光学设计总结.docx

光学设计总结.docx

《光学设计总结.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光学设计总结.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

光学设计总结

1.什么是光学设计？

所谓光学系统设计，就是依照仪器所提出的使用要求，设计出光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。

2.光学设计工作内容？

光学设计所要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。

3.光学设计各个阶段的主要内容？

（1〕.依照仪器整体的技术要求，拟定光学系统的原理图，并初步计算系统的外

形尺寸。

称为“初步设计〞也许“外形尺寸计算〞；

（2〕.依照初步设计的结果，确定每个透镜组的详尽结构参数。

称为“像差设计〞或称“光学设计〞。

4.光学系统设计的一般过程和步骤？

一、光学系统设计的一般过程

1、拟定合理的技术参数；

2、光学系统整体设计和布局；

3、光学部件〔光组、镜头〕的设计；

一般分为选型、确定初始结构参数、像差校正三个阶段。

〔1〕选型;

〔2〕初始结构的计算和选择；

A、解析法；

B、缩放法；

〔3〕像差校正、平衡与像质议论。

4、长光路的拼接与统算；

5、绘制光学系统图、部件图和光学部件图；

6、编写设计说明书；

7、必要时进行技术争论。

二、光学设计的详尽设计步骤

1、选择系统的种类；

2、分配元件的光焦度和间隔；

3、校正初级像差；

4、减小节余像差（高级像差）。

5.光学仪器对光学系统的性能和质量要求一、光学系统的根本特点

二、系统的外形尺寸三、成像质量

四、仪器的使用条件与环境

其他，在进行光学系统设计时，还要考虑它应拥有优异的工艺性和经济性。

1.什么是孔径？

什么是视场？

2.七种像差的根本看法、怎样表示、特点、初级像差描述形式、根本校正方法？

像差：

实质像与理想像之间的差异

〔1〕球差

看法：

轴上点发出的同心光束经光学系统各个球面折射今后，不再是同心光束，其中与光轴成不相同角度的光辉交光轴于不相同的地址上，相对于理想像点有不相同的偏离，这种偏离称之为球差。

表示：

或

特点：

初级球差描述形式：

式中，称为初级球差系数

（也称第一赛得和数

），

为

每个面上的初级球差散布系数。

危害：

球差使得在高斯像面上获得的不是点像而是一个圆形弥散斑。

校正：

基于正负透镜产生不相同符号的球差，因此，欲获得一个消球差的系统，必定

以正、负透镜合适组合才有可能，最简单的形式有双胶合光组和双分别光组。

球差是孔径的偶次方函数，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=0.707hm的带光拥有最大的节余球差。

