现代光学设计1

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1、现代光学设计现代光学设计现代光学设计现代光学设计北京理工大学光电学院北京理工大学光电学院李林李林Tel:68912567,82952860,13641082083E-mail:LI_LIN@263.net硕士生《现代光学设计》课程内容1.常用像质评价指标2.光学自动设计原理和程序3.公差分析与计算4.经典光学系统设计5.变焦距光学系统6.其他光学系统7.非球面设计方法8.光学设计热点介绍硕士生《现代光学设计》课程要求1、掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。2、学习光学自动设计和两种

2、常用自动设计程序的原理，掌握阻尼最小二乘法自动设计程序的使用方法，或掌握ZEMAX软件中的自动设计程序使用方法。3、熟练掌握ZEMAX软件包的像差计算、自动设计、传函计算等程序的使用方法。4、利用ZEMAX软件设计如下光学系统：⑴望远镜物镜设计要求：焦距为200，半视场角为4˚，相对孔径为1：5⑵目镜设计与⑴中的望远镜物镜进行配合，要求：视放大率为6倍，目镜出瞳距离为20⑶照相物镜设计要求：焦距为50，半视场角为25˚，相对孔径为1：3(4)利用Zemax软件中的多重结构构造一个理想的变焦距系统，焦距从30～300，给出变焦数据

3、将以上各点写成报告（WORD文档）上交。一、光学系统像质评价1.概述什么是像差？如何评价系统的成像质量？几何像差的定义理想光学系统的分辨率其他像质评价指标光学系统像质评价光学系统作用把目标发出的光按仪器工作原理的要求改变它们的传播方向和位置，送入仪器的接收器，从而获得目标的各种信息，包括目标的几何形状、能量强弱等。对光学系统的要求光学特性，包括焦距、物距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距离等--应用光学成像质量，成像清晰，物像相似，变形要小----光学设计成像质量评价的方法（1）、光学系统实际制造完成后对其进行实际测量分辨率检验：

4、分辨率：光学系统成像时所能分辨的最小间隔δ1空间频率：δ的倒数µ=，单位：lp/mmδ星点检验一个物点通过光学系统成像后，根据弥散斑的大小和能量分布的情况，可以评判系统的成像质量分辨率检验时所采用的图案：分辨率检验时所采用的图案：星点检验衍射受限系统的夫朗和斐衍射图星点检验衍射受限系统的艾里斑的三维光强分布星点检验衍射受限系统：子午面内的等强度线设计阶段的评价方法几何光学方法：几何像差，波像差，点列图，几何光学传递函数物理光学方法：点扩散函数，相对中心光强，物理光学传递函数2.光学系统的坐标系统、结构参数和特性参数坐标系统及常用

5、量的符号及符号规则坐标系与应用光学中所采用的坐标系一样线段从左向右为正，由下向上为正，反之为负，角度一律以锐角度量，顺时针为正，逆时针为负。对于角度和物、像距，用大写字母代表实际量，用小写字母代表近轴量。名称符号符号规则物距L由球面顶点算起到光线与光轴的交点像距L′由球面顶点算起到光线与光轴的交点曲率半径r由球面顶点算起到球心间隔或厚度d由前一面顶点算起到下一面顶点入射角I由光线起转到法线出射角I′由光线起转到法线物方孔径角U由光轴起转到光线像方孔径角U′由光轴起转到光线名称符号符号规则物高y由光轴起到轴外物点像高y′由光轴起到

6、轴外像点光线投射高h由光轴起到光线在球面的投射点像方焦距f′由像方主点到像方焦点物方焦距f由物方主点到物方焦点像方焦截距由系统最后一面顶点到像方焦点物方焦截距由系统第一面顶点到物方焦点光学系统的结构参数光学系统的结构参数光学系统的结构参数2ch4681012x=+ah+ah+ah+ah+ah4681012221+1−kch式中，c为曲面顶点的曲率，K为二次曲面系数，a,a,a,a,a为高次非曲面系数。4681012表1-1二次曲面面型K值K<0K=001面形双曲面抛物面椭球面球面扁球面不同的面形，对应不同的面形

7、系数，例如球面：K＝1，a=a=a=a=a=04681012二次曲面：K≠1，a=a=a=a=a=04681012如果系统中有光阑，则把光阑作为系统中的一个平面来处理。指定波长光线的折射率n。选择3～5个波长。用人眼观察的目视光学仪器采用C(656.28nm)，D(589.30nm)，F(486.13nm)3种波长；用感光底片接收的照相机镜头，则采用C，D，g(435.83nm)这3种波长。光学特性参数光学特性参数物距L物高y或视场角ω物方孔径角正弦(sinU)或光束孔径高(h)孔径光阑或入瞳位置渐晕系数或系统中每个面的通光半径

8、物距物距代表从系统第一面顶点O到物平面A的距离。1物平面位在无限远时，用L＝0代表物高y或视场角ω成像范围：当物平面位在有限距离时，用物高y表示物平面位在无限远时，用视场角ω表示。物方孔径角正弦(sinU)或光束孔径高(h)物平面位在有限距离时，光束孔径用轴上点