光學(xué)設(shè)計(jì)第一章課件

現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)北京理工大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院

光電工程系李林Tel:68912567,82952860-mail:LI_LIN@263.net現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)北京理工大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院

光電工程系1碩士生《現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)》課程內(nèi)容1、常用像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)2、光學(xué)自動(dòng)設(shè)計(jì)原理和程序3.公差分析與計(jì)算4.變焦距光學(xué)系統(tǒng)5.目視光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.照相物鏡設(shè)計(jì)碩士生《現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)》課程內(nèi)容1、常用像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)2碩士生《現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)》課程要求1、掌握采用常用評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的方法，對(duì)幾何像差、垂軸像差、波像差和光學(xué)傳遞函數(shù)進(jìn)行分類和總結(jié)。2、學(xué)習(xí)光學(xué)自動(dòng)設(shè)計(jì)和兩種常用自動(dòng)設(shè)計(jì)程序的原理，掌握SOD88軟件包中的適應(yīng)法和阻尼最小二乘法自動(dòng)設(shè)計(jì)程序的使用方法，或掌握ZEMAX軟件中的自動(dòng)設(shè)計(jì)程序使用方法。碩士生《現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)》課程要求1、掌握采用常用評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)33、熟練掌握ZEMAX軟件或SOD88軟件包的像差計(jì)算、自動(dòng)設(shè)計(jì)、傳函計(jì)算等程序的使用方法。4、利用ZEMAX軟件或SOD88軟件設(shè)計(jì)如下光學(xué)系統(tǒng)：⑴望遠(yuǎn)鏡物鏡設(shè)計(jì) 要求：焦距為200，半視場(chǎng)角為4?，相對(duì)孔徑為1：53、熟練掌握ZEMAX軟件或SOD88軟件包的像差計(jì)算、自動(dòng)4⑵目鏡設(shè)計(jì) 與⑴中的望遠(yuǎn)鏡物鏡進(jìn)行配合，要求：視放大率為6倍，目鏡出瞳距離為20⑶照相物鏡設(shè)計(jì) 要求：焦距為50，半視場(chǎng)角為25?，相對(duì)孔徑為1：3(4)利用Zemax軟件中的多重結(jié)構(gòu)構(gòu)造一個(gè)理想的變焦距系統(tǒng)，焦距從30～300，給出變焦數(shù)據(jù)將以上各點(diǎn)寫成報(bào)告上交。要求獨(dú)立完成，禁止互相抄襲。⑵目鏡設(shè)計(jì)5第一章

光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)什么是像差？如何評(píng)價(jià)系統(tǒng)的成像質(zhì)量？幾何像差的定義理想光學(xué)系統(tǒng)的分辨率其他像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)1.概述第一章

光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)什么是像差？如何評(píng)價(jià)系統(tǒng)的成像質(zhì)量6

光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)作用把目標(biāo)發(fā)出的光按儀器工作原理的要求改變它們的傳播方向和位置，送入儀器的接收器，從而獲得目標(biāo)的各種信息，包括目標(biāo)的幾何形狀、能量強(qiáng)弱等。

