光学设计基础.ppt

第一章 象差综述 §1.几何象差 （1）概述：理想光学系统观点 两个假定 ①必须是充分小孔径、视场 ②或是0孔径、0视场 才能成完善像 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） §2.光学系统的象差要求 第二章 光学系统设计过程 §2 光学系统的外形尺寸计算 §3 光学系统初始结构的计算方法 PW形式初级像差系数 §4 像差校正与平衡 §5.象质评价 ①评价观点 几何光学观点：方法简单 方法近似 点象的能量分布观点 物理光学观点：波差原理，方法较繁杂 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 定义：波面和参数球面最大差别不超过 时，此波面可看成无缺陷的，称为瑞利判断 以最大波象差作为成像质量的标准，并且 特点：①计算方便、简单 ②判断明了、迅速 ③能直观判断修正参数的变更方向 只适合小象差系统 例如：小象差系统 一个概念：焦深，纵向象差的度量单位 ② ③ 三、分辨率 定义：光学系统的分辨率和鉴别率是光学系统区分很细小和位置非常靠近的物象细节的能力。 表示：两个点或两条线之间的最小距离 评定方法：①对望远物镜采用角量 ②对摄影和显微用线量 望远物镜的分辨率 显微物镜 摄影物镜 结论 分辨率与使用要求有较为密切联系，与象差的联系不密切 相对孔径（或NA） 照明条件，观测对象 及背景、接收器 所以 在小象差系统时，仅为使用条件的标志，不反映象差情况。 在大象差系统中，尤其是摄影系统，分辨率作为质量指标之一来评价。 四、点列图 一般评价范围：天文望远物镜，摄影物镜 定义：由一点发出的许多光线经光学系统之后，由于象差存在，其与象面的交点不再位于同一点，而是形成散开的图形，称之为点列图 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 半部为200等分 4个视场 5个色光 5次离焦，找最佳象面 ∴追迹光线的量为200x4x5x5=200000 显然，如果划分越细，离焦次数越多，计算量就越大 §5.光学传递函数 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）