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非球面镜头设计
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非球面镜头设计

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    光学系统设计就是根据客户使用条件,来决定满足使用要求的各种方案,即光学系统的结构形式、性能参数、外形尺寸等。我们可以为客户提供独特的、专业的、批量化定制光学系统设计。

    光学设计过程分为四个个阶段:外形尺寸计算、初始结构计算、象差校正和平衡以及象质评价。

一、外形尺寸计算

    设计拟定出光学系统原理图,确定基本光学特性,使满足给定的技术要求,即确定放大倍率或焦距、线视场或角视视场、数值孔径或相对孔径、共轭距、后工作距离光阑位置和外形尺寸等。在计算时一定要考虑机械结构和电气系统,以防止在机构结构上无法实现。每项 性能的确定一定要合理,过高要求会使设计结果复杂造成浪费,过低要求会使设计不符合要求。

二、初始结构的计算和选择

初始结构的确定常用以下两种方法:

    1.根据初级象差理论求解初始结构

    2。从已有的资料中选择初始结构

    这是一种比较实用又容易获得成功的方法。但其要求设计者对光学理论有深刻了解,并有丰富的设计经验,只有这样才能从类型繁多的结构中挑选出简单而又合乎要求的初始结构。一个不好的初始结构,再好的自动设计程序和有经验的设计者也无法使设计获得成功。

三、象差校正和平衡

    初始结构选好后,要在计算机上用ZEMAX、CODEⅤ等软件对光学系统进行分析和光路追迹,算出全部象差及各种象差曲线。从象差数据分析就可以找出主要是哪些象差影响光学系统的成象质量,从而找出改进的办法,开始进行象差校正。象差分析及平衡是一个反复进行的过程,直到满足成象质量要求为止。


四、象质评价

    光学系统的成象质量与象差的大小有关,光学设计的目的就是要对光学系统的象差给予校正。但是任何光学系统都不可能也没有必要把所有象差都校正到零,必然有剩余象差的存在,剩余象差大小不同,成象质量也就不同。因此光学设计者必须对各种光学系统的剩余象差的允许值和象差公差有所了解,以便根据剩余象差的大小判断光学系统的成象质量。评价光学系统的成象质量的方法很多,下面简单介绍一下象质评价的方法。

1.瑞利判断

    实际波面与理想波面之间的最大波象差不超过1/4 波长。其是一种较为严格的象质评价方法,适用于小象差系统如:望远镜、显微物镜等。

2。光学传递函数MTF

    此方法是基于把物体看作是由各种频率的谱组成的。把光学系统看作是线性不变系统,这样,物体经光学系统成象,可视为不同频率的一系列正弦分布线性系统的传递。传递的特点是频率不变,但对比度下有所下降。对比度的降低和位相的推移随频率而异,它们之间的函数关系称为光学传递函数。由于光学传递函数与象差有关,故可用来评价光学系统成象质量。它具有客观、可靠的优点,并且便于计算和测量,它不仅能用于光学设计结果的评价,还能控制光学系统设计的过程、镜头检验、光学总体设计等各方面。


    光学系统设计就是根据客户使用条件,来决定满足使用要求的各种方案,即光学系统的结构形式、性能参数、外形尺寸等。我们可以为客户提供独特的、专业的、批量化定制光学系统设计。

    光学设计过程分为四个个阶段:外形尺寸计算、初始结构计算、象差校正和平衡以及象质评价。

一、外形尺寸计算

    设计拟定出光学系统原理图,确定基本光学特性,使满足给定的技术要求,即确定放大倍率或焦距、线视场或角视视场、数值孔径或相对孔径、共轭距、后工作距离光阑位置和外形尺寸等。在计算时一定要考虑机械结构和电气系统,以防止在机构结构上无法实现。每项 性能的确定一定要合理,过高要求会使设计结果复杂造成浪费,过低要求会使设计不符合要求。

二、初始结构的计算和选择

初始结构的确定常用以下两种方法:

    1.根据初级象差理论求解初始结构

    2.从已有的资料中选择初始结构

    这是一种比较实用又容易获得成功的方法。但其要求设计者对光学理论有深刻了解,并有丰富的设计经验,只有这样才能从类型繁多的结构中挑选出简单而又合乎要求的初始结构。一个不好的初始结构,再好的自动设计程序和有经验的设计者也无法使设计获得成功。

三、象差校正和平衡

    初始结构选好后,要在计算机上用ZEMAX、CODEⅤ等软件对光学系统进行分析和光路追迹,算出全部象差及各种象差曲线。从象差数据分析就可以找出主要是哪些象差影响光学系统的成象质量,从而找出改进的办法,开始进行象差校正。象差分析及平衡是一个反复进行的过程,直到满足成象质量要求为止。


四、象质评价

    光学系统的成象质量与象差的大小有关,光学设计的目的就是要对光学系统的象差给予校正。但是任何光学系统都不可能也没有必要把所有象差都校正到零,必然有剩余象差的存在,剩余象差大小不同,成象质量也就不同。因此光学设计者必须对各种光学系统的剩余象差的允许值和象差公差有所了解,以便根据剩余象差的大小判断光学系统的成象质量。评价光学系统的成象质量的方法很多,下面简单介绍一下象质评价的方法。

1。瑞利判断

    实际波面与理想波面之间的最大波象差不超过1/4 波长。其是一种较为严格的象质评价方法,适用于小象差系统如:望远镜、显微物镜等。

2。光学传递函数MTF

    此方法是基于把物体看作是由各种频率的谱组成的。把光学系统看作是线性不变系统,这样,物体经光学系统成象,可视为不同频率的一系列正弦分布线性系统的传递。传递的特点是频率不变,但对比度下有所下降。对比度的降低和位相的推移随频率而异,它们之间的函数关系称为光学传递函数。由于光学传递函数与象差有关,故可用来评价光学系统成象质量。它具有客观、可靠的优点,并且便于计算和测量,它不仅能用于光学设计结果的评价,还能控制光学系统设计的过程、镜头检验、光学总体设计等各方面。

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