日本大阪大学光学设计课件4
光学设计光学PPT教案

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引起光感觉的最小亮 度和最低光出射角度
应用:隧道路灯照明
明适应的时间较短,通常为10-3 s-2 min 暗适应的时间较长,通常为20分钟到一个小时
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3 光度学基础
3.1 辐射度学与光度学 3.2 辐通量与光通量 3.3 发光强度 3.4 亮度 3.5 光出射度 3.6 照度 3.7 发光效率 3.8 各个物理量的关联
通量。 单位:流明/球面度(lm/sr)或坎德拉
(cd)。
Iv
d v d
坎德拉是国际单位制(SI)的基本单位,等于一个发射 频率5.4X1014Hz(555nm)的单色光,辐射强度为 1/683(W/sr)的光源的发光强度。
注意:发光强度的概念不能直接应用于不可看作为点
光源的众多光源。
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2 人的视觉
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视神经乳头
中央凹
(最敏感的地方)
黄斑
(密集着椎体细胞的 区域,颜色呈黄色)
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( 盲视 点神 )经
盘 ( 视 神 经 乳 头 )
杆体细胞
锥体细胞
锥体与杆体细 胞的混合系统 双极细胞
神经节 细胞
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2 人的视觉
光线进入人眼的视网膜,杆状细胞和锥状细胞起作用。 杆体细胞和锥体细胞经电化学作用产生脉冲信号。 脉冲信号通过视神经传送到大脑。 从而产生视觉效应,使人们能看到物体。
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1.3.2 辐通量与光通量
International Commission on Illumination (国际照明委员会),简称 CIE
《大学物理光学》PPT课件

1
i
C
2
e AB cos r
e AB BC cosr
'
c
A
e
B
AC ACsini 2etgrsini
2ne sinr λ δ 2n1e sini cosr cosr 2
sini n u1 sinr n 1 u 2
2e λ δ ( n n 1 sinrsini) cosr 2
凸起
(4)牛顿环 R-e R
e
r
λ 明纹 2e kλ 2 λ λ 暗纹 2e ( 2k 1) 2 2 2 2 2 R r (R e)
r R 2 Re e
2 2 2
R>>e
r 2 R e
2
r
2Re
0
明环半径
r
λ ( 2k 1)R 2
k 1,2,3
例题,已知 =500nm 平行单色光垂直入射 a=0.25mm f=25cm 求:(1)两第三级明纹之间的距离 f
x3 o
(2)第三级明条纹的宽度 解: (1)第三级明条纹满足
7 a sinθ 3 λ k3 2 7λ f x3 7 x3 a sinθ 3 λ si nθ 3 2a 2 f
) 菲涅耳衍射(近场衍射 衍射的两大分类 夫琅和费衍射(远场衍 射)
菲涅耳衍射 光源,屏幕 距衍射屏有限远
夫琅和费衍射 光源,屏幕 距衍射屏无限远
S
P
菲涅耳衍射
(近场衍射) 衍射屏
菲涅耳
圆孔 圆屏 单缝 双缝 单边
衍射
圆孔 圆 屏 夫琅和费
单缝 双缝 单边
衍射
光学设计与光学工艺ppt课件

