浙大光学设计案例32页PPT
光学CAD教学课件-浙江大学
绪论我们身边有哪些光学系统和仪器－想当它们的设计师吗？如果我们已经较好地掌握了以下内容几何光学像差理论光学系统波像差与像质评价•本章要点1. 波像差概念，瑞利判据，与几何像差关系，离焦原则2. 参考点移动引起的波像差，焦深3. 色差引起的波像差，球色差、几何色差与波色差的关系4. 光学系统的像差容限5. 光学系统的像质评价（几何像差曲线、点列图、波像差、传递函数）6. 光学系统的像质检验（星点检验、分辨率、传递函数，波面测量）§10-1 波像差及其与几何像差的关系光线——波面的法线波像差——实际波面对理想波面的偏离轴上点A以单色光成像存在球差,A'M交理想波面于M，即为波差。
（以理想波面为基准，右负左正）一、轴上点的波像差及其与球差的关系[返回本章要点]为纵坐标，以δL'为横坐标的球差球差相当的波像差为以u'2曲线与纵轴所围面积的一半【推导】当物方无穷远时，u’=h/f’讨论1.当仅有初级量时以波长为单位时，边缘处波像差最大。
移动接收面，以接收面为基准，则球差将改变，波像差曲线随之改变。
称之为离焦离焦，[返回本章要点]2. 当有初级和二级球差时当，当对边光校正球差时，0.707带光有最大剩余球差若离焦，使图中三部分面积相同，则应轴向离焦，此时3. 若再有三级以上球差，则像差平衡的原则是：尽可能离焦后有多个大小相等、符号相反的小面积以下动画是一个实际光学系统成像质量随离焦量变化的情况[返回本章要点]二、轴外点的波像差及其与垂轴像差的关系[返回本章要点]轴外任意一点的像差，可以用两个分量表示波差W应表示成与这两个分量之间的关系可导出沿子午截线的波像差推导曲线对sinU'轴所围的面积表征波像差的大小。
参考点为高斯像点. 但高斯像点亦不一定是最佳参考点离焦离焦垂轴离焦：对各条光线δy'均改变同样值。
->坐标平移沿轴离焦：纵轴转一角度,以形成尽可能相等的大小相同、符号相反的小面积注意[返回本章要点]1. 垂轴离焦只为评价像质，轴向离焦才为确定最佳像面位置。
浙江大学 应用光学课件
Hale Waihona Puke O I’N’C
nQ n’
B
1
光的折射定律：
①入射光线、法线和折射光线在同一平面内；
②折射角和入射角的正弦之比在一定温度和压力下对一定波
长的光线而言为一常量，与入射角和大小无关。即
sin I' = n
sin I n'
或
n'sinI' = nsinI
其中：n=C/v C——光在真空中的速度 v——光在介质中的速度
阿贝不变量
折射球面的物像位置关系
光线经折射球面时 的u,u’关系
3.（近轴区）折射球面的光焦度，焦点和焦距 可见，当（n’-n）/r一定时，l’仅与l有关。
正负含义？ φ = n'−n r
f
'=
l'l
→
−∞
=
n' n '− n
r
f
=
ll
'
→
∞
=
−
n n '− n
r
光焦度 （折射面偏折光线的能力）
f’像方焦距（点），后焦距（点）
细光束，A——》A’ 完善成像
B1’ A1’
同心球面A1AA2——》曲面A1’A’A2’ 完善成像 由公式，l变小，l’也变小，平面B1AB2——》曲面B1’A’B2’
不再是平面：像面弯曲
2. 细小平面以细光束经折射球面成像： 平面物——》平面像，完善成像
近轴光线所在的区域叫近轴区
对近轴光，已知入射光线求折射球面的出射光线：即由 l, u — >l’,u’ ,以上公式组变为：
i= l− r u r
i'= n i n'
光学设计ppt课件
光学设计方法
光学设计方法随使用工具的更新而改变面貌。使用电子计算机之前的方法统称 为“手工”设汁法。那时主要通过追迹光线，计算像差和逐次修改结构参数使之 接近使用要求的方法来做设计。 电子计算机的使用，使得对光学系统(特别是复杂 系统)的分析计 算更加完善了，进而使光学自动设计逐步发展起来。
任何光学系统都不可能把所有各种像差都校正到理想。所以，设计时我们应 该根据像差理论对系统提出尽量合理的像差要求。即使是利用电子计算机做自动 设计，这一点也是很重要的。 用优化技术来自动平衡光学系统的像差时，如果要 求提得太多，且提出了矛盾的要求(例如同时提出正弦条件和赫谢耳条件)，就可能 产生“病态”方程，使自动平衡不能顺利进行。
3
参考书目
R.Kinslake, Lens design Fundamental, 1978. R.Kinslake, optical system design,1983, Academic Press.