光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)作用把目標(biāo)發(fā)出的光按儀器工7對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的要求光學(xué)特性，包括焦距、物距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距離等--應(yīng)用光學(xué)成像質(zhì)量，成像清晰，物像相似，變形要小----光學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的要求光學(xué)特性，包括焦距、物距、像距、放大率8成像質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法（1）、光學(xué)系統(tǒng)實(shí)際制造完成后對(duì)其進(jìn)行實(shí)際測(cè)量分辨率檢驗(yàn)：分辨率：光學(xué)系統(tǒng)成像時(shí)所能分辨的最小間隔δ空間頻率：δ的倒數(shù)，單位：lp/mm星點(diǎn)檢驗(yàn)一個(gè)物點(diǎn)通過光學(xué)系統(tǒng)成像后，根據(jù)彌散斑的大小和能量分布的情況，可以評(píng)判系統(tǒng)的成像質(zhì)量成像質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法（1）、光學(xué)系統(tǒng)實(shí)際制造完成后對(duì)其進(jìn)行實(shí)際9分辨率檢驗(yàn)時(shí)所采用的圖案：分辨率檢驗(yàn)時(shí)所采用的圖案：10分辨率檢驗(yàn)時(shí)所采用的圖案：分辨率檢驗(yàn)時(shí)所采用的圖案：11星點(diǎn)檢驗(yàn)衍射受限系統(tǒng)的夫朗和斐衍射圖星點(diǎn)檢驗(yàn)12星點(diǎn)檢驗(yàn)衍射受限系統(tǒng)的艾里斑的三維光強(qiáng)分布星點(diǎn)檢驗(yàn)13星點(diǎn)檢驗(yàn)衍射受限系統(tǒng)：子午面內(nèi)的等強(qiáng)度線星點(diǎn)檢驗(yàn)14設(shè)計(jì)階段的評(píng)價(jià)方法幾何光學(xué)方法：幾何像差，波像差，點(diǎn)列圖，幾何光學(xué)傳遞函數(shù)物理光學(xué)方法：點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，相對(duì)中心光強(qiáng)，物理光學(xué)傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)階段的評(píng)價(jià)方法幾何光學(xué)方法：幾何像差，波像差，點(diǎn)列圖，幾152.光學(xué)系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和特性參數(shù)坐標(biāo)系統(tǒng)及常用量的符號(hào)及符號(hào)規(guī)則坐標(biāo)系與應(yīng)用光學(xué)中所采用的坐標(biāo)系一樣線段從左向右為正，由下向上為正，反之為負(fù)，角度一律以銳角度量，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。 對(duì)于角度和物、像距，用大寫字母代表實(shí)際量，用小寫字母代表近軸量。2.光學(xué)系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和特性參數(shù)坐標(biāo)系統(tǒng)及常用量16名稱符號(hào)符號(hào)規(guī)則物距L由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)像距L′由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)曲率半徑r由球面頂點(diǎn)算起到球心間隔或厚度d由前一面頂點(diǎn)算起到下一面頂點(diǎn)入射角I由光線起轉(zhuǎn)到法線出射角I′由光線起轉(zhuǎn)到法線物方孔徑角U由光軸起轉(zhuǎn)到光線像方孔徑角U′由光軸起轉(zhuǎn)到光線物高y由光軸起到軸外物點(diǎn)像高y′由光軸起到軸外像點(diǎn)光線投射高h(yuǎn)由光軸起到光線在球面的投射點(diǎn)像方焦距f′由像方主點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦距f由物方主點(diǎn)到物方焦點(diǎn)像方焦截距由系統(tǒng)最后一面頂點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦截距由系統(tǒng)第一面頂點(diǎn)到物方焦點(diǎn)名稱符號(hào)符號(hào)規(guī)則物距L由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)像距L′由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)曲率半徑r由球面頂點(diǎn)算起到球心間隔或厚度d由前一面頂點(diǎn)算起到下一面頂點(diǎn)入射角I由光線起轉(zhuǎn)到法線出射角I′由光線起轉(zhuǎn)到法線物方孔徑角U由光軸起轉(zhuǎn)到光線像方孔徑角U′由光軸起轉(zhuǎn)到光線物高y由光軸起到軸外物點(diǎn)像高y′由光軸起到軸外像點(diǎn)光線投射高h(yuǎn)由光軸起到光線在球面的投射點(diǎn)像方焦距f′由像方主點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦距f由物方主點(diǎn)到物方焦點(diǎn)像方焦截距由系統(tǒng)最后一面頂點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦截距由系統(tǒng)第一面頂點(diǎn)到物方焦點(diǎn)名稱符號(hào)符號(hào)規(guī)則物距L由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)像距L′由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)曲率半徑r由球面頂點(diǎn)算起到球心間隔或厚度d由前一面頂點(diǎn)算起到下一面頂點(diǎn)入射角I由光線起轉(zhuǎn)到法線出射角I′由光線起轉(zhuǎn)到法線物方孔徑角U由光軸起轉(zhuǎn)到光線像方孔徑角U′由光軸起轉(zhuǎn)到光線物高y由光軸起到軸外物點(diǎn)像高y′由光軸起到軸外像點(diǎn)光線投射高h(yuǎn)由光軸起到光線在球面的投射點(diǎn)像方焦距f′由像方主點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦距f由物方主點(diǎn)到物方焦點(diǎn)像方焦截距由系統(tǒng)最后一面頂點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦截距