计算机辅助光学设计codeV

《计算机辅助光学设计codeV》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、计算机辅助光学设计杨波第一章光学系统像质评价1.概述2.光学系统的坐标系统、结构参数和特性参数3.几何像差的定义及其计算4.垂轴像差的概念及其计算5.几何像差及垂轴像差的图形输出6.用波像差评价光学系统的成像质量7.斯特列尔判断8.瑞利判断9.分辨率10.点列图11.光学传递函数一、概述光学设计实际是光学系统像差校正或像差平衡用传统方法进行光学设计尤其是复杂光学系统设计时，主要困难不是初级像差校正，而是如何减小高级像差高级像差通常与初级像差平衡光学自动设计发展简况共分五个阶段第一阶段四十年代，算盘、对

2、数表、手摇台式计算机，辅助表，每光线面10分钟四十年代末，电子计算机代替计算机，每分钟10个光线面，开始出现实用的空间光线向量公式光学自动设计发展简况第二阶端（五十年代）光学自动设计摸索试验阶段第三阶段（六十年代前、中期）光学自动设计实用化阶段第四阶段（六十年代末期到八十年代末期）光学自动设计普及充实提高阶段第五阶段（八十年代末至现在）二、光学系统参数的分类特性参数：物距、像距、孔径、视场、波长、渐晕系数结构参数：面型、间隔、材料、组合方式边界条件筒长、后工作距、厚度三、光学系统的坐标系统按习惯约定，

3、方便描述与计算光路的方向：习惯从左到右坐标原点：系统坐标：原点固定局部坐标：原点逐面变化曲率半径的正负：以光路方向有关间距的正负：与原点有关垂轴参数的正负：一般以光轴为界（0边）四、光路计算近轴光线计算近轴光线计算，得出所给系统的焦距、焦面位置、主面位置、理想像面、放大率、像高等系统参数。实际光线计算实际光线计算，得出系统的各种像差、光线分布、能量分布、成像质量等。近轴光线的选取第一近轴光线由轴上物点发出的最大孔径角的光线，可以计算系统焦距、理想像距、主面等。以及I,I’,u,u’等各折射面的近轴参数

4、。第二近轴光线由最大视场的轴外点发出并经过入瞳中心的光线，可以计算理想像高，以及Ip,Ip’,up,up’等各折射面的近轴参数。实际光线的计算：取物点为了全面了解整个视场的成像状况，要对整个物面作全面计算。物面取点物面由无限多的点构成，圆对称系统取物面半径上的若干点。非圆对称系统的物面取点视情况而定。每一物点发出充满入瞳的一束光线，计算时取其中若干条。实际光线的计算：取瞳点为了了解一个物点的成像状况，要对物点发出的整个光束作全面计算。入瞳连接物点是物点发出并进入系统的整个光束，实际计算取其中的若干条光

5、线为了使所取的光线能够反映整个光束，有若干种瞳面光线选取法：网格、径向、高斯分布等，主光线必算五、几何像差的定义及计算传统的几何像差包括：球差彗差像散场曲畸变位置色差倍率色差球差的定义轴上物点的物距L确定时，其像点位置L’是孔径角U（或h）的函数，实际像点与理想像点的位置之差称为轴上点球差。球差的光路图局部放大图光路图像面点列图球差的度量返回球差的影响与危害一个点形成的像为一个圆斑，破坏了理想成像的对应关系，使像点变得模糊，降低了成像的清晰度和分辨率。球差产生在轴上点（视场中心处），对整个像面的影响最

6、为明显，必须加以校正。球差曲线球差校正球差欠校球差过校慧差的定义当物点位于光轴外时，物点偏离了球面系统的对称轴位置，轴外点的宽光束将会产生一种失对称的像差,这种像差称为慧差。子午面和弧矢面A子午慧差弧矢慧差慧差的危害影响轴外点成像形成彗星状弥散斑，破坏了成像的清晰度轴上与轴外点的成像光束球差与彗差的点列图球差彗差像散的定义当轴外物点发出的一束很细的光束通过入瞳时，因轴外子午和弧矢光线的不对称，使得子午像点与弧矢像点不重合。即一个物点的成像将被聚焦为子午和弧矢两个焦线，这种像差称为像散。像散的度量返回像

7、散曲线场曲的定义平面物体成弯曲像面的成像缺陷称为场曲场曲光路场曲曲线场曲的度量子午场曲弧矢场曲畸变的定义理想光学系统中的物像共轭面的垂轴放大率为常数，故像与物总是完全相似。实际光学系统中，物像面之间的放大率并不是常数，随视场的不同而变化，视场中心处与视场边缘处有不同的放大率，物和像因此不再完全相似，这种像对物的变形像差称为畸变。畸变的度量绝对畸变相对畸变畸变的影响畸变不影响成像的清晰度，但使像改变大小及变形。畸变的大小随视场的三次方成正比，视场小的光学系统畸变不显著。色差六、波像差及其评价波像差的概念

8、波像差的评价方法波像差的概念一个完善系统对物点的完善成像表现为发出的光束成像时会聚于一点，此时光线束对应的波面为一球面波。一个有像差的系统对物点的成像表现为发出的光束成像时不能会聚于一点，光线束对应的波面为一偏离球面的曲面波。实际波面与球面波的差异称为波像差。波像差的评价方法每一个物点对应一个波面波像差沿整个瞳面计算波像差与参考点有关：通常取主光线的交点或者高斯像点从波像差曲线看最大波像差从波像差曲线看波面面积从波像差曲线看瞳面波像差分布状况OPDfan