这位百岁老人去年刚去世，他是A.E.Conrady的学生，从上世纪三十年代 被请到美国，美国的光学工业大致是他的学生们发展起来的。 iKin , Lens design, 1991,Marchl Dekker. 非常实用的各种光学系统 设计，有新版。 R.E. Fischer, Optical system design, 2000,McGraw Hill. 此人从上世纪八十年代一直到现在，都在SPIE Photonics West 之类的会 上讲Short Courses——”光学设计”，本书属于这种教材。 斯留萨列夫， 谈光学中一些可能的和不可能的问题，1966，科学出版社。 本书可启发人们去认真思考问题。 张以谟，应用光学，机械工业出版社，中国高校教科书 王之江，光学设计理论基础，1985，科学出版社。本教材的公式取自此 书。
光学设计与光学工艺ppt课件
（第一讲） 光学设计过程中需注意的问题
精品课件
1
目录
一
引言
二
光学设计过程
三 光学设计过程中考虑问题
四 六倍放大镜的加工
精品课件
2
光学系统实现过程
光学设计 光学零件加工 机械零件加工
客户 提出需求
光学机械设计 光学零件检验 机械零件检验
系统总体装调及检验
精品课件
3
一、引 言
光学设计宗旨：
➢常用的光学材料：
光学玻璃（包括无色光学玻璃、有色光学玻璃和 特种光学玻璃）
微晶玻璃
精品课件
12
二、光 学 设 计 过 程
5、公差分析
公差分析的目的:给出合理的加工要求，合理的 加工要求既能保证加工的可行性，同时又能降低加 工难度和加工成本，因此公差分析工作至关重要。
公差分析宗旨:
使最差情况下的传递函数由于工艺因素的总下降
量不大于0.15，以便探测器仍能分辨它对应的空
间频率。
精品课件
Thickness（厚度/间 隔）
楔角/同心度/倾斜
位在表Z示E的MA极X值里偏TS差D。X、TSDY用来 模实拟际一上个，标有准楔表角面的的元偏件心与公光差轴，相单 位对为于镜其头机长械度轴（倾m斜m的）元,而件T完ED全X相、 同TE，D当Y是旋用转来元模件拟时一，个元元件件具的有偏边心缘 公差，可以是厚标度准差面。也可以是非标
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
Fringes（光圈）
Irregular（表面不规 则度）
动公表”差面。操不两作规在种数则3偏个T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）的定来情义考况公察下差，，的工与表艺机面上架编座号接， 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
浙江大学几何光学课件(望远镜开始)
当前位置：第七章典型光学系统－望远镜与转像系统本章要点望远镜与转像系统1. 望远镜的成像原理与放大率2. 望远镜的分辨率与正常放大率3. 望远镜的瞄准精度4. 望远镜的主观亮度5. 望远镜的光束限制6. 望远镜的物镜和目镜，视度调节7. 望远镜的棱镜转像系统、单组透镜转像系统和双组透镜转像，场镜的作用8. 光学系统外形尺寸计算（含棱镜展开及空气平板法）引言典型光学系统包括眼睛放大镜显微镜望远镜摄影系统投影与放映系统§ 7-4 望远镜与转像系统•望远镜的成像原理•望远镜的放大率望远镜是目视光学系统，其放大率为视觉放大率：可见，当物镜的焦距大于目镜的焦距时视觉放大。
筒长。
当目镜焦距一定时，视觉放大率大要求物镜焦距长，导致筒长增大。
当像方视场角一定时，放大率越大物方视场越小。
出瞳要与眼瞳匹配，当放大率大时入瞳增大导致镜筒增大。
•望远镜的分辨率与正常放大率望远镜的正常放大率应使望远镜能分辨的眼睛也能分辨。