由系統(tǒng)第一面頂點(diǎn)到物方焦點(diǎn)名稱符號(hào)符號(hào)規(guī)則物距L由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)像距L′由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)曲率半徑r由球面頂點(diǎn)算起到球心間隔或厚度d由前一面頂點(diǎn)算起到下一面頂點(diǎn)入射角I由光線起轉(zhuǎn)到法線出射角I′由光線起轉(zhuǎn)到法線物方孔徑角U由光軸起轉(zhuǎn)到光線像方孔徑角U′由光軸起轉(zhuǎn)到光線名稱符號(hào)符號(hào)規(guī)則物距L由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)像距L17名稱符號(hào)符號(hào)規(guī)則物距L由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)像距L′由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)曲率半徑r由球面頂點(diǎn)算起到球心間隔或厚度d由前一面頂點(diǎn)算起到下一面頂點(diǎn)入射角I由光線起轉(zhuǎn)到法線出射角I′由光線起轉(zhuǎn)到法線物方孔徑角U由光軸起轉(zhuǎn)到光線像方孔徑角U′由光軸起轉(zhuǎn)到光線物高y由光軸起到軸外物點(diǎn)像高y′由光軸起到軸外像點(diǎn)光線投射高h(yuǎn)由光軸起到光線在球面的投射點(diǎn)像方焦距f′由像方主點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦距f由物方主點(diǎn)到物方焦點(diǎn)像方焦截距由系統(tǒng)最后一面頂點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦截距由系統(tǒng)第一面頂點(diǎn)到物方焦點(diǎn)名稱符號(hào)符號(hào)規(guī)則物距L由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)像距L′由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)曲率半徑r由球面頂點(diǎn)算起到球心間隔或厚度d由前一面頂點(diǎn)算起到下一面頂點(diǎn)入射角I由光線起轉(zhuǎn)到法線出射角I′由光線起轉(zhuǎn)到法線物方孔徑角U由光軸起轉(zhuǎn)到光線像方孔徑角U′由光軸起轉(zhuǎn)到光線物高y由光軸起到軸外物點(diǎn)像高y′由光軸起到軸外像點(diǎn)光線投射高h(yuǎn)由光軸起到光線在球面的投射點(diǎn)像方焦距f′由像方主點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦距f由物方主點(diǎn)到物方焦點(diǎn)像方焦截距由系統(tǒng)最后一面頂點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦截距由系統(tǒng)第一面頂點(diǎn)到物方焦點(diǎn)名稱符號(hào)符號(hào)規(guī)則物距L由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)像距L′由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)曲率半徑r由球面頂點(diǎn)算起到球心間隔或厚度d由前一面頂點(diǎn)算起到下一面頂點(diǎn)入射角I由光線起轉(zhuǎn)到法線出射角I′由光線起轉(zhuǎn)到法線物方孔徑角U由光軸起轉(zhuǎn)到光線像方孔徑角U′由光軸起轉(zhuǎn)到光線物高y由光軸起到軸外物點(diǎn)像高y′由光軸起到軸外像點(diǎn)光線投射高h(yuǎn)由光軸起到光線在球面的投射點(diǎn)像方焦距f′由像方主點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦距f由物方主點(diǎn)到物方焦點(diǎn)像方焦截距由系統(tǒng)最后一面頂點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦截距由系統(tǒng)第一面頂點(diǎn)到物方焦點(diǎn)名稱符號(hào)符號(hào)規(guī)則物高y由光軸起到軸外物點(diǎn)像高y′由光軸起到軸外像點(diǎn)光線投射高h(yuǎn)由光軸起到光線在球面的投射點(diǎn)像方焦距f′由像方主點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦距f由物方主點(diǎn)到物方焦點(diǎn)像方焦截距由系統(tǒng)最后一面頂點(diǎn)到像方焦點(diǎn)物方焦截距由系統(tǒng)第一面頂點(diǎn)到物方焦點(diǎn)名稱符號(hào)符號(hào)規(guī)則物距L由球面頂點(diǎn)算起到光線與光軸的交點(diǎn)像距L18光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)19光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)20光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)式中，c為曲面頂點(diǎn)的曲率，K為二次曲面系數(shù)，a4,a6,a8,a10,a12為高次非曲面系數(shù)。光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)式中，c為曲面頂點(diǎn)的曲率，K為二次曲面系數(shù)21表1-1二次曲面面型K值K<0K=00<K<1K=1K>1面形雙曲面拋物面橢球面球面扁球面不同的面形，對(duì)應(yīng)不同的面形系數(shù)，例如球面：K＝1，a4=a6=a8=a10=a12=0二次曲面：K≠1，a4=a6=a8=a10=a12=0表1-1二次曲面面型K值K<0K=00<K<1K=1K>122如果系統(tǒng)中有光闌，則把光闌作為系統(tǒng)中的一個(gè)平面來處理。指定波長光線的折射率n。選擇3～5個(gè)波長。用人眼觀察的目視光學(xué)儀器采用C(656.28nm)，D(589.30nm)，F(xiàn)(486.13nm)3種波長；用感光底片接收的照相機(jī)鏡頭，則采用C，D，g(435.83nm)這3種波長。如果系統(tǒng)中有光闌，則把光闌作為系統(tǒng)中的一個(gè)平面來處理。23物距L物高y或視場(chǎng)角ω物方孔徑角正弦(sinU)或光束孔徑高(h)孔徑光闌或入瞳位置漸暈系數(shù)或系統(tǒng)中每個(gè)面的通光半徑光學(xué)特性參數(shù)物距L光學(xué)特性參數(shù)24代表從系統(tǒng)第一面頂點(diǎn)O1到物平面A的距離。物平面位在無限遠(yuǎn)時(shí)，用L＝0代表物距代表從系統(tǒng)第一面頂點(diǎn)O1到物平面A的距離。物距25物高y或視場(chǎng)角ω

