Eng
中文
 
首页 新闻资讯

光学设计基础:经验之谈

发布时间:2015-09-15

一、首先是几何光学基础

几何光学是光学设计的基础。要做光学设计必须懂得各种光学仪器成像原理,外形尺寸计算方法,了解各种典型光学系统的设计方法和设计过程。

实际光学系统大多由球面和平面构成。记住共轴球面系统光轴截面内光路计算的三角公式,了解公式中各参数的几何意义是必要的,具体公式可参考有关光学书籍,在此就不一一介绍了。对于平面零件有平面反射镜和棱镜,它们的主要作用多为改变光路方向,使倒像成为正像,或把白光分解为各种波长的单色光。

在光学系统中造成光能损失的原因有三点:透射面的反射损失、反射面的吸收损失和光学材料内部的吸收损失。

二、其次是象差理论

光学系统有七种初级象差:

球差

慧差

象散

场曲

畸变

位置色差

垂轴色差

三、然后是材料的选择和公差的分配

玻璃按下列各项质量指标分类和分级:

折射率和色散系数

同一批玻璃中,折射率及色散系数的一致性

光学均匀性

应力双折射

条纹度

气泡度

光吸收系数

四、最后要了解光学工艺

光学工艺大致分为切割,粗磨,精磨,抛光和磨边,最后还有镀膜和胶合。


望 远 物 镜

光学特性:

相对孔径不大:通常小于1/5。

视场较小: 通常不大于10°

像差校正:

根据望远物镜的光学特性,只需校正球差、彗差和轴向色差。

设计实例:(此天文望远物镜使用中国普通玻璃达到消色差。)


二维输出图形


色差曲线


MTF


目 镜

光学特性:

焦距短:通常在15~30mm左右。

相对孔径比较小:通常小于1/5。

视场角大: 通常不大于40°,广角目镜视场在60°左右,特广角镜可达100°

像差校正:

根据目镜的光学特性,一般不校正场曲,只是用像散进行补偿,所以实际上只校正像散、垂轴色差和彗差。

设计实例:


二维输出图形


MTF


显 微 物 镜

光学特性:

数值孔径:它决定了系统的衍射分辨率。

像差校正:

根据显微物镜的光学特性,主要校正球差、轴向色差和正弦差,特别是减小高级像差。

设计实例:


二维输出图形


MTF


照 相 物 镜

光学特性:

焦 距:根据顾客要求

相对孔径:根据顾客要求

视 场 角:根据顾客要求

在一定的成像质量要求下,照相物镜的这三个光学特性参数之间存在着相互制约的关系。在物镜结构的复杂程度大致相同的情况下,提高任意一个光学特性,都必然使其他两个光学特性降低。

像差校正:

根据照相物镜的光学特性,由于视场和相对孔径都比较大,所以七类像差都需要校正,而且在一定程度上也要校正高级像差。

设计实例:


二维输出图形


MTF


鱼 眼 镜 头

光学特性:

焦 距:根据顾客要求

相对孔径:根据顾客要求

视 场 角:根据顾客要求

像差校正:

根据鱼眼镜头的光学特性,由于视场很大,所以畸变是不可避免的存在。

设计实例:


二维输出图形


MTF


折 发 射 系 统

光学特性:

焦 距:根据顾客要求

相对孔径:根据顾客要求

视 场 角:根据顾客要求

在此类型的系统中存在中心遮拦。

像差校正:

一般用做望远物镜,象差校正与望远物镜类似。

设计实例:


二维输出图形


MTF


特 制 镜 头

光学特性:

焦距:根据顾客要求

相对孔径:根据顾客要求

视场 角:根据顾客要求

变倍倍率:根据顾客要求

像差校正:

根据变焦距物镜设计的基本要求,焦距在变化时,成像面的位置保持不变,各个所对应的成像质量应满足要求。

设计实例:


二维输出图形


MTF


非 球 面

光学特性:

引进非球面可以提高系统的相对孔径,扩大视场角,简化结构和改善成像质量等等。

像差校正:

非球面有利于校正除场曲外的各种单色象差。

设计实例:


二维输出图形


MTF



收起
展开