(整理)光学与光学设计讲义
光学设计光学PPT教案
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引起光感觉的最小亮 度和最低光出射角度
应用：隧道路灯照明
明适应的时间较短，通常为10-3 s-2 min 暗适应的时间较长，通常为20分钟到一个小时
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3 光度学基础
3.1 辐射度学与光度学 3.2 辐通量与光通量 3.3 发光强度 3.4 亮度 3.5 光出射度 3.6 照度 3.7 发光效率 3.8 各个物理量的关联
通量。 单位：流明/球面度（lm/sr）或坎德拉
（cd）。
Iv
d v d
坎德拉是国际单位制（SI）的基本单位，等于一个发射 频率5.4X1014Hz（555nm）的单色光，辐射强度为 1/683(W/sr)的光源的发光强度。
注意：发光强度的概念不能直接应用于不可看作为点
光源的众多光源。
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2 人的视觉
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视神经乳头
中央凹
（最敏感的地方）
黄斑
（密集着椎体细胞的 区域，颜色呈黄色）
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（ 盲视 点神 ）经
盘 （ 视 神 经 乳 头 ）
杆体细胞
锥体细胞
锥体与杆体细 胞的混合系统 双极细胞
神经节 细胞
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2 人的视觉
光线进入人眼的视网膜,杆状细胞和锥状细胞起作用。 杆体细胞和锥体细胞经电化学作用产生脉冲信号。 脉冲信号通过视神经传送到大脑。 从而产生视觉效应，使人们能看到物体。
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1.3.2 辐通量与光通量
International Commission on Illumination （国际照明委员会），简称 CIE
光学设计讲义
A -f
C
C Ab B
l
标尺像
十字丝
标尺
-l D
光学测距原理图
《光学设计-应用光学课程设计》
D l δ
由图中相似三角形关系，有：
于是：
所以有：
b -l- (-f ) -l- f - b -f f b -l - f f b
f 式中：k 称为乘常数，c = + f称为加常数。 为仪器转 b
d0 111.25 111.48 111.71 111.94
L=170 f2 -46.99 -57.57 -71.11 -89.20
f3 12.88 11.80 10.90 10.12
lF(l2) 58.75 58.56 58.28 58.06
l2 26.11 29.02 32.03 35.17
112.17 112.40
d0 117.80 118.04 118.26 118.52 118.76 119.01
-114.47 -152.36 L=180 f2
-49.75 -60.94 -75.31 -94.46 -121.24 -161.26
9.44 8.85
在满足基本设计要求的前提下，尽量做到结构简单、紧凑， 具有良好的工艺性，成本低。
《光学设计-应用光学课程设计》
§2-1 内调焦望远系统参数的确定
一、望远镜的缩短系数Q
内调焦望远系统显著的优点是能缩短筒长，即物镜的筒长比 其组合焦距要短。 为满足体积小、重量轻, 便于携带的要求, 应使望远镜的筒长 尽可能短，但筒长并不是越短越好。 为便于研究筒长与焦距的关系，定义缩短系数Q：
由于d = L-l2, 即：l2=L-d, 又：l2= l1-d, 代入调焦镜物像公式：
光学设计课件
｛
横向及纵向尺寸
各组光瞳之间的衔接
三 成象质量
光学系统的外形尺寸计算
由物镜和目镜组成的望远系统
结构和光束限制
望远镜光路图：
反射棱镜成像特性:在光路中相当于平行平板 轴向位移 △L’= d ( 1 - 1/n)
｛
棱镜
简单棱镜 复合棱镜
屋脊棱镜
棱镜展开：沿反射面的次序依次展开
等效空气层的厚度
4D / n
h1 = ?棱镜 厚4h,半口 径8.5，假 设高8.5， 厚度d= 8.5х4=34 等效空气 平板厚d = d/n
系统等效光路图
Ⅰ Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
系统结构图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有两个渐晕