成像范圍：當(dāng)物平面位在有限距離時(shí)，用物高y表示

物平面位在無限遠(yuǎn)時(shí)，用視場(chǎng)角ω表示。物高y或視場(chǎng)角ω

成像范圍：當(dāng)物平面位在有限距離時(shí)，用物高26物方孔徑角正弦(sinU)或光束孔徑高(h)物平面位在有限距離時(shí)，光束孔徑用軸上點(diǎn)邊緣光線和光軸夾角U的正弦(sinU)表示；當(dāng)物平面位在無限遠(yuǎn)時(shí)則用軸向平行光束的邊緣光線孔徑高(h)表示。物方孔徑角正弦(sinU)或光束孔徑高(h)27軸外物點(diǎn)必須給定入瞳或孔徑光闌的位置。入瞳位置用從第一面頂點(diǎn)到入瞳面的距離lz表示如果給出孔徑光闌，則把光闌作為系統(tǒng)中的一個(gè)面處理，并指出哪個(gè)面是系統(tǒng)的孔徑光闌。軸外物點(diǎn)必須給定入瞳或孔徑光闌的位置。28 軸外光束的寬度比軸上點(diǎn)光束的寬度小，這種現(xiàn)象叫做“漸暈”。漸暈系數(shù)或系統(tǒng)中每個(gè)面的通光半徑為保證軸外點(diǎn)的成像質(zhì)量，把軸外子午光束的寬度適當(dāng)減??；從系統(tǒng)外形尺寸上考慮。兩種方式：一種是漸暈系數(shù)法；另一種是給出系統(tǒng)中每個(gè)通光孔的實(shí)際通光半徑。 軸外光束的寬度比軸上點(diǎn)光束的寬度小，這種現(xiàn)象叫做“漸暈”。29光學(xué)設(shè)計(jì)第一章ppt課件303.幾何像差定義光學(xué)系統(tǒng)的色差軸向色差垂軸色差

3.幾何像差定義光學(xué)系統(tǒng)的色差31軸向色差C和F兩種波長光線的理想像平面間的距離來表示近軸位置色差，也稱為近軸軸向色差軸向色差C和F兩種波長光線的理想像平面間的距離來表示近軸位置32垂軸色差基準(zhǔn)像面選定為中心波長的理想像平面垂軸色差基準(zhǔn)像面選定為中心波長的理想像平面33軸上像點(diǎn)的單色像差--球差

不同口徑光線和光軸交點(diǎn)到理想像面的距離軸上像點(diǎn)的單色像差--球差34球差的表示方法

大口徑邊緣光線對(duì)距系統(tǒng)最后一面的距離近軸（理想）像點(diǎn)位置符號(hào)規(guī)則：由理想像點(diǎn)計(jì)算到實(shí)際光線交點(diǎn)球差的表示方法大口徑邊緣光線對(duì)距系統(tǒng)最后一面的距離近軸（理35三、存在球差時(shí)的像點(diǎn)形狀

ⅠⅡⅢ最小彌散圓三、存在球差時(shí)的像點(diǎn)形狀ⅠⅡⅢ最小彌散圓36軸外像點(diǎn)的單色像差子午面：主光線與光軸決定的平面弧矢面：過主光線與子午面垂直的平面軸外像點(diǎn)的單色像差子午面：主光線與光軸決定的平面弧矢面：過主37一.子午像差

