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第八章 典型光学系统 应用光学教学课件

第八章 典型光学系统  应用光学教学课件
D/f物 称为物镜的相对孔径。
为什么不直接用光束口径,而采用相对孔径来代表望远物镜的 光学特性?? 是因为相对孔径近似等于光束的孔径角2U’max. 相对孔径越大,U’max越大,象差也就越大。为了校正像差, 必须使物镜的结构复杂化。 相对孔径代表物镜复杂化的程度
3. 视场 系统所要求的视场,也就是物镜的视场
材料容易制造,特别对大口径零件更是如此
大口径的望远镜都采用反射式 反射望远镜在天文望远镜中应用十分广泛 反射表面磨制的要求是很高的,再加上需经常重新镀反射面及部件组装、校
正的困难,反射系统在科普望远镜中应用受到限制
1.牛顿系统 一个抛物面和一块与光轴成45度的平面反射镜构成 2 格里高里系统 一个抛物面主镜和一个椭球面副镜构成
二 望远系统的放大率及工作放大率
1、望远系统的分辨率:用极限分辨角φ表示 按瑞利判断:φ=140″/D 按道威判断:φ=120″/D 即:入射光瞳直径D越大,极限分辨率越高。
2、视觉放大率和分辨率的关系 φ Г=60″,Г=60″/φ=D/2.3 望远镜的视放大率越大,它的分辨精度就越高 3、有效放大率(正常放大率):望远镜的正常放大率应使
第八章 典型光学系统
3、眼睛的光学参数:
标准眼: 根据大量的测量结果,定出了眼睛的各项光学常数,
包括角膜、水状液、玻状液和水晶体的折射率、各光学 表面的曲率半径、以及各有关距离。
简约眼:把标准眼简化为一个折射球面的模型
二、眼睛的调节及校正
1、眼睛的调节原理? 折射球面r的改变
远点距,肌肉完全放松时,眼睛所能看到的最远lr 近点距,肌肉最紧张时,眼睛所能看到的最近点lp
3. 一望远物镜焦距为1m,相对孔径为1:12,测出出瞳 直径为4mm,试求望远镜的放大率和目镜焦距。

第八章 光学系统成像质量评价

第八章  光学系统成像质量评价

3、非球面透镜
4、变折射率透镜:
中间折射率大
大孔径产生的球差
加发散透镜消除球差
球差
§8-4 轴外像点的单色像差
• 子午面:主光线(轴外物点)和光轴决定的平面
子午平面内的光束称子午光束
• 弧矢面:过主光线和子午面垂直的平面
弧矢平面内的光束称弧矢光束
彗差
轴上点:由于是共轴球面系统,通过光轴的任意截面内的光束 结构均相同;轴外点:只存在一个对称平面。为简化问题,用 两个平面光束的结构近似代表整个光束的结构。 彗差:是轴外物点发出宽光束通过光学系统后,由于球差的影 响而不再对称,不能会聚到一点,相对于主光线失去对称性而 产生的。
几何光学方法:几何像差、波像差、点列图、光学传递函数等; 物理光学方法:点扩散函数,相对中心光强,物理光学传递函数
分辨率检验: 分辨率:光学系统成像时所能分辨的最小间隔δ 空间频率:δ的倒数 星点检验: 一个物点通过光学系统成像后,根据弥散斑的大小和能 量分布的情况,可以评判系统的成像质量
,单位:lp/mm 5m 200lp/mm
δT’= δL’ tanU’
存在球差时的像点形状
最小弥散圆
球差(Spherical aberration):
L' Lm 'l '
轴上像点的单色像差——球差

球差是轴上点唯一的单色像差;还有色差 LFC
对于单透镜来说,U越大则球差值越大
单透镜自身不能校正球差
-Umax A
hmax
h
彗差的方向有两种:
尖端指向视场中心的称为正彗差 尖端指向视场边缘的称为负彗差
彗差对成像的影响:
影响像的清晰度,使成像的质量降低。彗差对于 大孔径系统和望远系统影响较大。 彗差的大小与光束宽度、物体的大小、光阑位 置、光组内部结构(折射率、曲率、孔径)有关 对于某些小视场大孔径的系统(如显微镜), 常用“正弦差”来描述小视场的彗差特性。

课件工程光学-08典型光学系统.ppt

课件工程光学-08典型光学系统.ppt

1.0
0.8
光谱光效率
为什么暗环境下能
0.6
做饭、洗衣,但不
0.4
能描龙绣凤?
0.2
2024/10/8
0.0 400 500 600 700 800
l(nm)
光谱光效率函数曲线
第七章 光度学基础
7
§8.1.5 眼睛的分辨率
眼睛刚能分辨开二个很靠近点的能力称为眼睛的分辨率。 二者成反 比
刚能分辨的二个点对眼睛物方节点的张角称为极限分辨角。
瞄准精度和前面讲到的分辨率是不是一个概念?
瞄准精度随所选取的瞄准标志而异,最高精度可达人眼分辨率的1/6到1/10。
二实线重合 60
2024/10/8
二直线端部对准 叉线对准单线
(10~20)
10
第七章 光度学基础
双线对称夹单线 (5~10)
9
§8.1.7 眼睛的立体视觉
眼睛观察空间物体时,能区别它们的相对远近而具有立体视觉。简称体视。 C
若以50%渐晕点为界来决定线视场2 y
F
2 y 2B2F
f tanW2
f h d
250 f
2 y 500h d
W F
f 眼瞳
W3W2 W1 2a 2h
眼瞳
d
2024/10/8
第七章 光度学基础
14
讨论:
逢年过节,要买放大镜孝敬老人, 该如何选择其放大倍率?
2y h
2y 1
2y 1 d
(2)与照明光谱成份有关:单色光分辨率高(眼睛有色差); (3)与视网膜上成像位置有关,黄斑处分辨率最高。
对眼睛张角小物体的要借助望远镜或显微镜等仪器,仪器 应有适当的放大率,使能被仪器分辨的也能被眼睛分辨。