｛
棱镜最后一面:挡上边25% 光束
目镜 ：挡下边25%的光束
望远物镜选型：P410课本
物镜D/f1’=1/4， D=30 , f1’=120
双胶合物镜
双分离物镜
三片型物镜
摄远物镜
｛
物镜可选双胶合 f’ = 120
D/f’ = 1/4 目镜型式 г = -tgω’ / tgω= -f1 ’ /f2 ’ 2ω’ Lz’ f2 ’
冉斯登目镜 2ω：30˚-40 ˚相对镜目距 Lz’ =1/4 凯涅尔目镜 2ω：40˚-50 ˚相对镜目距 Lz’
象差的现象、产生原因、如何消除各种象差
1. 明确象差概念
2. 掌握初级象差理论
象差分类
球差δL’ 彗差KT，KS 象散x’ts 场曲x’t x’s 畸变δyz’ 位置色差△lFC’ 倍率色差δyFC’
典型光学系统 1 显微镜，望远镜， 照相机，投影仪 成像原理 2 外形尺寸计算：轴向尺寸、垂轴 尺寸、通光口径、物高象高、光阑
《光学基本知识讲座》课件
光学在军事中的应用
总结词
光学技术在军事侦察和武器系统中的应用
详细描述
光学技术在军事领域的应用包括红外侦察、 激光雷达、瞄准和测距等。这些技术提高了 军事侦察和武器系统的精度和效率，对现代
战争的胜负具有关键作用。
04
光学发展历程
光学发展史简介
古代光学
古代文明对光的研究和利用，如反射、折射等简单光 学现象的发现和应用。
全息摄影技术
总结词
全息摄影原理及应用
详细描述
全息摄影技术利用光的干涉和衍射原理，记 录并重现三维物体的光波信息。全息照片具 有立体感和视角任选的特性，广泛应用于产 品展示、艺术创作和安全识别等领域。
光学在医学中的应用
总结词
光学在医学诊断和治疗中的应用
详细描述
光学技术在医学领域具有广泛的应用 ，如光学显微镜用于细胞观察，激光 用于手术切割和眼科治疗，以及光学 成像技术用于无创检测和诊断。
文艺复兴时期
科学方法的兴起，对光的本质和传播方式的研究逐渐 深入。
19世纪
光学理论体系逐渐完善，如波动光学和几何光学的发 展。
光学重大发明和发现
01
02
03
牛顿的棱镜实验
揭示了白光是由不同颜色 的光组成，奠定了光谱学 的基础。
干涉现象的发现
为波动光学的建立提供了 重要依据。
激光的发明
开创了光学的新领域，对 科技、工业、医疗等领域 产生了深远影响。
实验材料
光源、衍射板、屏幕等 。
Hale Waihona Puke 实验步骤将光源对准衍射板中心 ，调整光源与衍射板距 离；观察衍射现象并记
录。
注意事项
注意保护眼睛，避免直 接照射光源；调整仪器
(完整版)光学设计zemax
➢ Sort by Surface 将现有各项Operands 以 Surface number 排序(递增)
➢ Sort by Type 将现有各项Operands 以其类型排序 (递增)
➢ Save 将现有的Tolerance Data 存入一个文件
差) ➢TSTX,TSTY(光学零件表面允许倾斜偏心公
差)
2014.9
光学系统设计
公差操作数（续）
➢TIRR（球差的一半与象散的一半表示的表 面不规则度，单位是光圈单位）
➢TIND(d光折射率允许偏差) ➢TABB(阿贝常数允许偏差)
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光学系统设计
➢上述设定完成之后，即可进行公差分析 ➢Tools---Tolerancing
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光学系统设计
➢每个镜片加工公司都有自己的样板库，如 “changchun.tpd”是长春理工某附属工厂 （可见光镜片）、“beijing.tpd”是北京蓝斯 泰克光电（红外镜片）的样板库等。
➢将这些tpd文件拷入“C:\ZEMAX\Testplat”目 录即可进行相应的比对
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光学系统设计
2014.9
光学系统设计
➢Fast Tolerance Mode:
• 此项仅对近轴后焦偏差视为补偿器 (Compensator) 时有效。即在 Tolerances Data Editor 中存在一行有关后焦的补 偿器设定。在Default Tolerance 中选中 Use Focus Comp 就可以生成此补偿器的设定。 此模式比一般模式（没有选中此项）的运算模 式快50 倍。
2024版《光学》全套课件