光学仪器的极限分辨角为，要求（眼睛的极限分辨角）得即为正常放大率。
此时出瞳与眼瞳相当。
•望远镜的瞄准精度因为望远镜有视觉放大作用，如果眼睛直接观察时的瞄准精度为，则通过望远镜观察时的瞄准精度为。
想一想：实际上望远镜的放大率不一定都是正常放大率，针对不同的用途应如何选择其大小？•望远镜的主观亮度主观亮度指眼睛观察到的像的明亮程度。
望远镜的主观亮度对点光源和扩展光源具有不同的特征。
1.点光源：指引起视网膜上一个细胞感应的光源，这时感觉到的明亮程度取决于光通量。
设点光源发光强度为，观察距离为，是眼睛的透过率，是望远镜的透过率。
眼睛直接观察时接收的光通量为眼睛通过望远镜观察时接收的光通量为①当，进入望远镜的光通量全部进入眼瞳②当，进入望远镜的光通量全部进入眼瞳③当，进入望远镜的光通量不全进入眼瞳应取，有所以，高倍望远镜具有增大点光源主观亮度的作用。
当望远镜入瞳一定时，随倍数增大出瞳逐渐减小，至出瞳与眼瞳相当时，继续增大放大倍数不再影响主观亮度。
《镜头光学设计》课件
3 制造工艺优化
优化制造工艺以提高生 产效率和降低成本
总结与展望
总结本课程的重点内容，回顾镜头光学设计的学习收获，并展望光学设计领域的未来发展。
学习回顾
重点总结镜头设计的核心知识
未来展望
分析光学设计领域的前景和挑战
镜头系统的基本组成和功能
光学元件
各种光学元件的特性和用途
镜头设计的流程
了解镜头设计的流程和步骤，从需求分析到设计验证，逐步优化设计方案，以实现最佳的成像效果。
1
Hale Waihona Puke 需求分析理解用户需求和设计目标
2
初步设计
根据需求制定初步设计方案
3
优化设计
通过仿真和实验优化设计
镜头设计中的常用软件
介绍镜头设计中常用的软件工具和其功能，包括光学设计软件、建模软件以及成像仿真工具。
《镜头光学设计》PPT课 件
本课程将介绍镜头光学设计的基本原理和流程，让您了解光学基础和常用软 件，通过典型案例提高设计质量。让我们开始探索这个精彩的领域！
光学基础与光学设计基础
深入了解光学原理和光学设计的基础概念，包括光的传播、折射、反射以及光学元件的特性和功能。
光学原理
光的性质和传播规律
光学设计概念
1 光学设计软件
如Zemax、Code V等，用于设计镜头系统并进行光学分析
2 建模软件
如SolidWorks、CAD等，用于设计和建模光学元件
3 成像仿真工具
如LightTools、TracePro等，用于模拟成像效果
典型的镜头系统设计案例
通过实际案例了解典型的镜头系统设计，包括相机镜头、望远镜镜头等，了解各个系统的设计特点和成 像效果。
相机镜头设计
光学作图专题PPT课件
A
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第二十七页，课件共62页
例6:下图中S为点光源，画出反射光线经过A点的 光路图
S
S’
A
单击鼠标进入下一步
第二十八页，课件共62页
例6:下图中S为点光源，画出反射光线经过A点的光 路图
S
S’
A
分步播放
自动播放
第二十九页，课件共62页
例6:下图中S为点光源，画出反射光线经过A点的 光路图
•。
.
F
。
.
F
第五十三页，课件共62页
19.从岸上看水下的鱼，它变深还是变 浅呢？画出光路图。
答：变浅。
A′ A
第五十四页，课件共62页
L2 L1
L1
方法1
F1
F1 F2
F2
L2
L2
L1
方法2
方法3
第五十五页，课件共62页
9、 如图所示，发光点S在乎面镜MN中的像 为S1，当平面镜转过一定角度后，它的像为 S2。请你利用平面镜成像特点，画出转动后 平面镜的大致位置。
第四十三页，课件共62页
12、一束光射向一块玻璃砖,画出这束光进入玻 璃和离开玻璃后的径迹.
