浙大光学设计案例34页PPT
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光学设计ppt课件
4
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。
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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
光学设计与光学工艺
（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
（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。
透镜和视觉ppt精美课件浙教版
2f>u>f 2、用火柴盒把凸透镜的一半遮掉，光屏上__成
2、凸透镜成像的规律：
（是由折射光线的反向延长线相交的交点
7、移动蜡烛使U<f，再移动光屏，屏上能出现清晰的
像的性质
倒立 缩小 实像
。
倒立 等大 实像
。
倒立 放大 实像
u < f 正立 放大 虚像
像 距 应用 2f>v>f 照相机 v = 2f 测焦距 v > 2f 幻灯机 v > u 放大镜
u<v 幻灯机
u=f
平行光 不成像
探照灯
u<f 正立 放大 虚像
同侧 V>u 放大镜
1、在实验中，所用凸透镜的焦距f= 20cm， （1）想用光屏看到一个缩小的像，应把蜡烛
放在离凸透镜 __大_于__4_0__ 厘米的地方； （2）若把蜡烛从离40cm的地方移到25cm的
地方,像距 _变__大___， 像的大小 _变_大___； （“变大、变小、 不变”）
的像成在了光屏上方，为了使蜡烛的像能成在
（2）若把蜡烛从离40cm的地方移到25cm的
u = 2f 凸透镜成像的原理:
（2）由于物距小于或等于焦距，凸透镜不能
3、移动蜡烛使U=2f，再移动光屏，使屏上出现清晰
（填“能”或“不能”）
②、凡是虚像是正立的，与物体在透镜同侧，
完整的像（填“能”或“不能”），光屏上像的亮度变
（“变大、变小、 不变”）
应放在离凸透镜 ________ 厘米的地方。
物体经凸透镜所成像的大小、正倒跟物体
3、移动蜡烛使U=2f，再移动光屏，使屏上出现清晰
4、移动蜡烛使U>2f，再移动光屏，使屏上出现清晰
光学作图专题PPT课件
S
A
分步播放
自动播放
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
A
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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
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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
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例6:下图中S为点光源，画出反射光线经过A点的 光路图
•。
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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
浙大光学设计案例 ppt课件
岑兆丰 李晓彤
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室， 浙江大学光学工程研究所
PPT课件
1
PPT课件
2
数码相机镜头系列
视场 2w＝60° 孔径 F1.5
2 plastic lens 4个非球面
Requirement:3MPx ,1/3inch CCD or CMOS镜头 2 plastic and 2 glass wide viewing FF lens for DSC
6
Use on135 camera , 2w＝180°Fish ball viewing lens
没有采用非球面
PPT课件
7
显微镜系列
常规消色差生 物显微镜物镜
Biological microscope with.without color abberation
PPT课件
8
5～30倍连续变倍生物显微镜物镜 Continuous varifocal lens for biological microscope With 5 – 30 X zoom rate
PPT课件
18
激光照排光学系统
PPT课件
19
原子吸收分光光度计光学系统
光谱分辨率0.1nm
PPT课件
20
279.2nm 279.5nm
-1E+003
0.0
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 279.8nm 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
1E+003
PPT课件
21
色谱仪光学系统，光谱分辨率1nm
PPT课件
4
四倍光学变焦，可见到近红外CCTV监控镜头 镜头没有使用非球面。但仍然达到很高的成像质量
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室， 浙江大学光学工程研究所
PPT课件
1
PPT课件
2
数码相机镜头系列
视场 2w＝60° 孔径 F1.5
2 plastic lens 4个非球面
Requirement:3MPx ,1/3inch CCD or CMOS镜头 2 plastic and 2 glass wide viewing FF lens for DSC
6
Use on135 camera , 2w＝180°Fish ball viewing lens
没有采用非球面
PPT课件
7
显微镜系列
常规消色差生 物显微镜物镜
Biological microscope with.without color abberation
PPT课件
8
5～30倍连续变倍生物显微镜物镜 Continuous varifocal lens for biological microscope With 5 – 30 X zoom rate
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18
激光照排光学系统
PPT课件
19
原子吸收分光光度计光学系统
光谱分辨率0.1nm
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20
279.2nm 279.5nm
-1E+003
0.0
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 279.8nm 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
1E+003
PPT课件
21
色谱仪光学系统，光谱分辨率1nm
PPT课件
4
四倍光学变焦，可见到近红外CCTV监控镜头 镜头没有使用非球面。但仍然达到很高的成像质量
浙江大学 应用光学课件
几何光学 光的传播————》光线传播
• 一、光的直线传播定律：光在各向同性的均匀 介质中沿直线传播。
衍射：sinα=Kλ/D
当λ——>0时，波动光学——》几何光学
• 二、光的独立传播定律：以不同途径传播的光同时在 空间某点相遇时，彼此互不影响，独立传播。相遇处 的光强度是简单地相加，总是增强的。
屏上被两发光点同时照亮 区域的照度等于二发光点 产生的照度之和。
2
§1－3 费马原理
• 费马原理从光程的观点来描述光传播的规律， 是几何光学最基本的定律。
• 一、光程——光线在介质中传播的距离与该介质 折射率的乘积。
• 1.均匀介质中， s＝nl
• 由于n＝C/v, l＝vt, 所以 s＝Ct
• ——光线在介质中传播的光程等于光线从一点到另 一点传播的时间与在真空中传播速度的乘积。
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
§2-2 折射球面
A -U
E I
I’ h
φ
r -L
n’>n
U’
A’
L’
一、由折射球面的入射光线求出射光线 即已知：r, n, n’,L, U 求 ： L’, U’
利用三角形相似、折射定律及U+I=U’+I’=φ 得
反射定律是折射定律当n’= - n时的特殊情况
C
-I” I
O I’
nQ n’
空气中反射时，可认为 n=1, n’= - 1
利用以上定律，可解决光经任何界面 后继续传播的问题，是整个应用光学 的基础
B
几何光学
四大定律
全反射
•
反射——一定存在
• 一、光的直线传播定律：光在各向同性的均匀 介质中沿直线传播。
衍射：sinα=Kλ/D
当λ——>0时，波动光学——》几何光学
• 二、光的独立传播定律：以不同途径传播的光同时在 空间某点相遇时，彼此互不影响，独立传播。相遇处 的光强度是简单地相加，总是增强的。
屏上被两发光点同时照亮 区域的照度等于二发光点 产生的照度之和。
2
§1－3 费马原理
• 费马原理从光程的观点来描述光传播的规律， 是几何光学最基本的定律。
• 一、光程——光线在介质中传播的距离与该介质 折射率的乘积。
• 1.均匀介质中， s＝nl
• 由于n＝C/v, l＝vt, 所以 s＝Ct
• ——光线在介质中传播的光程等于光线从一点到另 一点传播的时间与在真空中传播速度的乘积。
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
§2-2 折射球面
A -U
E I
I’ h
φ
r -L
n’>n
U’
A’
L’
一、由折射球面的入射光线求出射光线 即已知：r, n, n’,L, U 求 ： L’, U’
利用三角形相似、折射定律及U+I=U’+I’=φ 得
反射定律是折射定律当n’= - n时的特殊情况
C
-I” I
O I’
nQ n’
空气中反射时，可认为 n=1, n’= - 1
利用以上定律，可解决光经任何界面 后继续传播的问题，是整个应用光学 的基础
B
几何光学
四大定律
全反射
•
反射——一定存在
浙江大学光学设计ppt
21
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’
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
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F’
§1-6 平面与平面系统
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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’