1、光学设计中的材料选择
国内生产光学玻璃材料的厂家
成都光明光电有限公司
上海新沪玻璃厂
国外生产光学玻璃材料的厂家
德国肖特
日本保谷(HOYA)
日本小原(OHARA)等
三、光 学 设 计 注 意 问 题
1 2 3 4 5 6 材料选择的问题
零件技术指标的问题
标准零件图纸的问题 加工工艺及成本的问题 检验方案的问题 加工超差补救的问题
Decenter(偏心)
样板的检测精度,光学设计 偏心包括两种,一种是简单的横 包括光学元件的厚度和机械元件 师应该与光学加工师沟通 支撑的间隔。 向偏心(上、下),另一种是使元 N=λ/2 ,普通的光学加工一般控制 在使用 ZEMAX软件模拟公差时, 件始终保持与机架座接触的“滚 在 5个光圈,较好的精度应该控制 公差操作数 TTHI有两个参数, 动”。两种偏心模型实际上完全不 在3个光圈以内。 表面不规则度可以通过局部 int1是用来定义公差的表面编号, 同。在滚动的情况下,与机架座接 光圈(△ N)来考察,工艺上 而int2 是作为补偿的表面编号, 触良好的左侧半径被良好地校准, 可以做到 0.3个光圈。 表面倾斜只发生的右侧表面上。 最小值和最大值是以镜头长度单 在ZEMAX里TSDX、TSDY用来 位表示的极值偏差。 实际上,有楔角的元件 与 光轴相 模拟一个标准表面的偏心公差,单 对于其机械轴倾斜 位为镜头长度( mm的元件完全相 ),而TEDX、 同,当旋转元件时,元件具有边缘 TEDY是用来模拟一个元件的偏心 厚度差。 公差,可以是标准面也可以是非标 准面,int1、int2定义了一个镜头 组的边界面。
1、光学设计中的材料选择
光学均匀性
b
光学与光学设计讲义word文档

-與光學設計基本概念1. 一般稱為可見光是位於光波帶中400~770 nm (0.1~0.77µ ),而波長較短為藍光,波長較長的為紅光。
波長比可見光短的紫外光(UV),而波長比可見光長的稱為紅外光(IR),一般的光學玻璃或塑膠材料可應用之400~1500nm,而波長更長的IR區域(1.5~15µ )使用的光學材料為鍺或矽。
2. 光學鏡片置於空氣界面中,當光線經過透鏡時,光線會產生穿透與反射現像,而其中一部份會被光學材料吸收。
所以折射率n之材料於空氣中的反射率計算式如下:R(反射率)={(n-1) / (n+1)}2T(穿透率)=(1-R)X X為透鏡的面數,而此計算值時是忽略材料的吸收率。
3. 當鏡片產生反射現像,而此時反射光被別的面再反射或鏡筒內面產生反射而到達成像面時,這會造成降低像質之有害光,而有害光擴大至像面整體時,則會產生某種像,我們稱為鬼影(像)。
而防止鬼影的產生與界面反射的方法:(1)鏡片鍍膜(Coating)( 2)鏡片塗墨。
光線射入n和n’的交界處的情形,有些光線被反射,有些被折射,而產生反射線和折射線,而反射線在同介質中依據光程的極值行進方向,這就是反射現象。
另外折射線在折射率為n的介質裡斜射入折射率為n’的介質時,由於光在不同介質裡的速率不相同,因此就改變了進行方向,這就是折射現象。
如下圖:這些光線都遵守下面這些光學基本原則:•入射線、反射線、折射線和法線在同一平面上。
•入射角i等於反射角r(反射律)。
•入射角i至折射角t的關係必遵循Snell's law由於折射率是波長的函數n(λ),因各單色光的折射率各不相同,所以造成折射方向有所差異,或是說不同波長的光在介質內行進的速度不同所造成,這個現象,稱之為色散(dispersion)。
由上圖,我們定義色散能力(dispersion power) V=1--d c f n n n ,效率愈大,色散效果愈好,稜鏡分光效果較佳。
光学设计ppt课件

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。
大学光学经典课件L1_绪论精品文档48页

在相同介质中有:I nE02
4)相对光强:
I E02
注意:
光强是一个平均值
I
S
n
2c0
E02
5)光强定义为一个平均值的原因
响应时间:能够被感知或被记录所需的最短时间 人眼的响应时间:t0.1s 最好的仪器的响应时间大约: 109s 光波的振动周期:T1015s
学好光学课的重要意义
当今科研前沿的热门学科 光学课程是众多光学方面课程的基础启蒙课程
如:激光原理与技术,量子光学,信息学光纤 光学,集成光学,光谱学,光子开关术全息光 存储技术,光纤通信技术原理,非线性光学, 晶体光学,原子光学,光电信号检测技术等
光学课的特点
内容新:中学学得不多,光学发展很快,新 内容不断涌现
nc/
故
S 0 nE2 n E2
0
c0
真空中电磁波的波动方程: EE0cos(t)
可得:E 2 E 0 2 c o s 2 (t) 1 2 E 0 2 ( 1 c o s (2 (t)))
I S T 10 T c n 0E 2 d t T 10 T c n 0E 0 2c o s 2 (t)d t
tT
人眼和接收器只能感知光波的平均能流密度 有实际意义的是光波的平均能流
三、光 谱
1)单色光:仅有单一波长的光叫单色光,否则 是非单色光。
2)谱密度: d I~d i() dI
d
3)光谱:谱密度随波长变化的分布曲线
I
d
I
i()d
0
大学光学经典课件L10圆孔衍射和圆屏衍射 共29页PPT资料