《光学》全套课件CONTENTS •光的本质与传播•几何光学基础•波动光学基础•量子光学基础•非线性光学简介•现代光学技术发展趋势光的本质与传播01光的波粒二象性光的波动性质光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射等现象。
光的粒子性质光在与物质相互作用时表现出粒子性，如光电效应、康普顿散射等现象。
波粒二象性的统一光既具有波动性又具有粒子性，二者是统一的，可以用波函数来描述。
光在真空中传播的速度最快，约为3×10^8米/秒。
光在不同介质中传播速度不同，与介质的折射率有关。
折射率越大，光在该介质中传播速度越慢。
光在真空中的传播速度光在介质中的传播速度折射率与光速关系光的传播速度与介质关系光的直线传播与衍射现象光的直线传播光在同一种均匀介质中沿直线传播。
光的衍射现象光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，会偏离直线传播方向，发生衍射现象。
衍射的种类根据障碍物或孔的尺寸不同，衍射现象可以分为夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射等。
光的偏振与旋光性光的偏振现象光波在某些方向上振动较强，而在另一些方向上振动较弱或没有振动的现象称为偏振。
偏振光的产生与检测通过偏振片可以获得偏振光，利用检偏器可以检测偏振光。
旋光性某些物质能使偏振光的振动平面发生旋转的现象称为旋光性，具有旋光性的物质称为旋光物质。
几何光学基础02光线与光束概念及分类光线定义表示光传播方向的几何线，忽略光的波动性质。
光束分类平行光束、发散光束、会聚光束等。
反射定律与折射定律应用反射定律入射光线、反射光线、法线在同一平面内，且入射角等于反射角。
折射定律入射光线、折射光线、法线在同一平面内，且入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
透镜成像原理及性质分析透镜成像基本原理光线经过透镜后发生偏折，形成实像或虚像。
透镜性质分析焦距、焦度、透过率等参数对成像的影响。
光学仪器基本原理介绍望远镜利用透镜或透镜组来放大远处物体的视角，使远处物体看起来更近、更大。
(整理)光学与光学设计讲义
-與光學設計基本概念1. 一般稱為可見光是位於光波帶中400~770 nm (0.1~0.77µ )，而波長較短為藍光，波長較長的為紅光。
波長比可見光短的紫外光(UV)，而波長比可見光長的稱為紅外光(IR)，一般的光學玻璃或塑膠材料可應用之400~1500nm，而波長更長的IR區域(1.5~15µ )使用的光學材料為鍺或矽。
2. 光學鏡片置於空氣界面中，當光線經過透鏡時，光線會產生穿透與反射現像，而其中一部份會被光學材料吸收。
所以折射率n之材料於空氣中的反射率計算式如下：R(反射率)={(n-1) / (n+1)}2T(穿透率)=(1-R)X X為透鏡的面數，而此計算值時是忽略材料的吸收率。
3. 當鏡片產生反射現像，而此時反射光被別的面再反射或鏡筒內面產生反射而到達成像面時，這會造成降低像質之有害光，而有害光擴大至像面整體時，則會產生某種像，我們稱為鬼影(像)。
而防止鬼影的產生與界面反射的方法：(1)鏡片鍍膜(Coating)( 2)鏡片塗墨。
光線射入n和n’的交界處的情形，有些光線被反射，有些被折射，而產生反射線和折射線，而反射線在同介質中依據光程的極值行進方向，這就是反射現象。
另外折射線在折射率為n的介質裡斜射入折射率為n’的介質時，由於光在不同介質裡的速率不相同，因此就改變了進行方向，這就是折射現象。
如下圖：這些光線都遵守下面這些光學基本原則：∙入射線、反射線、折射線和法線在同一平面上。
∙入射角i等於反射角r（反射律）。
∙入射角i至折射角t的關係必遵循Snell's law由於折射率是波長的函數n(λ)，因各單色光的折射率各不相同，所以造成折射方向有所差異，或是說不同波長的光在介質內行進的速度不同所造成，這個現象，稱之為色散(dispersion)。
由上圖，我們定義色散能力(dispersion power) V=1--d c f n n n ，效率愈大，色散效果愈好，稜鏡分光效果較佳。
工程光学—光学系统设计概述课件
① 单薄透镜的 SIV由 所决定。 ② SIV与 同号，与薄透镜形状无关。一般不为零。所以单 薄透镜不能校正匹兹凡和。
工程光学—光学系统设计概述
25
光学系统的几何像差——场曲(像面弯曲)
场曲的校正
薄透镜系统的匹兹凡和：
①接触的薄系统： 一般总光焦度大于0，折射率相差不大，匹兹凡和不可能为零。
②分离的薄系统： 正正分离对校正 SIV更不利，正负分离可校正 SI。V
光学系统的几何像差——场曲(像面弯曲)
通过推导，可得光学系统场曲的公式：
å x
' p
=
-
1 2n'u'
SIV
SIV
=