其值是边缘光高级球差的

-1/4。

（2〕彗差

看法：

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

成彗星状的弥散斑。

表示：

子午彗差

弧矢彗差

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

不相同而变化。

慧差的张开式为

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，使能量分别，从而影响成像质量。

校正：

彗差能够经过搬动光阑和有选择的增加透镜来除掉

经过搬动孔径光阑或选择增加透镜来控制彗差

（3〕像散

看法：

轴外物点沿主光辉的细光束锥中，子午面上的子午光束在主光辉上的汇聚点

t'与弧矢面上的弧矢光束在主光辉上的汇聚点s'各处于主光辉上的不相同地址，这种现象称为像散现象，与像散现象产生相应的成像弊端，就是像散。

表示：

细光束

宽光束

特点：

像散是成像物点远离光轴时反响出来的一种像差，并且随着视场的增大而迅速增大。

因此对大系统的轴外点，即即是以细光束成像，也会因此而不能够清楚。

像散是以子午像点和弧矢像点之间的距离来描述的初级像差描述形式：

危害：

严重影响成像质量校正：

（4〕场曲

看法：

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

弧矢场曲

特点：

细光束的场曲与孔径没关，可是视场的函数。

初级像差描述形式：

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：

正负光焦度分别是校正匹兹伐和数的唯一有效的方法

（5〕畸变

看法：

在一对共轭平面上的垂轴放大率不为常数时,就会使物、像失去了相似性，

这种成像弊端即为畸变。

表示：

用线畸变表示：

在光学设计中，平时用相对畸变来表示：

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地址，

使像的形状产生失真，但不影响像的清楚度。

初级像差描述形式：

危害：

使像的形状产生失真

校正：

（6〕地址色差

看法：

描述轴上点用两种色光成像的地址差其他色差

表示：

特点：

地址色差仅与孔径有关，故其级数张开式仅与孔径的偶次方有关，当孔径〔或〕为零

时，色差不为零，故张开式中有常数项，

初级像差描述形式：

危害：

地址色差严重影响成像质量

校正：

用不相同的玻璃做成正透镜和负透镜，把它们组合在一起，就可以除掉色差。

实质光学

系统中所使用的透镜组，都是由正负透镜组合起来的。

光学系统可否消色差，取决于可否为零。

〔7〕倍率色差

看法：

两种色光有不相同的放大率，对同一物体所成的像也就不相同，这就是倍率色差。

表示：

特点：

初级像差描述形式：

危害：

倍率色差使物体像的边缘表现颜色，影响成像清楚度校正：

3.七种像差哪些仅与孔径有关、哪些仅与视场有关、哪些与孔径与视场都有关？

仅与孔径有关：

球差、地址色差、〔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

4.注明图中像差？

1.光学设计阶段像质议论的方法有哪些？

小像差系统、大像差系统分别用什么来评

价像质？

像质议论的方法：

瑞利判断、中心点亮度、分辨率、点列图法、光学传达函数、调

制传达函数〔MTF〕

小像差系统：

瑞利判断、中心点亮度、光学传达函数、基于衍射的方法：

〔点扩散

函数、线

扩散函数〕FFT

大像差系统：

分辨率、点列图法、光学传达函数、基于几何的方法；〔光程差曲线、像差曲

线〕

2.在几何像差曲线中怎样解析垂轴像差曲线？

3.什么是瑞利判断？

怎样使用瑞利判断判断光学系统的光学性能？

实质波面与参照球面波最大波像差小于λ/4时，此波面可看作是无弊端的，此判断成为瑞利判断。

瑞利判断依照成像波面的变形程度来判断成像质量。

4.什么是点列图？

怎样用它议论系统的成像质量？

由一点发出的好多光辉经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一

点，而形成了一个散布在必然范围的弥散图形，称为点列图。

怎样用点列图法议论成像质量时需要做大量光路计算，只有利用计算机完成；

它是一种形象直观的议论方法；应用于大像差的照相物镜等设计中；

5光学传达函数是什么？

怎样用它议论系统的成像质量？

曲线议论？

积分议论？

光学传达函数是必然空间频率下像的对照度与物的对照度之比。

能反响不相同空间频

率、不相同对照度的传达能力。

一般来说，高频局部反响物体的细节传达情况，中频

局部反响物体的层次传达情况，低频局部反响物体的轮廓传达情况。

利用光学传达函数议论光学系统的成像质量，是基于把物体看作是由各种频率的谱

组成的，也就是把物体的光强散布张开成傅里叶级数或傅里叶积分的形式。

积分议论：

曲线议论：

1.外形尺寸计算的任务是什么？

需确定哪些尺寸？

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、各光组元的相对地址和横向尺寸。

外形尺寸计算根本要求：

第一，系统的孔径、视场、分辨率、出瞳直径和地址；

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。

2.什么是缩放？

怎样依照缩放确定光学系统的初始结构？

步骤是什么？

缩放：

等比率的放大或减小。

1、物镜选型

2、缩放焦距

3、更换玻璃

4、估计高级象差

5、检查界线条件

1.望远系统原理？

光学性能参数？

望远系一致般由物镜、目镜和棱镜〔或透镜〕转像系统组成。

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。

2.望远物镜的光学性能参数有哪些？

有什么特点？

像差有什么特点？

怎样去议论？

特点：

相对孔径不大、视场较小

由于望远物镜视场较小，因此，平时只校正球差、彗差和轴向色差。

1、在有棱镜情况下，物镜和棱镜像差相互补偿。

在棱镜中的反射面不产生像差，

棱镜的像差等于张开今后的玻璃平板的像差，与地址没关，因此无论物镜光路中有

几块棱镜，无论它的地址不相同，只要资料相同，都能够合成一块玻璃平板计算像差。

2、目镜中有剩有少量节余球差和轴向色差，需要物镜来补偿。

3、在系统有分划镜，目镜和物镜应当尽可能分别消像差。

用光学传达函数〔MTF〕议论成像质量。

1.显微系统工作原理及光学性能指标？

怎样议论光学性能？

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？

像差有哪些特点？

用什么方法议论它的成像质量？

采纳和设计时，考虑的光学特点中最重要的是放大率〔β〕，数值孔径〔NA〕和线

视场〔y，y'〕。

特点：

短焦距，大孔径，小瞧场

用于显微镜观察时，一般采纳消色差物镜或复消色差物镜；用于显微摄影时，一般

采纳平场消色差物镜，使显微摄像像面上获得全视场清楚的像。

设计显微物镜主要校正轴上点的像差和小瞧场的像差：

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，还必定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。

用光学传达函数〔MTF〕议论成像质量。

1.目镜的工作原理？

光学性能指标？

目镜是目视光学系统的重要组成局部。

被观察的物体经过望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量远，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？

用什么方法议论它的成像质量？

目镜光学特点的参数主要有焦距、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差。

由于彗差不会太大，因此，目镜的设计中最重要的是校正像散，垂轴色差这两种像差。

在目镜中一般不校正场曲，在广角目镜中可是想法使场曲减小些。

在设计望远目镜时，需要考虑它与物镜之间的像差补偿关系。

用光学传达函数〔MTF〕议论成像质量。

1.照相物镜工作原理？

光学性能参数？

用什么方法议论它的成像质量？

照相物镜的特点是以感光底片作为接收器，它的作用是把外景成像在感光底片上，是底片曝光产生影像。

照相物镜的光学特点一般用焦距、相对孔径、视场角表示。

用光学传达函数〔MTF〕议论成像质量。

2.三片式、四片式、双高斯物镜的特点