文章目录第一章光学系统光学设计的方法光学系统的使用要求光学系统建模第二章光学系统的像差概要(重点)第三章光学系统的像质评价)重点)特性曲线Fans分辨率点阵图Spot光学传递函数MTF波前像差第四章)公差分析
第一章概要
光学系统的成像性能主要有两个要求：
第一方面)光学特性(物距、物距、入射光瞳、出射光瞳…)第二方面)成像质量设计光学系统包括两个阶段(第一步骤设计简单，第二步骤复杂，反之亦然)。
第一阶段：根据仪器技术要求(性能指标、外形尺寸、重量等技术指标)，由仪器各部分)光学、机械、电路)绘制光学原理图，初步确定外形尺寸、各部分要求的光学特性。 第二阶段：确定各透镜参数(半径、厚度、间距、玻璃参数)，确保光学系统成像质量评估一个光学系统的好坏。
一方面是性能和成像质量，另一方面是系统复杂度的光学设计过程的步骤：
光学系统成像光学系统
存在共轭关系那样的明确的物象，信息传达的真实性(有无变形)和有效性)成为重点
非成像光学系统
照明光学系统在光能传输效率的最大化、照度的大小和照度分布的状况方面有设计点
光学设计的方法解析法定标法解析法
基于一阶相位差理论通过相位差计算求解初始结构参数
缩放法
找到性能参数比较相同的现有结构，并缩放每个尺寸
典型镜头光学设计关系：
同样，qlddr越小，视场角越小，画质越好焦距相同，qlddr越大，视场角越相同，视场角越大，qlddr越小，物镜的焦距越长，结构类型相同的物镜
物距L )同一系统对不同位置的物体进行平面拍摄时，他的拍摄质量不同。 (eg )望远镜拍摄远距离物体，显微镜拍摄指定的物平面，因此必须明确拍摄到的是哪个位置的物平面)
物体高度y或视场角w (实际光学系统不能在整个物体平面上形成清晰的像，只有光轴周围的一定范围被清晰的像包围，因此必须指出有限距离用物体高度h、无限距离用视场角w )的成像范围)。
视角还可以用FOV表示，与焦距的关系如下。 h=f * tan[Theta]； 像高=EFL*tan (半FOV )； EFL是焦距； FOV是视角。
物体侧qlddr角sinU或光束qlddr高h (光学系统qlddr相同，仅对于指定物体平面上的光轴周围的一定范围内的物体点成为清晰的像，所以需要在指定的qlddr内评价系统的画质。 有限远距离使用边缘光线和光轴所成的角sinU，无限远距离用光束qlddr为高h )
qlddr光阑或入射光瞳位置(1-3可以决定轴上的点的成像质量，并且对于离轴的点必须给出入射光瞳或qlddr光阑的位置) )。
注意：在程序中，瞳孔到第一面顶点的距离为系统的初始厚度d1，实际镜头的初始厚度为d2
渐晕系数和各面的光通过半径(渐晕：轴外光束小于轴上光束宽度) ) ) ) ) )。
人为给定的渐变：
1…为了确保离轴点的成像质量，适当减小离轴光束
2 .减小系统大小
第二章光学系统像差概要(重点)像差：反映了光学系统质量的优劣
五种单色像差：球面像差、慧形像差、像散、像面弯曲、畸变两种色差：倍率色像差、位置色像差
场曲和失真的区别：
场曲会影响清晰度，扭曲只会变形，不会影响清晰度
优化方法：
球面像差：使用双粘结或双分离镜组； 使用非球面彗形像差：调节视场光阑； 使用对称结构的光学系统像散：视场光阑的调节； 采用对称结构的光学系统像场弯曲：调节视场光阑； 使用对称结构的光学系统色差：两接合透镜的球面像差操作数SPHA
帧数COMA
像散：操作数ASTI
变形：操作室DIMX
第三章光学系统图像质量评价(重点)图像质量评价
特性曲线Fans 光线像差(xxdgs aberration)
瑞丽范图
描述了不同寒风位置光像高度与主光线高度之差，表明xxdgs fan是光学系统的综合误差
xxdgs fan图的横轴表示归一化后的入射光瞳，纵轴是光线在像面上偏离主光线的值。
光程（optical path）
烂漫的寒风像差（pupil aberration）
分辨率
光学系统的分辨率表示该系统分辨细节的能力
点阵图Spot一个物点通过光学系统后，由于像差的存在，像面上不再是一个结点，而是一个弥散斑，称为点阵图。
用点排列图密集度测量光学系统成像质量
点阵图：从下面可以看到
RMS (均方根半径)
)：能量的集中程度，AIRY（光斑半径） 当 离散斑直径等于或小于lmdwl斑时，点列图就无法进行判断
GEO（几何半径）值越小 成像质量越好
光学传递函数MTF
MTF曲线和坐标轴包围的面积越多，成像质量就越好
利用MTF曲线图评价光学系统的成像质量
MTF曲线越高越好（MTF曲线和坐标轴包围的面积越多，成像质量就越好）MTD曲线越平直越好（说明边缘和中间一致性好）S曲线与T曲线越重合越好（偏移量越小，说明像散越小）低频曲线代表反差特性高频曲线代表镜头分辨率特性光学系统 是一个低通滤波器，高频就截止了
模拟实际生产制造中可能出现的各种误差对系统最终结果的影响
通过对误差的评估，推算出系统中光学加工，装配得允许公差范围以便进行实际生产制造。
光学系统误差评估：
制造：曲率半径，镜片厚度，表面不规则度，中心偏，非球面偏差材料：折射率精度，折射率均匀性， 折射率分布，阿贝数装配： 偏心，间距，倾斜，旋转，各项综合环境：结构，折射率变化，震动，冲击，机械应力设计： 初试误差，范围限制