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光设置的基础:分析光学系统的设计要求

任何一种光学仪器的使用和使用条件都会对其光学系统提出要求,可以概括为以下几个方面。

光学系统的基本特性

光学系统的基本特性是:数值孔径或相对孔径、线性场和场角、系统的放大率和焦距。此外,还有一些与这些基本特征有关的特征参数,如瞳孔的大小和位置、后向工作距离和共轭距离等。系统的外形尺寸

系统的外形尺寸是指系统的横向尺寸和纵向尺寸。在设计复杂的光学系统时,边界尺寸的计算和光组间光瞳的连接是非常重要的。成像质量

成像质量的要求与光学系统的使用有关。不同的光学系统根据其用途对成像质量有不同的要求。对于望远镜系统和普通显微镜,它们只要求中心场的成像质量。但是对于摄影镜头来说,它们需要具有良好成像质量的整个视场。

、4、仪器

的使用条件,在考虑光学系统要求时,必须考虑技术和物理的可能性。如生物显微镜的放大倍数必须达到500NA≤Г≤1000NA,望远镜的视觉放大必须考虑望远镜系统和眼睛的极限分辨率。

光学系统的设计过程

光学系统设计是指根据使用条件确定满足使用需要的各种数据,也可以说是确定光学系统的性能参数、外形尺寸和光组结构。光学设计过程可分为:边界尺寸计算、初始结构计算、像差校正与平衡、像质校正与平衡。

1.外形尺寸的计算

我们应该编制光学系统的原理图,确定光学特性以满足技术的需要,即确定放大率、焦距、线性场和场角、数值孔径或相对孔径、共轭距离,后工作距离、隔板位置及外形尺寸。因此,我们通常称此步骤为边界尺寸计算。根据理想光学系统理论和计算公式进行了计算。计算时必须注意机械结构和电气系统,以防机械结构失效。在保证各项性能合理的前提下,过高的要求会导致复杂的设计结果和较高的成本,过低的要求会导致设计不尽如人意。起爆构造计算、选择和确定的两种方法:

(1)根据初级像差理论求解起爆构造。

这种求解起爆结构的方法是根据起爆结构的基本特征和初级像差理论,通过计算来满足起爆结构的成像质量。

(2)从现有数据中选择起爆结构是一种实用而成功的方法,因此被许多光学设计人员广泛采用。但这就要求设计人员具备丰富的光学理论知识和设计经验,从众多复杂结构中选择简单合理的起爆结构。选型在设计中起着非常重要的作用。一个成功的设计,有良好的自动化布局程序和经验丰富的设计师,离不开一个良好的启动结构。像差的校正与平衡

选择起爆结构后,用计算机通过光学程序计算光程,得到所有的像差和像差曲线。通过对像差数据的分析,找出哪些像差会影响光学系统的成像质量,进而找到一些像差校正的方法。像差的校正和平衡是一个重复的过程,直到达到成像质量的要求。图像评价

光学系统的成像质量与像差的大小有关,光学设计的目的是校正光学系统的像差。然而,任何一种光学系统都不可能也没有必要将像差校正为零,必然存在残余像差,不同的残余像差具有不同的成像质量。因此光学设计人员必须了解各种光学系统的允许值和像差公式,才能根据残差的大小来判断光学系统的成像质量。











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