j2
n¢ - n nn¢r
SIV 为第四赛得和数也叫匹兹凡和。 场曲的大小和视场的平方成正比。
工程光学—光学系统设计概述
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光学系统的几何像差——场曲(像面弯曲)
场曲的校正
单个薄透镜的匹兹凡和：
第一项为初级球差，第二项为二级球差，第三项为三级球差，二级以上的球差都统称
为高级球差。A1（a1）、A2（a2）、A3（a3）分别称为初级球差系数、二级球差系数和三 级球差系数。
工程光学—光学系统设计概述
5
光学系统的几何像差——球差
球差的影响因素
大部分光学系统二级以上的更高级球差很小，可忽略， 其球差可近似用初级和二级球差之和表示：
lz/ :系统最后一光学面到出 射光瞳的距离 31
光学系统的几何像差——正弦差与彗差
正弦差
偏离等晕条件的程度用正弦差SC‘表示：
n sinU
dL'
SC' = b × n'sinU ' - 1- L '- lz/
光学教程-总结ppt课件
U f2
f 2
聚光本领
物镜的聚光本领是描述物镜聚集光通量能力的物理量，可以 用象面的照度来量度。
分辨本领
瑞利判据：总照度分布曲线中央有下凹部分，其对应强度不超过每 一分布曲线最大值的74%，当一个中央亮斑的最大值位置恰和另一个中 央亮斑的最小值位置相重合时，两个像点刚好能被分辨。
36
第四章 光学仪器的基本原理
32
第三章 几何光学基本原理
球面折射对光束单心性的破坏
n
l P
A
n
l P
Or C
s
s
B
近轴光线条件下球面折射的物像公式
n n n n s s r
33
第三章 几何光学基本原理
横向放大率
在近轴光线和近轴物
Q
的条件下，垂直于主轴的 y
物所成的像仍然是垂直于
P
O
主轴的，像的横向大小与 物的大小之比值为横向放
棱镜
棱镜是一种常见的光学元件，它的主要用途有两种：作为色散 元件和利用光的棱镜内的全反射来改变光束的方向，即转向元件。
棱镜材料的折射率为：
n
sin i1
sin
0
2
A
sin i2
sin A
2
30
第三章 几何光学基本原理
符号法则
球面的中心点O称为顶 点，球面的球心C称为 曲率中心，球面的半径 称为曲率半径，连接顶 点和曲率中心的直线CO 称为主轴，通过主轴的 平面称为主平面。主轴 对于所有主平面具有对 称性。
u
sin2 N(d sin
sin2(d sin )
)
I0
s in 2 u2
u
sin2 Nv sin2 v
光学讲义
光学讲义内蒙古大学理工学院物理系郭维生2003年10月前言光学是研究光的辐射、光的传播、光和物质的相互作用，以及光的性质和应用等问题的科学。
光是一种重要的自然现象，由于它与人类生活和社会生活密切联系，因此光学也和天文学、几何学、力学一样，是一门最早发展起来的学科。
早在我国春秋战国时期，墨翟及其弟子所著《墨经》中，就记载着关于光的直线传播和光在镜面上的反射等现象，并提出了一系列的经验规律，把物和象的位置、大小与所用镜面的曲率联系起来。
然而，在很长一个历史时期里，人类的光学知识仅限于一些现象和简单规律的描述。
对光本性认识的探讨，应该说是从十七世纪开始的，当时有两个学说并立。
一方面，以牛顿为代表的一些人提出了微粒理论（corpuscular theory），认为光是按照惯性定律沿直线飞行的微粒流。
这一学说直接说明了光的直线传播定律，并能对光的反射（reflection）和折射（refraction）作一定的解释。
但是，用微粒说研究光的折射定律时，得出了光在水中的速度比空气中快的错误结论。
光的微粒理论差不多统治了十七、十八两世纪。
另一方面，和牛顿同时代的惠更斯（C. Huygens, 1962-1965）从声和光某些现象的相似性出发，认为光是在一种特殊弹性媒质中传播的机械波。
这个理论也能解释光的反射和折射等现象。
但惠更斯没有把波动过程的特性给予足够的说明，也没有指出光现象的周期性，没有提到波长的概念，而且认为光是纵波。
因而他的理论是很不完善的。
十九世纪初，托马斯·杨（T. Young, 1773-1829）和菲涅耳（A. Z. Fresnel, 1788-1827）等人的实验和理论工作，把光的波动理论大大推向前进，解释了光的干涉（interference）和衍射（diffraction）现象，初步测定了光的波长，并根据光的偏振（polarization）现象，确认光是横波。
十九世纪六十年代，麦克斯韦建立了他著名的电磁理论，预言了电磁波的存在，并指出了电磁波的速度与光速相同。
光学设计资料（ＰＤＦ）
[考试要求]要求考生了解光线的光路计算公式、影响成像质量的七大几何像差和波像差。