设:
a
sin1
b
sin2
则: E(P)Cabsi nsin eikr0
若1 2 0,则 0 ,
sin sin 1
E I((P 0,)0)I0(Es0i na)2b(s, iEn (P )2)其E中0s:inI0 sin(abe)ik2r0
I(P0)I0(sin)2
,
asin
§7 夫琅和费单缝和矩孔衍射
3.矩孔衍射的强度公式
O Qxiˆyˆj r ˆ0 co 'i ˆ sco ' ˆ js co 'k ˆs
r r r 0 O r ˆ 0 Q (x co ' y s co ')s
1 b
K
Rbk
Rb
k1
(k1,2,3,)
4)成像公式
由
k2
Rb k
bR
得: 1 1 k R b k2
令: f k2/k12/
11 1 Rb f
5)焦距公式:
f k2/k12/
6)实焦点和虚焦点:
实焦点: f,f/3 ,f/5 ,f/7 ,
1
2
'
,
2
2
'
r (xsi1 n ysi2 n )
E(P) i E(Q)eikrd
r0 0
C ~ e ik 0 r b /2e ik sy i2 n da y /2 e ik sx i1 d n
b /2
a /2
E 3(P 0) A (P 0)ei(0 2 /m )
光学设计 ppt课件

在英语中,透镜、透镜组、镜头等用同一个词(Lens)表示,它可以指单
个镜片,也可以指相装在照相机中那样的整个物镜,有时还泛指包括折射、
反射和折反射系统在p内pt课的件各种光学构件。
8
1.1 名词与概念
光学系统:光学系统经常用来表示由镜 头、反射镜、棱镜、起偏器和检偏器等 诸如此类的元件构成的组合体。单个镜 头也可以看成一个光学系统。
第一章 预备知识
ppt课件
1
ppt课件
2
精品资料
• 你怎么称呼老师?
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点,你 是否会认为老师的教学方法需要改进?
• 你所经历的课堂,是讲座式还是讨论式? • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒,也不怕那风雨狂,只怕先生骂我 笨,没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照,花儿对我笑,小鸟说早早早……”
注意的是在改动这些参数时,镜 头焦距要保持一个恒定值,否则相对 孔径和像高会改变,以至于设计师最 后得到的镜头虽然像质良好,但却已 经不是原设计要求的了。
求取镜头参数的严密数学解非常复杂,几乎不可能完成。设计师所能采
取的最好办法,是利用已有的光学知识,先设定一个初始近似方案,评价其
性能,然后做适当的修ppt课改件,再评价性能。
共轴光学系统:如果系统中各元件表面 (通常为球面或平面)曲率中心都在同 一直线上,则称该光学系统为共轴光学 系统,将曲率中心所在的直线称为光轴。 大部分光学系统都是共轴光学系统,非 共轴系统较少使用。
光线追迹:又称光线的光路计算,就是在已知系统参数和入射光线坐标的 前提下,逐面计算出射光线坐标。光学追迹的目的是为了计算光学系统的 像差值,它是逐面按计算公式精确计算的,这样求得的像差值成为实际像 差值(或像差的精确值)。
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depth of field
Depth of field
Depth of field=range of in focus at the object area
Practice (4)
Let us assume that the permissible circle of confusion is 1/30mm. If we set the focus a 50mm F4 lens to the object 8m away, what is the range of depth of field?
Approximately half of the distance of “just focused object”
Practice (8)
Same permissible circle of confusion 1/30mm, same F-no F4 hyperfocal distances of 50mm, 25mm, 12.5mm lenses?
For digital camera, pitch of pixel decides
For 1/3inch 2Mega Pixel, approx. 3μm
depth of focus
ε= 1/30mm
Depth of focus
Depth of focus=depth of the focus point within permissible circle of confusion
Focusing and Defocus
Focused at infinity
Focused at finite distance
It is impossible to focus at different distance at a same time
So, what is “approximately in focus”?
Hyper-focal Distance
Hyper-focal Distance
Depth of focus which just includes infinity
Used for fixed focus camera (lens with film, very cheap digital camera, cellphone camera)
Approximately 2・F・ε
• Because ε<<f
Effective F-no.
f F D b F D
rad=D
Focal length = f
a
b
If the object is close to the object, we have to use effective F-no. We can not assume b≒f
Depends on F-no and δ
Approximately in focus
Resolution of human vision