第四十四页，课件共62页
光现象 光路作图
13、光的折射作图
第四十五页，课件共62页
14、完成光线经过玻璃的光路
i
r
第四十六页，课件共62页
透镜及其应用 透镜作图 三、画出下面各图中的折射光线：
F
O
F
F
O
F
第四十七页，课件共62页
1 5 、根据光线通过透镜后的方向，在图中方 框内画出适当的透镜。
第四十八页，课件共62页
(整理)浙大应用光学(完整版)
我们身边有哪些光学仪器与系统？•什么是光学？--- 研究有关光的本质及其规律的科学物理光学几何光学生理光学量子光学研究光的波动本质研究光线传输及成像研究人身的光学现象研究光的量子性•应用光学课程包括哪些主要内容？几何光学像差理论典型光学系统光学系统设计• 几何光学--- 研究光线经光学系统的传播而成像，主要目的是根据技术条件设计出符合要求的光学系统。
•像差理论--- 成像并不理想，产生缺陷有误差( 如哈哈镜)•典型光学系统---- 最常用的或以往的设计出的光学系统的特点眼睛2) 显微镜3) 望远系统4) 摄影系统5) 放映系统没有万能的光学系统•设计光学系统---- 了解技术条件。
使设计出的光学系统能满足这些技术条件。
如观察范围。
画面大小。
光线波长。
倍数。
体积和照明条件。
•实验很重要哦光组成像特性光组焦距测量材料参数测量典型光学系统•您想发挥自己的智慧、展示自己的个性与才华吗？请参加光学系统CAD要编个程序使用国际通用软件要与同学合作看谁干得更好答辩评分习题：一次~ 二次/ 章第一章几何光学的基本定律本章要点：1. 发光点、波面、光线、光束2. 光的直线传播定律、光的独立传播定律、反射定律和折射定律及其矢量形式3. 全反射及临界角4. 光程与极端光程定律（费马原理）5. 光轴、顶点、共轴光学系统和非共轴光学系统6. 实物（像）点、虚物（像）点、实物（像）空间、虚物（像）空间7. 完善成像条件§1-1 发光点、波面、光线、光束返回本章要点发光点---- 本身发光或被照明的物点。
既无大小又无体积但能辐射能量的几何点。
对于光学系统来说，把一个物体看成由许多物点组成，把这些物点都看成几何点( 发光点) 。
把不论多大的物体均看作许多几何点组成。
研究每一个几何点的成像。
进而得到物体的成像规律。
当然这种点是不存在的，是简化了的概念。
一个实际的光源总有一定大小才能携带能量，但在计算时，一个光源按其大小与作用距离相比很小便可认为是几何点。
浙大光学工程复试题目word精品文档32页
浙江大学光学工程复试参考题目1、激光的全称，其特性和应用激光一词在英文中是“Laser”，是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写，意为“受激发射的辐射光放大”。
特性：（1）单色性：指光强按频率的分布状况，激光的频谱宽度非常窄；（2）相干性：时间相干性和空间相干性都很好；（3）方向性：普通光源向四面八方辐射，而激光基本沿某一直线传播，激光束的发散角很小；（4）高亮度：在单位面积、单位立体角内的输出功率特别大；激光与普通光的根本不同在于激光是一种光子简并度很高的光。
应用：光电技术、激光医疗与光子生物学、激光加工技术、激光检测与计量技术、激光全息技术、激光光谱分析技术、非线性光学、激光化学、量子光学、激光雷达、激光制导、激光分离同位素、激光可控核聚变、激光武器等。
2、望远镜的物镜直径选择根据公式知望远镜物镜的直径影响到一下因素：分辨率、景深直径大则分辨率高，反之则分辨率低；直径大景深小，反之则景深大；3、几何光学的7种误差.单色像差：球差、彗差、场曲、像散、畸变复色像差：位置色差、倍率色差4、全息技术、成像原理、用处全息术是利用“干涉记录、衍射再现”原理的两步无透镜成像法，把从三维物体来的光波前记录在感光材料上（称此为全息图），再按照需要照明此全息图，使原先记录的物光波的波前再现的一种新的照相技术，它是一种三维立体成像技术。
特点：（1）能够记录物体光波振幅和相位的全部信息，并能把他再现出来，应用全息术可以获得与原物相同的立体像；（2）实质上是一种干涉和衍射现象；（3）全息图的任何局部都能再现原物的基本形状。
用处：（1）制作全息光学元件。