[考试内容]像差的定义、分类、概念，像差对系统像质所产生的影响及校正的方法，波像差的概念及其表示。
［作业］P128：3、4、7、8、9、10第六章 光线的光路计算及像差理论§6－1 概述一、 基本概念实际的光学系统都是以一定的宽度的光束对具有一定大小的物体进行成像，由于只有近轴区才具有理想光学系统性质，故不能成完善像，就存在一定的像差。
1、像差定义：实际像与理想像之间的差异。
2、 几何像差的分类:单色像差：光学系统对单色光成像时所产生的像差。
球差、彗差、像散、场曲、畸变 色差：不同波长成像的位置及大小都有所不同。
色差 位置色差：体现不同色光的成像位置的差异 倍率色差：体现不同色光的成像大小的差异。
3、 像差产生的原因在第一章我们曾讲过近轴光／实际光的光路计算公式。
⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=−+==−=)''1('''''u i r l i i u u in n i ur r l i sin 'sin 1(sin sin sin U I r L I I U U I n nI r hI ′+=′′−+=′′=′= 并且说明这二组公式最大的区别是对于近轴光：是用弧度值取代正弦值而得 到的。
即I I ≈sin但实际上这一取代并不是完全精确的，它存在着一定的误差量值，因为它们仅仅是近似相等，从而导致实际与理想之间存在差异。
这就是像差产生的原因。
二、像差谱线的选择――主要取决于接收器的光谱特性进行像差校正时，只能校正某一波长的单色像差，对于不同的接收器件像差谱线的选择有很大的区别。
1、目视光学系统：一般选择D 光或光校正单色像差，对光校正色差。
e C F ,2、普通照相系统：一般对光校正单色像差，对校正色差。
F ',G D 3、近红外和近紫外光学系统：一般对C 光校正单色像差，对'校正色差。
光学设计 ppt课件
ppt课件
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光路计算
在不同视场、不同孔径、不同色光等条件下，对大量光线， 用准确的三角方法，通过光线追迹计算出射光线。通过近轴 “光路计算”可求得理想像点的位置；通过实际光线的追迹并 与理想像比较得到的各像差值。可以做出各种表示像差的曲线， 有经验的设计师往往一看这些曲线就能知道系统的缺陷所在。
nd -1
分子是可见光谱段两个边界波长的折射率之差，分母是光学材料在 中间光谱的折射率与它在空气中折射率（相对于所有波长都是1）之差。
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1.6 玻璃的特性
色散
一种测色散的方法是取比值：D
nF - nC nd -1
分子是可见光谱段两个边界波长的折射率之差，分母是光学材料在中间光 谱的折射率与它在空气中折射率（相对于所有波长都是1）之差。
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系统的修改
随着计算机性能的不断提高，许多告诉计算机程序能用最小二 乘法同时修改几个参数以改变多种相差，为系统设计带来了巨大的 便利。
光学设计师在做镜头设计时，其中一部分既占据时间又消耗精 力的工作是系统一级以及三级的手动计算。
所谓系统的一级特性是指能用近轴公式描述的系统性质，包括 等效焦距和后焦距；F数；像的位置；像的大小；主面位置；顶点 与主面间的间隔；入瞳的大小和位置；出瞳的大小和位置；拉格朗 日不变量；轴向和横向色差等。
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1.2 镜头的设计步骤
镜头要预先设计好才能加工，也就是说，要预先计算或规定好各组 元的表面曲率半径、厚度、空气间隔和口径，以及所采用的玻璃牌号。 这些正是光学设计师的主要共作。
影响镜头成像质量的各种像差， 可以通过改变镜头结构来消除或校正， 改动的镜头参数称为“自由度”，包 括各面的曲率半径、厚度与空气间隔、 各镜片所用玻璃的折射率和色散率， 以及孔径光阑的位置等。
光学设计知识点总结
一、光学系统设计的具体过程：二、像差1.在级数展开过程中，所忽略的高次项即表征了光学系统的实际像与理想像之间的差异，这种差异即为像差。
2..3 .1)对光能接收器的最灵敏的谱线校正单色像差;2)对接收器所能接收的波段范围两边缘附近的谱线校正色差;一）球差（孔径的函数）（球差是轴上点成像存在的唯一的一种单色像差）1.轴上一点发出的不同孔径和入射高度的光在通过光学系统后有不同的像距，就是球差δL'=L'-l'危害：球差带来的危害是一个圆形弥散斑，影响像的清晰度校正：1）单个正透镜产生负球差，单个负透镜产生正球差。
