球心，则主光线与辅轴重合，上下光线对称于主光线，则不产生彗差。

3)光阑位于球心之后，同样由于轴外负球差，使轴外光束失对称，这时上下光线的交点交于主光线之上，产生正彗差

3.正弦差：小视场光学系统的彗差比较简单,一般用正弦差表示即可，用相对弧矢彗差表示系统对等晕条件的偏离，称为正弦差

正弦差是孔径的函数，只需计算轴上点各孔径的实际光线和一条第二近轴光线，即可计算出正弦差

正弦条件：正弦条件是轴上点及其垂轴平面内的邻近点成完善像的条件

余弦定律：临近点完善成像的条件。

等晕条件：轴外近轴点和轴上点具有相同的球差，且轴外光束不失对称性（即无彗差）

三）像散和场曲（轴外点细光束）（与视场有关，与光阑位置有关）

1、轴外细光束也不能成完善像，而是形成两条相互垂直的短焦线，即子午焦线和弧矢焦线--轴外点的子午像和弧矢像。

子午像和弧矢像之间沿光束轴(主光线)方向的距离定义为像散。像散是用沿光轴方向度量的

原因：通过光学系统后的细光束所对应的波面变成非球面波，在两主截面内的曲率中心不同，而聚焦成子午像和弧矢像。

危害：

1）像散使得轴外物点的像变成在空间相距一定距离的、相互垂直的两条短焦线，而在其它截面上形成椭圆或圆形弥散斑。

当像平面在子午焦线位置，得到一条水平焦线；当像平面在弧矢焦线位置，得到垂直焦线；

在两位置之间为椭圆

2）像散严重时，会严重影响轴外物点的成像清晰度，因此，大视场光学系统不管相对孔径多大，都必须校正像散。

校正：调整光阑位置至球心。

2.像散与光阑位置有关，光阑位于球心时，像散为零

3.轴外点的像散与视场有关，视场越大，像散也越大。因此,平面物体会形成两弯曲的像面--子午像面和弧矢像面，某一视场的子午像点、弧矢像点到高斯像面的距离--子午像面弯曲(子午场曲)和弧矢像面弯曲(弧矢场曲)

只要采用球面，即使没有像散，也会有场曲。这个弯曲的像面叫做匹兹万像面，匹兹万像面到高斯像面的距离称为匹兹万场曲。

危害：由于子午像面和弧矢像面是对称于光轴的回转曲面，当光学系统有较大视场时，将使平面物体上各点不能同时成像清晰。中间清晰，则边缘模糊，反之亦然

若场曲和像散同时存在，像为一椭圆

四）畸变（随视场变化，与光阑位置有关）

1.实际光学系统：?(w)?const.，即?随视场而变化，因此，像与物不再相似，产生变形。这种使像变形的成像缺陷就是畸变，是由于主光线的球差引起

用实际光线与高斯相面相交的实际像点高度与理想像高之差表示畸变的大小，即

用畸变值?Y?z与理想像高y?之比的百分比q?表示畸变的大小，称为相对畸变