全息光学元件实际上是一张用感光记录介质制作的全息图，它具有普通光学元件的成像、分光、滤波、偏转等功能，并有重量轻、制作方便等优点，广泛应用于激光技术、传感器、光通信和光学信息处理等领域；（2）全息显示利用全息术能够再现物体的真实三维图像的特点，是全息术最基本的应用之一；（3）全息干涉计量，例如可用于各种材料的无损检测，非抛光表面和形状复杂表面的检验，研究物体的微小变形、振动和高速运动等；（4）全息存储是一种存储容量大、数据传输速率高和随机存取时间短且能进行并行处理的信息存储方式。
光学设计pw法及例子PPT课件
D/ f'
2u 选双胶合
第20页/共67页
确定基本象差参量
• 球差 • 正弦差 • 位置色差
L'
L'
l'
1 2nK' uK'2
S1 0
K
' SK
SC '
YZ'
yZ'
1 2nK' uK'
S1 0
lF' C
lF'
lC'
1 nK' uK'2
C1 0
第21页/共67页
第22页/共67页
〔五〕、求形状系数Ｑ
Q Q0
P P0 A
Q
Q0
W
K
W0
P P0 ,Q Q0 4.284074
W W0 0.06099
第36页/共67页
〔六〕、求透镜各面的曲率半径
ρ1
ρ2
ρ3
第37页/共67页
〔七〕、求薄透镜各面的曲率半径及象 差
ρ1 ρ2 ρ3
第38页/共67页
〔八〕、薄透镜的结构参数及象差
B在无限远
P
PA
uA1[4WA
h
(u
' Ak
uA1)]
22h(3
2)
W WA uA1h(2 u)Байду номын сангаас
第4页/共67页
求任意物面位置Ｂ的参量
PB P uB1[4WA h(uA' k uA1)] 22 h(3 2) WB u uB1h(2 u)
第5页/共67页
• 三、薄透镜组的象差参量
求P 的极小值P0
P0 P P(W W0 )2 , P 0.85 P0 0 0.85(0 0.1)2 0.0085 令W 0 0.1
浙江大学光学设计ppt
二、平行平板
u1 d l1 n l2’ A1
u2’ A2’
u1’ A1’(A2)
当角度u1不大时，依次对第一面、第二面使用公式
n' n n'− n 令 r1=r2=∞ − = l' l r
即轴向位移
并考虑过渡，得 l 2 ' = l 1 − d
n
1 ∆ l ' = l 2 '+ d − l 1 = d (1 − ) 该式中无 u ，完善成像 n
3
⑦子午平面——包含光轴的平面 ⑧截距：物方截距——物方光线与光轴的交点到顶点的距离 像方截距——像方光线与光轴的交点到顶点的距离 ⑨倾斜角：物方倾斜角——物方光线与光轴的夹角 像方倾斜角——像方光线与光轴的夹角 E I n’>n I’ h A -U U’ φ O C r -L L’
A’
4
分界面有左右，球面有凹凸，光轴有上方下方，区别？ 二、符号规则：规定 a. 光线传播方向：从左向右 b. 线段：沿轴线段(L,L’,r)以顶点O为基准，左负右正 垂轴线段(h)以光轴为准，上正下负 间隔d （O1O2=d)以前一个面为基准，左负右正 c. 角度：光轴与光线组成角度(U,U’) 光轴以锐角方向转到光线，顺时针正逆时针负 光线与法线组成角度(I,I’) 光线以锐角方向转到法线，顺正逆负 光轴与法线组成角度(φ) 光轴以锐角方向转到法线，顺正逆负
19
F’
§1-6 平面与平面系统
20
一、平面镜
一、平面镜的像 一个点 由 得
n' n n'− n − = l' l r l ' = −l nl ' β= =1 n' l
成像完善 A’
光学设计 ppt课件
ppt课件
12
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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28
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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14
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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9
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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。