子午光線對(duì)子午光線對(duì)交點(diǎn)子午光線對(duì)交點(diǎn)與理想像平面不重合同樣，子午光線對(duì)交點(diǎn)與主光線不重合一.子午像差子午光線對(duì)子午光線對(duì)交點(diǎn)子午光線對(duì)交點(diǎn)與理想像38子午場(chǎng)曲:子午光線對(duì)交點(diǎn)到理想像面的距離孔徑選取：(±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)hm子午彗差：子午光線對(duì)交點(diǎn)到主光線的距離視場(chǎng)選取：(±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)ω子午場(chǎng)曲:子午光線對(duì)交點(diǎn)到理想像面的距離孔徑選?。?±39孔徑選?。?±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)hm細(xì)光束子午場(chǎng)曲：子午細(xì)光線對(duì)交點(diǎn)到理想像面的距離軸外子午球差

：子午寬光束交點(diǎn)到細(xì)光束交點(diǎn)的距離視場(chǎng)選?。?±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)ω孔徑選取：(±1，±0.85,±0.7071,±40二.弧矢像差弧矢光線對(duì)弧矢光線對(duì)交點(diǎn)弧矢光線對(duì)交點(diǎn)與理想像平面不重合同樣，弧矢光線對(duì)交點(diǎn)與主光線不重合二.弧矢像差弧矢光線對(duì)弧矢光線對(duì)交點(diǎn)弧矢光線對(duì)交點(diǎn)與理想像平41弧矢場(chǎng)曲:弧矢光線對(duì)交點(diǎn)到理想像面的距離孔徑選?。?±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)hm弧矢彗差：弧矢光線對(duì)交點(diǎn)到主光線的距離視場(chǎng)選取：(±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)ω弧矢場(chǎng)曲:弧矢光線對(duì)交點(diǎn)到理想像面的距離孔徑選?。?±42孔徑選?。?±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)hm細(xì)光束弧矢場(chǎng)曲：弧矢細(xì)光線對(duì)交點(diǎn)到理想像面的距離軸外弧矢球差

：弧矢寬光束交點(diǎn)到細(xì)光束交點(diǎn)的距離視場(chǎng)選?。?±1，±0.85,±0.7071,±0.5,±0.3)ω孔徑選取：(±1，±0.85,±0.7071,±43正弦差：彗差與像高的比值像散：畸變：成像光束主光線實(shí)際像高和理想像高之差平均場(chǎng)曲：

正弦差：彗差與像高的比值像散：畸變：成像光束主光線實(shí)際像高和44像點(diǎn)形狀及特性：球差

ⅠⅡⅢ最小彌散圓像點(diǎn)形狀及特性：球差ⅠⅡⅢ最小彌散圓45光學(xué)設(shè)計(jì)第一章ppt課件46像差形狀及特性二.彗差弧矢彗差大約等于子午彗差的三分之一光學(xué)系統(tǒng)有彗差時(shí)像點(diǎn)的形狀如彗星像差形狀及特性二.彗差47三.像散像差形狀及特性子午焦線弧矢焦線在子午焦線處，得到水平焦線在弧矢焦線處，得到垂直焦線在兩焦線之間，為橢圓四.場(chǎng)曲若存在場(chǎng)曲，像面不是平面，是一個(gè)曲面三.像散像差形狀及特性子午焦線在子午焦線處，得到水平焦線四.48畸變

像的大小和理想想高不等畸變不影響像的清晰只影響像的變形如果實(shí)際像高小于理想像高：桶形畸變?nèi)绻麑?shí)際像高大于理想像高：鞍形畸變畸變和視場(chǎng)的三次方成正比畸變像的大小和理想想高不等如果實(shí)際像高小于理想像高494.垂軸像差子午垂軸像差4.垂軸像差子午垂軸像差50弧矢垂軸像差弧矢垂軸像差51高級(jí)像差在像差理論研究中，把像差與y，h的關(guān)系用冪級(jí)數(shù)形式表示，最低次冪對(duì)應(yīng)的像差稱為初級(jí)像差，而較高次冪對(duì)應(yīng)的像差稱為高級(jí)像差高級(jí)像差在像差理論研究中，把像差與y，h的關(guān)系用冪級(jí)數(shù)形式521)剩余球差

