第1章 光学系统像质评价.ppt

《第1章 光学系统像质评价.ppt》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、第一章光学系统像质评价1.1概述1.2光学系统的坐标系统、结构参数和特性参数1.4用波像差评价光学系统的成像质量1.3几何像差的定义及计算1.5用光学传递函数评价系统像质1.1概述2.对光学系统成像性能的要求：1.光学系统的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。（1）光学特性：焦距、物距、像距、放大率等。（2）成像质量：像应该清晰，物像相似，变形要小。3.像差光学系统所成的实际像和理想像之间的差异。4.像质评价指标

2、几何像差（几何光学的角度）波像差和传递函数等（物理光学或波动光学角度）5.光学设计的任务根据对光学系统的光学特性和成像特性两方面的要求来确定系统的结构参数。1.2光学系统的坐标系统、结构参数和特性参数1.常用量的符号及符号规则与《应用光学》中相同。2.共轴光学系统的结构参数系统中每个曲面的形状用下面方程式表示：光学系统图光学系统坐标系K值K<-1K=-1-10面形双曲面抛物面椭球面球面扁球面二次曲面面型不同的面形，对应不同的面形系数，例如：球面：K＝0，二次曲面：，系统中各曲面之间介质的光学性质

3、，用它们对指定波长光线的折射率n表示。光学系统结构参数：（1）面形参数（r,K,,…,）（2）各面顶点间距（d）（3）每种介质对指定波长的折射率（n）3.光学特性参数（1）物距LAA’-L物平面表示方法（2）物高y或视场角当物平面位于有限距离时，成像范围用物高y表示；当物平面位于无限远时，成像范围用视场角表示。（3）物方孔径角正弦sinU或光束孔径高h当物平面位于有限距离时，光束孔径用轴上点边缘光线和光轴夹角U的正弦sinU表示；当物平面位于无限远时，光束孔径用轴向平行光束的边缘光线孔径高h表示。AByh-U物平

4、面在有限距离物平面在无限远（4）孔径光阑或入瞳位置yAB-UyAB-U（5）渐晕表示系统渐晕状况的两种方式：渐晕系数法每个通光孔的实际通光半径ABA’B’NMN’M’O’ObaaM’N’O’b渐晕系数法渐晕系数：短轴：Zemax中渐晕定量表示方法轴上光束形状为圆形轴外光束形状为椭圆aM’N’O’bH-0.2H渐晕的定量表达（1）偏心(VDX,VDY)；（2）轴外光束孔径/轴上光束孔径(VCX,VCY)例：自由空间光通信中光学天线的设计发射天线接收天线激光与耦合扩束激光信号耦合探测接收天线设计要求：，，激光波长：建

5、立系统的一般步骤建立初始结构查手册查专利自己建输入软件评价系统质量自动化修改好不好完成1.3几何像差的定义及计算几何像差：通过对空间光线的追迹得到。基础：立体几何像差产生的原因A-UOCA'U'I'IEhnn'r-LL'j相同孔径的光线，像距相同不同孔径的光线，像距不同近轴光线的光路计算公式表明：轴上点在近轴区内成像是完善的。正弦函数的级数展开为：忽略的高次项即为产生像差的原因。几何像差单色像差几何像差的分类色差球差彗差像散场曲畸变轴向色差垂轴色差1.轴上物点(1)轴上物点的单色像差轴向球差：出射波面偏离球面波之

6、差LongitudinalAberration轴上点发出的同心光束经光学系统各球面折射后不再为同心光束，不同孔径角的光线交光轴于不同位置上，相对于理想像点的位置有不同的偏离。A-L0.30.50.70.851.0.球差曲线——L’-hAL0.30.50.70.851.0.垂轴球差a）球差的函数表达式b）消球差的方法球差（续）正负透镜组合消球差最常用的平衡方式是使边缘球差正透镜产生负球差负透镜产生正球差c）球差的分布式：称为光学系统球差系数：为每个面上的球差分布系数：最后一个面处的折射率、近轴像方孔径角、实际像方

7、孔径角：近轴区入射角在近轴区：每个面上的初级球差分布系数：初级球差：讨论:对于单折射面，什么情况下球差为0?(1)L＝0(2)(3)三对共轭点不产生球差称为齐明点或不晕点球面反射镜有几个无球差点?习题：一个光学系统，已知其只包含初级和二级球差，更高级的球差可忽略不计。已知该系统的边光球差，0.707带光球差，求：（1）表示出此系统的球差随相对高度的展开式，并计算0.5和0.85带光线的球差；（2）边缘光的初级球差和高级球差；（3）最大的剩余球差出现在哪一高度带上？数值是多少？作业1.设计一齐明透镜，第一面曲率半径

8、r1=-95mm，物点位于第一面曲率中心处，第二个球面满足齐明条件，若该透镜厚度d=5mm，折射率n=1.5，该透镜位于空气中，求：（1）该透镜第二个面的曲率半径。（2）该齐明透镜的垂轴放大率。(2)轴上物点的色差(chromaticaberration)薄透镜：轴向色差：轴上点两种色光像平面位置之差。波长的选取随仪器所用的光能接收器的不同而改变：用人眼观察的目视光学仪器