5’, 1’, 40’’, etc. (depends on the condition) If 2’ , 0.17mm at 30cm distance is resolved For a photograph with 300mm width, 1/1700
For 35mm camera,ε=1/30mm is commonly used
1/1300 of diagonal length
Digital camera (2/3 inch ~1/3 inch) 8.8x6.6mm ~4.8x3.6mm Diagonal length : 11mm ~6mm
Underwater
camera “Nikonos”
Practice (5)
Permissible circle of confusion is 1/30mm , we use 50mm lens. Set the focus of the lens and the F-number, to focus to the object from 2m to 10m.
Practice (6)
Permissible circle of confusion is 1/30mm. If we set same magnification ratio 1/20 for both 50mm F2 and 25mm F2, are the depth of field different or not?
Practice (9)answer
Permissible circle of confusion:
40mm : 0.04mm, 10mm : 0.01mm 40mm : 10m, 10mm : 2.5m
Hyperfocal distance
Hyperfocal distance is proportional to the image size
Depth of focus indicator
For F:4 , depth of focus is 5m+ ~10m+
Depth of focus
Old Carl Zeiss lens(Germany) for Hasselblad(Sweden)
Depth of focus scale
Practice (5) answer
Lens displacement for 2m object with 50mm lens is 1.282mm lens displacement for 10m object with 50mm lens is 0.251mm Ideal displacement of the lens is the center of two plance, therefore, (1.282 + 0.251)/2 = 0.767mm
Aperture and Defocus Focused at infinity
The smaller aperture, we have smaller defocus
Amount of defocus
d
d
F
“Circle of Confusion” is the radius of defocus on the image plane
Practice (4)answer
For F4 lens, depth of focus at one side is 4/30 [mm] = 0.133mm 50mm lens, focused at 8m, the forward displacement of the lens is 0.314mm Therefore, depth of field is 0.314±0.133mm Focused range is 5.6m~13.9m Depth of field is 8.3m
Design of photographic lens
Shinsaku Hiura Osaka University
Depth of field
Practically, sufficient small defocus could be ignored
Approximately in focus
In this case, lens is focused at 3.3m
Depth of focus is (1.282-0.251) = 1.031mm, so, F-no is decided by 1.031 = 2 * F * 1/30
F = 15.5 (approx. F16)
Several important concepts
Depth of field Depth of image Hyperfocal distance
Defocus
Focused at infinity
Finite tickness (Radius) of entering ray bundle is the source of defocus
50mm : 18.8m 25mm : 4.7m 12.5mm : 1.18m
Depth of field is rapidly (quadratic) deepen for short focal length
Practice (9)
Permissible circle of confusion is 1/1000 of diagonal length of image. We have to image sensors with diagonal length 40mm and 10mm Same field of view (ex. Focal length is same as the diagonal length of image), same F-no Hyperfocal distance?
• 50mm : 977mm - 1025mm • 25mm : 477mm - 525mm
Lens displacement
Depth of field(F2, circle = 1/30mm)
Depth of field is same when F-no and magnification ratio are same
Lens displacement is 1/4 , focused distance is 1/4 If the object is at the same distance, lens displacement is 1/16~1/64