2)子午視場(chǎng)高級(jí)球差 3)弧矢視場(chǎng)高級(jí)球差 4)全視場(chǎng)0.7071孔徑剩余子午彗差 5)全孔徑0.7071視場(chǎng)剩余子午彗差 6)剩余細(xì)光束子午場(chǎng)曲 7)剩余細(xì)光束弧矢場(chǎng)曲 8)色球差 9)剩余垂軸色差1)剩余球差53一個(gè)系統(tǒng)在像差校正完成以后，成像質(zhì)量的好壞就在于其高級(jí)像差的大小。像差校正完成以后，如果各種高級(jí)像差能夠合理地平衡或匹配，則成像質(zhì)量會(huì)有所提高。因此，在像差校正的后期，初級(jí)像差已經(jīng)校正的情況下，為了使系統(tǒng)的成像質(zhì)量更好，就要求對(duì)高級(jí)像差進(jìn)行平衡。高級(jí)像差的平衡是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，使用者可參考有關(guān)書籍。一個(gè)系統(tǒng)在像差校正完成以后，成像質(zhì)量的好壞就在于其545.幾何像差的曲線表示系統(tǒng)的標(biāo)志數(shù)Nc，Ns，Np，Nas，F(xiàn)’ideal特性參數(shù)L，ω(y)，h(sinU)

結(jié)構(gòu)參數(shù)

r1，d1(-lZ)，n1，na1，nb1r2，d2(-lZ)，n2，na2，nb2rNs，dNs，nNs，naNs，nbNsrNs+1，dNs+1，nNs+1，naNs+1，nbNs+1非球面系數(shù)NO1，K1，a4.1，a6.1，a8.1，a10.1，a12.1NO2，K2，a4.2，a6.2，a8.2，a10.2，a12.2NONas，KNas，a4.Nas，a6.Nas，a8.Nas，a10.Nas，a12.Nas其它附加數(shù)據(jù)5.幾何像差的曲線表示系統(tǒng)的標(biāo)志數(shù)Nc，Ns，Np，Na55舉例：計(jì)算如圖所示系統(tǒng)的像差

系統(tǒng)光學(xué)特性為

L=∞ω=-18°h=10

系統(tǒng)的主要近軸參數(shù)為

f′=40.111lF′=28.269y′=13.42

舉例：計(jì)算如圖所示系統(tǒng)的像差

系統(tǒng)光學(xué)特性為

L=∞56軸上點(diǎn)像差1.0h0.85h0.7h0.5h0.3h0.0h

δL′ 0.01632-0.03319-0.04516-0.03377-0.014510SC′-0.00048-0.00036-0.00026-0.00014-0.000050δLg′0.082030.021280.002620.008080.024160.03704δLC′0.050590.00044-0.01213-0.001440.017400.03169ΔL’gC0.031430.02084

0.01476

0.00952

0.006760.00535軸上點(diǎn)像差1.0h0.85h0.57軸外細(xì)光束像差1.0ω0.85ω0.7ω0.5ω0.3ωδyz′-0.11120-0.07304-0.04409-0.01634-0.00363xt′-0.06395-0.018260.000680.006050.00373xs′-0.03940-0.05270-0.05038-0.03363-0.01390Xts-0.024550.034440.051060.039680.01763ΔygC0.00445-0.00241-0.00565-0.00655-0.00484

軸外細(xì)光束像差1.0ω0.85ω058軸外寬光束像差1.0ω0.85ω0.7ω0.5ω0.3ωδLT1·h0.394840.373380.314590.198270.08993KT1·h-0.00666-0.00857-0.00941-0.00647-0.00595δL’T·7h0.110690.095540.069420.02327-0.01802KT·7h-0.01040-0.00878-0.00712-0.00448-0.00278δL’S1·h0.633990.458240.320020.167160.07041KS1·h-0.03192-0.02101-0.01343-0.00601-0.00258軸外寬光束像差1.0ω0.85ω59子午垂軸像差+1.0h+0.85h+0.7h+0.5h+0.3h0-0.3h-0.5h-0.7h-0.85h-1.0h1.0ω0.070630.01823-0.00285-0.00980-0.006480.0.00082-0.00390-0.01795-0.03942-0.083940.85ω0.076170.025180.00411-0.00423-0.003080.-0.000154-0.00700-0.02166-0.04446-0.093310.7ω0.067670.022990.00485-0.00224-0.001560.-0.00207-0.00663-0.01908-0.03976-0.086500.5ω0.044790.012510.00065-0.00252-0.001060.-0.00132-0.00319-0.00961-0.02306-0.057720.3ω0.01795-0.00056-0.00532-0.00389-0.001170.-0.000160.00062-0.00024-0.00701-0.029840ω0.00420-0.00720-0.00809-0.00425-0.001090.0.001090.004250.008090.00720-0.00420子午垂軸像差+1.0h+0.85h60弧矢垂軸像差