因此用正负透镜组合校正球差。
2）非球面校正球差；在zemax中，点击分析-杂项、轴向像差查看2.单个折射球面的无球差点：1）当L=0时，L'=0，即物点与球面顶点重合时不产生球差；2）当sinI - sinI' = 0，即I =I' = 0时，这时L = L' = r，即物点位于球面球心时，不产生球差。
3.）n nL rn'+=，n nL rn'+'='，22nL nn L nβ'=''＝，这一对共轭点称为不晕点，或齐明点4.球差的级数展开式：初级球差与孔径的平方成正比，二级球差与孔径的四次方成正比。
当孔径较小时，主要存在初级球差；孔径较大时，高级球差增大，即：241121 L A h A h δ'=+当光学系统物空间没有球差时，1''211'2kk k k L Sn u δ=-∑5.初级球差是孔径(h/h m )2的函数2412=m m h h δL A A h h ⎛⎫⎛⎫'+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，若对边光校正球差，0.707带光有最大剩余球差，其值等于边光高级球差的1/4，且反号，即070724.δL -A /'=。
最大剩余球差：带球差(特指0.707带孔径的球差)像差校正的实质：用初级像差与高级像差相互抵消（或平衡）的结果。
光学设计与光学工艺ppt课件精选ppt
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二、光 学 设 计 过 程
性能合理镜头的首选公差
Radius（半径）
Fringes（光圈） Irregular（表面不规
则度） Thickness（厚度/间
隔） 楔角/同心度/倾斜
Decenter（偏心）
样板的检测精度，光学设计 包偏师括心应光包该学括与元两光件种学的，加厚一工度种师和是沟机简通械单元的件横 向N支=偏撑λ心/的2，（间普上隔通、。的下光）学，加另工一一种般是控使制元 件在始5使个终用光保Z圈E持M，与A较机X软好架件的座模精接拟度触公应的差该“时控滚，制 动公表”差面。操不两作规在种数则3偏T个度T心光H可模I圈有以型以两通实内个过际。参局上数部完，全不 同光in。t圈1在是（滚用△动来N的）定情来义况考公下察差，，的与工表机艺面架上编座号接， 触而良in可好t2以的是做左作到侧为0半补.3径偿个被的光良表圈好面。地编校号准，， 表最面小倾值斜和只最发大生值的是右以侧镜表头面长上度。单
使设计获得成功
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8
二、光 学 设 计 过 程
2、象差校正和平衡
用光学计算程序进行光路计算，算出全部象差 及各种象差曲线; 找出影响光学系统成象质量的主要象差是哪些; 找出改进办法，进行象差校正; 反复进行象差分析、校正及平衡，直到满足成 象质量要求为止。
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二、光 学 设 计 过 程
3、象质评价
组的边界面。
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二、光 学 设 计 过 程
6、出设计图纸
设计图纸是指导加工的依据，图纸 必须要规范，避免引起误解
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二、光 学 设 计 过 程
光学系统实例：
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-與光學設計基本概念1. 一般稱為可見光是位於光波帶中400~770 nm (0.1~0.77µ )，而波長較短為藍光，波長較長的為紅光。
波長比可見光短的紫外光(UV)，而波長比可見光長的稱為紅外光(IR)，一般的光學玻璃或塑膠材料可應用之400~1500nm，而波長更長的IR區域(1.5~15µ )使用的光學材料為鍺或矽。
2. 光學鏡片置於空氣界面中，當光線經過透鏡時，光線會產生穿透與反射現像，而其中一部份會被光學材料吸收。
所以折射率n之材料於空氣中的反射率計算式如下：R(反射率)={(n-1) / (n+1)}2T(穿透率)=(1-R)X X為透鏡的面數，而此計算值時是忽略材料的吸收率。
3. 當鏡片產生反射現像，而此時反射光被別的面再反射或鏡筒內面產生反射而到達成像面時，這會造成降低像質之有害光，而有害光擴大至像面整體時，則會產生某種像，我們稱為鬼影(像)。
而防止鬼影的產生與界面反射的方法：(1)鏡片鍍膜(Coating)( 2)鏡片塗墨。
