光学设计考点总结

i p 一.球差

轴上物点发出的光束，经光学系统以后，与光轴夹不同角度的光线交光轴于不同位置，因此，在像面上形成一个圆形弥散斑，这就是球差。

二．色球差

F 光的球差和 C 光的球差之差，称为色球差，该差值也等于边缘光和近轴光色差之差。

三.波像差

对于实际的光学系统，由于像差的存在，经光学系统形成的波面已不是球面， 这种实际波面相对于理想球面波的偏离就是波像差。

四.点列图

由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，称为点列图。

五.单个折射球面的三个无球差点

单个折射球面的三对无球差点位置是（球心处、顶点处、齐明点处）

六.光学传递函数

将物的亮度分布函数展开为傅里叶级数或傅里叶积分，将光学系统对各种频率的正弦光栅的传递和反应能力作为像质评价指标，称为光学传递函数。其曲线与坐标轴所围的面积等于中心点亮度，还可以通过 MTF 曲线下降速度的快慢来评价光学系统成像质量，下降越慢，成像质量越好。

七

子午平面：包含物点和光轴的平面

弧矢面：包含主光线并与子午平面垂直的面

八

7 种像差哪些与孔径有关，哪些与视场有关，哪些与两者都有关？

仅与孔径有关的像差有：球差、位置色差；

仅与视场有关的像差有：像散、场曲、畸变、倍率色差；

与视场和孔径都有关系的有：彗差

九.二级光谱

消色差系统只能对二种色光校正位置色差，它们的公共焦点或像点相对于中间色光的焦点 或像点仍有偏离，这种偏离称为二级光谱。

如果光学系统已对两种色光校正了位置色差，这两种色光的公共像点相对于第三种色光的像点位置仍有差异，该差异称为二级光谱。

十.解释五种赛德和数

第一塞得和数∑ S

І 也称为初级球差系数，用来表征初级球差。 ∑ S І

=∑luni (i - i ')(i '- u ) 第二塞得和数∑ S п 也称为初级彗差系数，用来表征初级彗差。

∑ S ц =∑ S 1 i

第三塞得和数∑ S ш 也称为初级像散系数，用来表征初级像散。

p ∑ i ⎛ i ⎫2

∑ S =∑ S

p =∑ S ⎪ ш п i ⎝ i ⎭

第四塞得和数∑

S IV 也称为匹兹凡和，决定的曲面称为匹兹凡面，用来表征匹兹凡

面弯曲。 ∑ S IV =J 2 n '- n n ' nr

第五塞得和数∑ S V 用来表征初级畸变。

∑ S =∑(S

i + S ) p V

III IV i

十一.

子午场曲：某一视场的子午像点相对于高斯像面的距离称为子午像面弯曲，简称子午场曲。

弧矢场曲：某一视场的弧矢像点相对于高斯像面的距离称为弧矢像面弯曲，简称弧矢场曲。

十二.像差容限

像差容限：根据瑞利判断，当系统的最大波像差小于时，认为系统像质是完善的， 当系统满足这一要求时，各像差的最大允许值称为像差容限。

十三.论述像质评价的几种方法

（1）斯特列尔判断

光学系统有像差时，衍射图样中心亮斑（艾里斑）占有的光强度要比理想成像时有所下降，两者的光强度比称为 Strehl 强度比，又称为中心点亮度，以 S.D.表示。Strehl 判断认为，中心点亮度 S.D.大于等于 0.8 时，系统是完善的。

（2）瑞利判据

实际波面与参考球面之间的最大偏离量，即波像差不超过 1/4 波长时，此实际波面可认为是无缺陷的。

（3）分辨率

能被光学系统分辨开的两个物点之间的最小距离，称为光学系统的分辨率或分辨本领。

一个点的衍射图中心与另一个点的衍射图的第一暗环重合时，正好是这两个点能分辨开的界限。这时两个衍射图的合成光强分布曲线中，两个极大值与中间极小值之比为 1:0.735，与光能接收器能分辨的亮度差别相当。

（4）点列图

有一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成一个散步在一定范围的弥散图形，称为点列图。在大像差系统的点列图中，点的分布能近似的代表点像的能量分布，因此点列图中点的密集程度可以衡量系统成像质量的优劣。

（5）光学传递函数

将物的亮度分布函数展开为傅里叶级数或傅里叶积分，将光学系统对各种频率的正弦光栅的传递和反应能力作为像质评价指标，称为光学传递函数。其曲线与坐标轴所围的面积等于中心点亮度，还可以通过 MTF 曲线下降速度的快慢来评价光学系统成像质量，下降越慢，成像质量越好。 І

∞ ∞ ∞ 十四.论述光学系统设计基本过程

首先，根据光学系统的性能参数和像差要求选定合适的结构模式，例如单透镜、双胶合透镜、透镜组等。然后求解初始结构参数，方法有依据初始像差理论的 P 、W 法、查阅文献、依据经验等。然后对像差进行优化，一般来说镜片的曲率都可以设为变量，其中有些系统会有焦距要求，则可以根据孔径大小设置 F 数。光学系统一般还会对玻璃厚度、间隔厚度有要求，有时还会要求整体系统长度， 对于前两者可以在默认评价函数里设置，对于整体长度可以根据 TTHI 操作数来设置。由此可以进行进行优化，默认优化函数可以选择光斑大小或者波前。在此优化后可以观察 3D 图、光斑图、光程差图、MTF 曲线图、网格图等查看优化效果，根据效果可以针对的插入操作数进行优化，常用的操作数有球差 SPHA 、彗差

COMA 、像散 ASTI 、轴向色差 AXCL 、垂轴色差 LACL 、场曲 FCUR 、畸变 DIST 等。此外还可以对镜片材料进行锤子优化，经过多次优化改进，最终达到光学系统要求。 十五.论述利用 pw 法求解双胶合薄透镜初始结构的基本过程。

首先在双胶合薄透镜组的结构参数中确定独立结构参数从而求出相应的 ∞ ∞ 薄透镜曲率半径。进而求出 P ,W 和C I 。当由 P 、W 和 C I 求出 P ,W 和C I 后, 可按下述步骤求解双胶合薄透镜组的初始结构参数：

∞ ∞ 1、由 P ,W ，求出 P 0；

2、由 P 0 和查表找出所需要的玻璃组合，再查表按所选玻璃组合找到ϕ1、Q 0、 P 0、W 0 等；

∞ ∞ 3、由式分别计算出满足 P 和W 的形状因子 Q ：

W -W Q 1,2 = Q 0

Q = Q + 0 3 0 K

前式如果有两个解，则取其中与 Q 3 接近的一个作为所求的 Q 值；如果只有一个 ∞

解，即为所求；如果没有解，则表明所选玻璃组合不能满足 P 的需要，一般需 要重新选择玻璃组合。

4、由 Q 值按式求解规化曲率ρ1、ρ2、ρ3；

5、由规化曲率求解实际曲率半径： r 1 = f ' / ρ 十六.相对孔径，入瞳直径，与焦距三者之间的关系

相对孔径=入瞳直径/焦距

十七. 一双胶合薄透镜组，若 CI=0，则 CII=0

十八. zemax 操作数 EFFL 代表什么?（有效焦距）

十九.若光阑与相接薄透镜重合时可消除的单色像差为（畸变）

二十.出瞳距：光学系统最后一个面顶点到系统出瞳之间的距离，称为出瞳距。二十一.比较冕牌玻璃与火石玻璃阿贝数大小

冕牌玻璃与火石玻璃相比，冕牌玻璃的折射率较 小 ，阿贝常数较 大 。二十二.像差概念

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