光学设计作业.docx

光学设计作业.docx目录
光学系统像质评价方法 1
几何像差 1
1. 1. 1 色差 2
轴上像点的单色像差 3
轴外像点的单色像差 4
1. 1. 4 正弦差、像散、畸变 6
垂轴像差 6
光学自动设计方法 8
光学自动设计程序的数学过程 8
阻尼最小二乘法光学自动设计程序 10
适应法光学自动设计程序 12
望远镜 15
望远镜物镜设计 15
1. 1 选择初始结构 15
1. 2 优化 16
望远镜目镜设计 16
. 1 参数计算 17
选择初始系统： 17
3. 2. 3 优化 18
物镜目镜组合 19
照相物镜设计 21
1 选择初始结构 21
2 优化 22
变焦系统设计 24
1光学系统像质评价方法
要求：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。
任何一个光学系统都不可能理想成像，因此存在一个光学系统成像质量优劣 的评价问题，从不同的角度出发会得到不同的像质评价指标。
在检测阶段的像质评价指标有星点检测、分辨率检测。
在设计阶段的像质评价指标，可以分为以下两类：1、几何光学方法，包括 几何像差、波像差、点列图和几何光学传递函数。2、物理光学方法，包括点扩 散函数、相对中心光强、物理光学传递函数。

r色差v
L轴向色差
几何像差5
像散
畸变
轴—球差
（弧矢
正弦差 单色像差〈
轴外
细光束弧矢场曲
弧矢球差
弧矢场曲
弧矢慧差
细光束子午场曲
子午球差
子午场曲
图1-1几何像差的分类

光波实际上是波长为400〜760nm的电磁波，不同波长的光在真空中传播的 速度都是光速，但在介质中的传播速度随波长而改变，由n=c/v可知，光学系统 中介质对不同波长的光的折射率不同。薄透镜的焦距公式为：
1 （11、
—=-
f Vi ri）
由于折射率n随波长的不同而变化，因此焦距广也随之变化。当对无限远 的轴上物体成像时，不同颜色光线所成像的位置也就不同。我们把不同颜色光线 理想像点位置之差称为近轴位置色差，通常用C和F两种波长光线的理想像平 面间的距离来表示近轴位置色差，也成为近轴轴向色差。若"和八分别表示f 与C两种波长光线的近轴像距，则近轴轴向色差山氏为：
△?FC =厶—（C
当焦距广随波长改变时，像高W也随之改变，不同颜色光线所成的像高也 不一样。这种像的大小的差异称为垂轴色差，它代表不同颜色光线的主光线和同 一基准像面交点高度（即实际像高）之差。通常这个基准像面选定为中心波长的 理想像平面。若“F和Vzc分别表示F和C两种波长光线的主光线在D光理想像 平面上的交点高度，则垂轴色差为:
△『FC = yZF ~ Vzc

轴上有限远同一物点发出的不同孔径的光线通过系统后不再交于一点，成像 不理想。为了表示这些对称光线在光轴方向的离散程度，采用不同孔径光线的聚 交点对理想像点的距离人久0、血礼85等等来表示，称为球差，用符号盪:表 示，兀的计算公式是:
8L = L'-r
式中，厶'代表一宽孔径高度光线的聚交点的像距；厂为近轴像点的像距。如果系
统理想成像，则所有出射光线均交于理想像点人，球差
况IX)=必 =
°；反之，球差值越大，成像质量越差。

轴外物点发出的通过系统的所有光线在像空间的聚交情况比轴上点复杂。为 了能够简化问题，同时又能定量地描述这些光线的弥散程度，从整个入射光束中 取两个相互垂直的平面光束，用这两个平面光束的结构来近似地代表整个光束的 结构。将系统的对称面称为子午面，如下图中的平面将过主光线与子 午面垂直的平面称为弧矢面，如下图中的平面
bd+d-平面。用来描述这两个平 面光束结构的几何参数分别成为子午像差和弧矢像差。

子午光线对通过系统后的所有光线都应交在理想像平面上的同一点。由于有 像差存在，光线对的交点既不在主光线上，也不在理想像平面上。为了表示这种 差异，我们用子午光线对的交点爲离理想像平面的轴向距离表示此光线对交 点偏离主光线的程度，成为“子午场曲”。如下图所示。用光线对交点凤离开主 光线的垂直距离Kt表示此光线对交点偏离主光线的程度，成为“子午彗差”。当 光线对对称地逐渐向主光线靠近，宽度趋于零时，它们的交点凤趋近于一点玄， 玄显然应该位于主光线上，它离开理想像平面的距离称为“细光束子午场曲”，用 “表示。不同宽度子午光线对的子午场曲和细光束子午场曲兀之差仅丁-兀）， 代表了细光束和宽光束交点前后位置的差。此差值成为“轴外