光線射入n和n’的交界處的情形，有些光線被反射，有些被折射，而產生反射線和折射線，而反射線在同介質中依據光程的極值行進方向，這就是反射現象。
另外折射線在折射率為n的介質裡斜射入折射率為n’的介質時，由於光在不同介質裡的速率不相同，因此就改變了進行方向，這就是折射現象。
如下圖：這些光線都遵守下面這些光學基本原則：∙入射線、反射線、折射線和法線在同一平面上。
∙入射角i等於反射角r（反射律）。
∙入射角i至折射角t的關係必遵循Snell's law由於折射率是波長的函數n(λ)，因各單色光的折射率各不相同，所以造成折射方向有所差異，或是說不同波長的光在介質內行進的速度不同所造成，這個現象，稱之為色散(dispersion)。
由上圖，我們定義色散能力(dispersion power) V=1--d c f n n n ，效率愈大，色散效果愈好，稜鏡分光效果較佳。
而色散率(Abbe 數) (dispersion index)V 1=υ ，此值與製造光學玻璃有關(6020→=υ之間)。
另外，我們也可以由稜鏡（prism ）做分光來了解色散。
當白光通過一狹縫（silt ）兒轉入一稜鏡（prism ）如上圖所示，則各色光因在稜鏡中的折射角不同而分散。
故在鏡後的白屏上出現一列有色的光帶稱之為光譜（spectrum ）。
有色光帶各色光的鄰接處，並無明顯的分界，但是各色的順序為：紅（red ）、橙（orange ）、黃（yellow ）、綠（green ）、藍（blue ）、靛（indigo ）、紫（violet ）等七色，而這樣的現象就是光的色散。
鏡片本身的材質影響進入鏡片的光線，並造成各種顏色的光,其折射率不同，讓藍色光系在離透鏡較近處成像，紅色系則在較遠處。
(如下圖)消色差可以利用強的色散力(值小的材料)，可以使凹透鏡具有抵消凸透鏡之色差的逆向像差，使合成焦距變成一樣。
如下圖畫面是由許多點所構成的，解析度代表的就是這些點的數量，如800 x 600 SVGA，就代表畫面是由800 x 600個點所構成。
下列幾種標準規格：影像是利用影像的小方格就是所謂的「像素」（Pixel）所構成的，這些小方格是影像中最小的單位，每一個小方格都有一個明確的位置，和單一的色彩，而這些一格格的位置和色彩就決定了該影像所呈現出來的樣子。
數位影像測試兩大項目：『解像力』和『色彩』，測試解像力簡單的說就是量度、計算影像從清晰--> 模糊之間的轉換點。
解像力測試就是應用科學的方法將這個極限找出來。
反差（Contrast）指明暗對比所造成的清淅範圍大小，在彩色來說還有所謂的色彩濃淡的分色能力。
能夠容納明暗對比越大的鏡頭其所表現的細節越豐富，相反的就不是一個透光性很好的鏡頭。
首先，為了可以清楚的計算解像力的數據，目前使用歷史最悠久，也同時是最多人採用的就是MTF = Modulation Transfer Function為基礎的測試程序。
MTF主要是引進反差對比的概念來檢定鏡頭解像力，使用者必須對「空間頻率/ Spatial frequency」這個概念進行瞭解。
所謂空間頻率就是1mm的寬度中（或是等寬的其他單位），正弦濃度變化反覆有幾次的意思（請想像空間頻率如同海浪一樣的波型變化）。
原本充足的反差可以很容易辨識出兩條線來，而當空間頻率加大時，也就是線條越緊密時，反差也逐漸縮小，終於反差衰減到全部變成灰色，再也分辨不出黑白條紋來，就表示鏡頭的解像力已到極限（如上圖所示）。
在一個（理論上的）無像差系統中，影像點（image point）具有最小的維度，但尺寸並不是無限小的。
光的衍射效應，實際上決定了一個最小光點的實體大小。
這個光點直徑稱為「光暈圓」（Airy-disc），其大小取決於光波長與光圈直徑，形狀則類似具有一圈環狀分佈的核（core），核中央聚集最多能量的光子，周圍則環繞著光環。
光束穿越影像平面繼續前行，接著形成另外一個分散而非集聚的光錐。
由於影像的點實際上是一道光束，因此集中與分散的光錐體形成的並不是一個「絕對銳利」的影像平面（參見下圖）。
穿越影像平面的光束的形狀，很像是沙漏時鐘，它的正式名稱為「焦散面」（caustic surface ）。
這個焦散面的外型變化，與像差校正程度有很大的關係，其實有兩種不同意義的焦平面。
其中一種我們稱為「光暈焦平面」（paraxial focal plane ），理論上它是影像成像的最佳位置，有最大量的光束集中在這一平面上，光束形成了一個很小的高密度核，但是外圍有著大面積、低反差的光暈。
因此光點雖然小，但對比卻很低。
另外一種情況，是光束本身形成了一個直徑最小的光暈圓，稱為「最小模糊圓」（Circle of Least Confusion ）。
光束形成的「核」直徑會較大，但是外圍的低反差光暈卻比較小，整體有較高的反差。
