光学设计总结

1.什么是光学设计？

所谓光学系统设计，就是根据仪器所提出的使用要求，设计出光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。

2.光学设计工作内容？

光学设计所要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。

3.光学设计各个阶段的主要内容？

（1）. 根据仪器总体的技术要求，拟定光学系统的原理图，并初步计算系统的外形尺寸。称为“初步设计”或者“外形尺寸计算”；

（2）. 根据初步设计的结果，确定每个透镜组的具体结构参数。称为“像差设计”或称“光学设计”。

4.光学系统设计的一般过程和步骤？

一、光学系统设计的一般过程

1、制定合理的技术参数；

2、光学系统总体设计和布局；

3、光学部件（光组、镜头）的设计；

一般分为选型、确定初始结构参数、像差校正三个阶段。

（1）选型;

（2）初始结构的计算和选择；

A、解析法；

B、缩放法；

（3）像差校正、平衡与像质评价。

4、长光路的拼接与统算；

5、绘制光学系统图、部件图和光学零件图；

6、编写设计说明书；

7、必要时进行技术答辩。

二、光学设计的具体设计步骤

1、选择系统的类型；

2、分配元件的光焦度和间隔；

3、校正初级像差；

4、减小残余像差(高级像差)。

5.光学仪器对光学系统的性能和质量要求

一、光学系统的基本特性

二、系统的外形尺寸

三、成像质量

四、仪器的使用条件与环境

此外，在进行光学系统设计时，还要考虑它应具有良好的工艺性和经济性。

1.什么是孔径？什么是视场？

2.七种像差的基本概念、怎样表示、特点、初级像差描述形式、基本校正方法？

像差：实际像与理想像之间的差异

（1）球差

概念：轴上点发出的同心光束经光学系统各个球面折射以后，不再是同心光束，其中与光轴成不同角度的光线交光轴于不同的位置上，相对于理想像点有不同的偏

离，这种偏离称之为球差。

表示：或

特点：

初级球差描述形式：

式中，称为初级球差系数(也称第一赛得和数)，为每个面上

的初级球差分布系数。

危害：球差使得在高斯像面上得到的不是点像而是一个圆形弥散斑。

校正：鉴于正负透镜产生不同符号的球差，因此，欲获得一个消球差的系统，必须以正、负透镜适当组合才有可能，最简单的形式有双胶合光组和双分离光组。

球差是孔径的偶次方函数，因此，校正球差只能使某带的球差为零。

对于仅含初级和二级球差的光学系统，当对边缘光校正球差时，在

h=0.707hm的带光具有最大的剩余球差。其值是边缘光高级球差的-1/4。（2）彗差

概念：轴外物点发出的宽光束，经透镜成像后不再交于一点而是形成一种不对称的成彗星状的弥散斑。

表示：子午彗差

弧矢彗差

特点：由于彗差是轴外物点以宽光束成像时所产生的一种单色像差。

因此，它一方面随视场大小而变化；另一方面，对于同一视场，它又随孔径的

不同而变化。

慧差的展开式为

第一项为初级彗差，第二项为孔径二级彗差、第三项为视场二级彗差

初级像差描述形式：初级子午彗差

初级弧矢彗差

危害：彗差使一点的像成为彗星状弥散斑，使能量分散，从而影响成像质量。

校正：彗差能够通过移动光阑和有选择的增加透镜来消除

通过移动孔径光阑或选择增加透镜来控制彗差

（3）像散

概念：轴外物点沿主光线的细光束锥中，子午面上的子午光束在主光线上的会聚点t '与弧矢面上的弧矢光束在主光线上的会聚点s '各处于主光线上的不同位置，这种现象称为像散现象，与像散现象产生相应的成像缺陷，就是像散。

表示：细光束

宽光束

特点：像散是成像物点远离光轴时反映出来的一种像差，并且随着视场的增大而迅速增大。

所以对大系统的轴外点，即使是以细光束成像，也会因此而不能清晰。

像散是以子午像点和弧矢像点之间的距离来描述的

初级像差描述形式：

危害：严重影响成像质量

校正：

（4）场曲

概念：子午像面和弧矢像面偏离于高斯像面的距离。

表示：子午场曲

弧矢场曲

特点：细光束的场曲与孔径无关，只是视场的函数。

初级像差描述形式：

危害：当有场曲时，在高斯像面上超出近轴区的像点都会变得模糊。

校正：正负光焦度分离是校正匹兹伐和数的唯一有效的方法

（5）畸变

概念：在一对共轭平面上的垂轴放大率不为常数时,就会使物、像失去了相似性，这种成像缺陷即为畸变。

表示：用线畸变表示：

在光学设计中，通常用相对畸变来表示：

特点：由畸变的定义可知，畸变是垂轴像差，它只改变轴外物点在理想像面上的成像位置，使像的形状产生失真，但不影响像的清晰度。

初级像差描述形式：

危害：使像的形状产生失真

校正：

（6）位置色差

概念：描述轴上点用两种色光成像的位置差异的色差

表示：

特点：位置色差仅与孔径有关，故其级数展开式仅与孔径的偶次方有关，当孔径（或）为零时，色差不为零，故展开式中有常数项，

初级像差描述形式：

危害：位置色差严重影响成像质量

校正：用不同的玻璃做成正透镜和负透镜，把它们组合在一起，就可以消除色差。实际光学系统中所使用的透镜组，都是由正负透镜组合起来的。

光学系统是否消色差，取决于是否为零。

（7）倍率色差

概念：两种色光有不同的放大率，对同一物体所成的像也就不同，这就是倍率色差。

表示：

特点：

初级像差描述形式：

危害：倍率色差使物体像的边缘呈现颜色，影响成像清晰度

校正：

3.七种像差哪些仅与孔径有关、哪些仅与视场有关、哪些与孔径与视场都有关？

仅与孔径有关：球差、位置色差、（正弦差）

仅与视场有关：像散、畸变、倍率色差、细光束的场曲

与孔径与视场都有关：彗差、宽光束的场曲

4.标注图中像差？