1.0ω0.85ω0.7ω0.5ω0.3ωδys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′1.0h-0.031920.14715-0.021010.10156-0.013430.06814-0.006010.03407-0.002580.01450δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′0.85h-0.022280.07163-0.014700.04467-0.009430.02574-0.004350.00747-0.00186-0.00231δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′0.7h-0.015250.03248-0.010110.01698-0.006530.00679-0.00311-0.00215-0.00134-0.00628δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′0.5h-0.007630.00675-0.005100.00070-0.00333-0.00257-0.00164-0.00447-0.00072-0.00456δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′δys′δzs′0.3h-0.00276-0.00066-0.00186-0.00258-0.00122-0.00317-0.00061-0.00277-0.00027-0.00183弧矢垂軸像差1.0ω61像差曲線像差曲線62垂軸像差曲線垂軸像差曲線63理想成像：球面波波像差實(shí)際波面和理想波面之間的光程差6.用波像差評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量理想成像：6.用波像差評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量64用波像差評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量01234567891010-1.479-1.470-1.4369-1.444-1.454-1.480-1.506-1.4998-1.165-1.186-1.246-1.334-1.433-1.503-1.4797-0.820-0.844-0.917-1.034-1.186-1.350-1.480-1.4946-0.507-0.530-0.601-0.722-0.893-1.101-1.318-1.480-1.4795-0.271-0.290-0.351-0.461-0.625-0.844-1.101-1.350-1.5034-0.120-0.134-0.181-0.271-0.416-0.625-0.893-1.186-1.433-1.4993-0.040-0.049-0.081-0.149-0.271-0.461-0.722-1.034-1.334-1.5062-0.008-0.013-0.032-0.081-0.181-0.351-0.601-0.917-1.246-1.480-1.4361-0.001-0.002-0.013-0.049-0.134-0.290-0.530-0.844-1.186-1.454-1.47000.000-0.001-0.008-0.040-0.120-0.271-0.507-0.820-1.165-1.444-1.479-1-0.001-0.002-0.013-0.049-0.134-0.290-0.530-0.844-1.186-1.454-1.470-2-0.008-0.013-0.032-0.081-0.181-0.351-0.601-0.917-1.246-1.480-1.436-3-0.040-0.049-0.081-0.149-0.271-0.461-0.722-1.034-1.334-1.506-4-0.120-0.134-0.181-0.271-0.416-0.625-0.893-1.186-1.433-1.499-5-0.271-0.290-0.351-0.461-0.625-0.844-1.101-1.350-1.503-6-0.507-0.530-0.601-0.722-0.893-1.101-1.318-1.480-1.479-7-0.820-0.844-0.917-1.034-1.186-1.350-1.480-1.494-8-1.165-1.186-1.246-1.334-1.433-1.503-1.479-9-1.444-1.454-1.480-1.506-1.499-10-1.479-1.470-1.436用波像差評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量065光學(xué)設(shè)計(jì)第一章ppt課件66光學(xué)設(shè)計(jì)第一章ppt課件67中央亮斑直徑由于衍射像有一定大小，如果兩個(gè)像點(diǎn)之間距離太短，就無法分辨兩個(gè)像點(diǎn)，我們把兩個(gè)衍射像點(diǎn)之間所能分辨的最小間隔稱為理想光學(xué)系統(tǒng)的衍射分辨率。