模糊圓是一個很簡單的概念：它是光束（或一個焦散面）聚焦在影像平面上時，所能形成的最小直徑。
當然，位於焦平面以外的影像點，就是失焦（out of focus ）。
這些影像點一樣會有相同結構的焦散面，但是在焦平面上產生的橫斷面，和位於焦平面上的最小模糊圓是截然不同的。
假如這個橫斷面向最小模糊圓位置靠近，這個點會變小，但是外圍會低反差的光暈；如果橫斷面遠離最小模糊圓，光點會形成一個漫射的光束。
在光線通過鏡片時因介質不同所以會有不同的折射率而鏡片與空氣接觸的界面上約有5％的光線反射，而這個反射也是光斑跟鬼影所以產生的由來，為了使這種反射不至於影響鏡片透光率的減少所作的處理，這種加膜的處理就叫做鍍膜。
紅、綠、藍三種色光依照不同分量的比例混合，可以配成自然界的一切色光，故此三種顏色稱為三原色。
光為電磁波,速度約為8103 m/s,而可見光波長約為400nm~700nm 之間,其中短波長為藍光,長波長為紅光,人眼感覺最靈敏的波長為550nm,也就是綠光,而波長較可見光短的為紫外光(UV),波長較可見光長的為紅外光(IR)鏡頭名詞1.焦距(EFL)A.物方焦距( f )：由前主面到前焦點的距離。
B.像方焦距(f*)：由前後主面到後焦點的距離。
焦距公式：f*= h / tanU* f = h / tanU2.後焦距(BFL)A.由鏡頭或光學系統最後一面到像面的距離為光學後焦距(BFL)B.由下座端部到像面的距離為機械後焦距(BFL*)3. F / NO (F數)F / NO=f*/D入f*---焦距(EFL) D入---入瞳直徑入瞳為光欄經其前方光學系統所成的像。
4.畸變量(DIST)在視場角較大或者很大時，所產生的像變形稱為畸變(Distoration)。
DIST=( (Y, - Y0, )/ Y0,)*100%Y,實際像高Y0,---理想像高5. 相對照度(REL)是指像面邊緣照度和中心照度之比。
6.光學總長(TOTR)是指由鏡頭第一面到像面的距離。
7.光能的損失因素：(1)光在折射面折射時伴隨少量反射損失。
(2)材質對光能吸收損失。
(3)反射面的損失(4)光學材質的氣泡、雜質、條紋、局部混濁等等，導致光散射的損失。
(5)光學表面磨光不良和庇病造成光的漫反射，嚴重損失光能，並形成雜散光，嚴重影響像質。
鏡頭問題分析1.光暈：●何謂光暈現像：相機置於太陽底下，而鏡頭之光軸方向朝向太陽，使得拍照時太陽位於底片之中心位置，因為鏡頭之鏡片會產生繞射現像，使得照片會有太陽光芒現像產生，若光芒過足則造成照片的影物產生無法辨識，我們稱為光暈現像。
●光暈之排除：鏡片鍍膜以增加鏡片之穿透率。
2.內面反射：●何謂內面反射：相機置於太陽下，鏡頭之光軸與太陽中心軸產生協議角度，若是在特定角度內拍照，若使得照片產生非太陽光影像，也就由反射的太陽影像之現像產生，我們稱為內面反射。
●內面反射之排除：(1)鏡片鍍膜：使得R值面增加穿透率，而不易產生面間反射現像。
(2)鏡片塗墨：鏡片週邊(有效徑之外區)會產生反射的區域施以塗墨處理，使得黑墨能把反射光給予吸收而不再反射。
(3)鏡頭之前蓋製作消光環，使得消光暈能把視角以外的光線給予反射與分佈至鏡片以外，並使得雜光而不至於進入鏡頭內。
(4)縮小鏡片之有效徑或下座孔徑，此做法是不影響光圈值之狀況下實施。
3.照片暗角問題：●發生原因：(1)鏡頭的像高比底片對角線小。
(2)鏡頭之週邊亮度不足。
(3)檢查相機之結構是否有遮蔽到鏡頭光線路徑。
(4)光圈之位置是否於設計理論值處。
(5)鏡片之有效徑是否過小，而產生入射角度不足。
4.照片清淅度與銳利度不足：●發生原因：(1)鏡頭之光圈是否正確(2)鏡頭之解析度(投影本數)是否有達到。
(3)鏡頭投影是否有拖影現像產生。
5.光暈與鬼影發生原因：1、空氣中的灰塵造成鏡片不潔而產生雜光。
2、視場角過大使得-雜散光進入鏡頭。
3、鏡片邊緣反射、折射造成的雜光等等。
4、鏡片之穿透率不足，而造成反射現象。
6.產生暗角的原因：(1)鏡頭之成像面比SENSOR感應面小，也就說：像高不夠大，此像現嚴重會產生黑角現像，若是要考慮到機械之公差依判經驗至少像高要大於感應面0.2mm以上，如此能確保此問之產生。
(2)邊緣相對照度偏低，也說是說週邊之照度值與中心之照度比值過小(低)，依客戶訂立標準相對照度比至少為50%以上，若是曲線是急遽下降則會非常明顯看到差異量，而不在此標準限內。
(3)鏡頭光軸傾斜嚴重，也就說螺牙配合問題，此現像會造成單邊暗角產生。
(4)鏡頭光軸並非正中於sensor中心位置，而造成位置偏移。
●解決暗角方式：(1)確認鏡頭之有效徑是否正確，另外確認是否可適時放大部份鏡片之有效徑，已增加成像面積，但須考量解析度降低問題。
(2)光學設計進行優化以拉大成像高來解決暗角問題。