中央亮斑直徑由于衍射像有一定大小，如果兩個(gè)像點(diǎn)之間距離太短，68由于衍射像有一定大小，如果兩個(gè)像點(diǎn)之間距離太短，就無法分辨兩個(gè)像點(diǎn)，我們把兩個(gè)衍射像點(diǎn)之間所能分辨的最小間隔稱為理想光學(xué)系統(tǒng)的衍射分辨率。由于衍射像有一定大小，如果兩個(gè)像點(diǎn)之間距離太短，就無法分辨兩69瑞利判據(jù)：兩像點(diǎn)間能夠分辨的最短距離約等于中央亮斑半徑理想光學(xué)系統(tǒng)衍射分辨率公式對(duì)比度：瑞利判據(jù)：兩像點(diǎn)間能夠分辨的最短距離約等于中央亮斑半徑理想光70瑞利判據(jù)道斯判據(jù)斯派羅判據(jù)瑞利判據(jù)71各類光學(xué)系統(tǒng)分辨率的表示方法望遠(yuǎn)鏡分辨率用能分辨開的兩物點(diǎn)對(duì)物鏡張角表示各類光學(xué)系統(tǒng)分辨率的表示方法望遠(yuǎn)鏡分辨率用能分辨開的兩物點(diǎn)72望遠(yuǎn)鏡分辨率測(cè)量望遠(yuǎn)鏡分辨率測(cè)量73照相系統(tǒng)分辨率用像平面上每毫米能分辨開的線對(duì)數(shù)N表示照相系統(tǒng)分辨率用像平面上每毫米能分辨開的線對(duì)數(shù)N表示74照相系統(tǒng)分辨率測(cè)量照相系統(tǒng)分辨率測(cè)量75顯微鏡分辨率用物平面上剛能分辨開的兩個(gè)物體間的最短距離表示顯微鏡分辨率用物平面上剛能分辨開的兩個(gè)物體間的最短距離76望遠(yuǎn)鏡的有效放大率：望遠(yuǎn)鏡衍射分辨率望遠(yuǎn)鏡視角分辨率望遠(yuǎn)鏡的有效放大率：望遠(yuǎn)鏡衍射分辨率望遠(yuǎn)鏡視角分辨率77D’=2.3時(shí)對(duì)應(yīng)的視放大率稱為有效放大率D’=2.3時(shí)對(duì)應(yīng)的視放大率稱為有效放大率788.光學(xué)傳遞函數(shù)一、概述對(duì)光學(xué)系統(tǒng)使用者來說，希望提高系統(tǒng)的分辨率，因此通常提出分辨率的指標(biāo)對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來說，設(shè)計(jì)階段無法計(jì)算出系統(tǒng)預(yù)期能達(dá)到的分辨率，只能計(jì)算出幾何像差或波像差，像差越小，系統(tǒng)預(yù)期分辨率越高；但它們之間沒有簡(jiǎn)單的數(shù)量關(guān)系，只能靠試制樣品并測(cè)量得出分辨率。因此需要靠設(shè)計(jì)－試制－測(cè)試反復(fù)多次才能達(dá)到要求。即便分辨率滿足要求，也不能充分反映系統(tǒng)的成像質(zhì)量，它反映的僅僅是系統(tǒng)能分辨的極限空間頻率，并不能反映在可分辨的空間頻率范圍內(nèi)所有頻率的物像之間對(duì)比度和位相的變化。8.光學(xué)傳遞函數(shù)一、概述對(duì)光學(xué)系統(tǒng)使用者來說，希望提高系79光學(xué)傳遞函數(shù)是目前公認(rèn)的最能充分反映系統(tǒng)實(shí)際成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠全面、定量反映光學(xué)系統(tǒng)的衍射和像差所引起的綜合效應(yīng)，并且可以根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)直接計(jì)算出來在設(shè)計(jì)階段就可以準(zhǔn)確地預(yù)計(jì)到制造出來的光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量按照幾何光學(xué)的觀點(diǎn)來近似計(jì)算地光學(xué)傳遞函數(shù)稱為幾何光學(xué)傳遞函數(shù)；根據(jù)波動(dòng)光學(xué)按衍射效應(yīng)計(jì)算的光學(xué)傳遞函數(shù)稱為物理光學(xué)傳遞函數(shù)光學(xué)傳遞函數(shù)是目前公認(rèn)的最能充分反映系統(tǒng)實(shí)際成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)指80圖像的合成與分解分解方法把物面分解成無數(shù)個(gè)物點(diǎn)，分別通過系統(tǒng)成無數(shù)個(gè)像點(diǎn)，即δ函數(shù)，然后在像面上合成，就得到了像2.傅立葉方法：將物面的光強(qiáng)度分布分解成頻率，振幅和位相不同的余弦函數(shù)，分別通過光學(xué)系統(tǒng)以后，這些分布仍然是余弦函數(shù)，只是初位相和振幅發(fā)生了變化，再將這些余弦函數(shù)合成，即可得到像