第八章 常见光学系统

第八章 常见光学系统
第八章 常见光学系统
光学仪器
❖ 成像系统 ❖ 照明系统
视角放大率:通过一定光学系统看物体时, 其像对眼睛的张角的正切与直接看物体对眼 睛张角的正切之比。
照明系统
❖ 临界照明 ❖ 柯拉照明
照明系统
❖ 临界照明:
– 把灯丝通过聚光镜成像在观察物体上
照明系统
❖ 柯拉照明:
– 灯丝像通过聚光镜成像在投射镜上 – 光阑通过投射镜成像在定焦面上
x1

dx'2 f 2 f '2
dx1
f1 f '2
1 f1
f2 '
在空气中:
f2'
f1 '
f '22
f '12
f1 '
f2 '
望远镜的视角放大率
M tan' f '1
tan
f '2
❖ 如果物镜的焦距大于目镜的焦距,通过望 远镜观察远处的物体时,在眼睛视网膜上 所成的像将得到放大。
0 250 2 0.00029 0.145
0
0.5
NA
0.5 M 0.145
NA
当取 = 0.00055mm 527NA M e
500NA M e Me 为有效放大率
望远镜Telescope
❖ 用于观察远距离物体的目视光学仪器, ❖ 把物方对眼睛很小的张角按一定倍率放
大,在像空间与眼睛形成较大的张角, 使眼睛能够分辨。
放大镜的放大率——视角放大率
❖ 通过放大镜观察物体时,物体所成 的像对眼睛张角的正切与直接观察 物体事物体对眼睛所张角的正切的 比。
放大镜
放大镜光路图
B’ y’

《光学系统CAD》课件

《光学系统CAD》课件

光学系统CAD的未来应用
光通信领域
随着5G、6G等通信技术的发展,光学系统CAD在光通信领域的应 用将更加广泛,涉及光器件设计、光波导结构优化等方面。
生物医疗领域
光学系统CAD在生物医疗领域的应用将逐渐增多,涉及光学成像、 光学生物传感器等方面。
智能驾驶领域
随着智能驾驶技术的发展,光学系统CAD在智能驾驶领域的应用将 更加重要,涉及车载摄像头、激光雷达等方面。
VS
光学系统CAD通过建立数学模型和仿 真,对光学系统的性能进行预测和优 化。它能够大大提高设计效率,缩短 产品研发周期,降低研发成本,提高 产品质量。
光学系统CAD的重要性
光学系统CAD在现代光学产业中具有 举足轻重的地位。随着科技的不断进 步,光学系统的设计和制造变得越来 越复杂,对精度和性能的要求也越来 越高。
光学系统CAD的未来挑战
复杂光场模拟
随着光学系统的复杂度增加,如何准确模拟复杂光场成为 光学系统CAD面临的重要挑战。
高精度制造
随着光学元件的精度要求不断提高,如何实现高精度制造 成为光学系统CAD面临的挑战之一。
多学科交叉
光学系统CAD涉及多个学科领域,如何实现多学科的交叉 融合,提高设计的综合性能,是未来需要解决的问题。
05
光学系统CAD的未来展望
光学系统CAD的发展趋势
技术融合
随着光学、计算机科学和数学的交叉发展, 光学系统CAD将进一步融合多种技术,实现 更高效、精确的光学设计。
智能化
人工智能和机器学习在光学系统CAD中的应用将更 加广泛,实现自动化设计、优化和仿真,提高设计 效率。
云端化
光学系统CAD将逐渐向云端化发展,实现数 据共享、远程协作和实时更新,提高设计协 同性。

第八章 光学系统的像质评价和像差公差

第八章 光学系统的像质评价和像差公差

第二节 分辨率
★ 分辨率——反映光学系统能分辨物体细节的能力,可用来 评价光学系统的成像质量。
★ 瑞利指出“能分辨的两个等亮度点间的距离对应艾里斑的 半径”,即一个亮点的衍射图案中心与另一个亮点的衍射图案 的第一暗环重合时,这两个亮点则能被分辨。
如 图 8-3b 。 这 时 在 两 个 衍 射图案光强分布的叠加曲线 中有两个极大值和一个极小 值,其极大值与极小值之比 为 1:0.735 , 这 与 光 能 接 收 器 (如眼睛或照相底板)能分 辨的亮度差别相当。若两亮 点更靠近时,如图8-3c,则光 能接收器就不能再分辨出它 们是分离开的两个点。
图8-8 光学系统的调制传递函数计算实例
下面简要介绍两种利用调制传递函数评价成像质量的方法。
一、利用MTF曲线来评价成像质量
MTF表示各种不同频率的正弦强度分 布函数经光学系统成像后,其对比度(即 振幅)的衰减程度。当某一频率的对比度 下降到零,说明该频率的光强分布已无
亮度变化,即该频率被截止。这是利用 光学传函评价成像质量的主要方法。
瑞利判断和中心点亮度是从不同角度提出的像质评价方法, 研究表明,对一些常用的像差形式,当最大波像差为λ/4时,其 中心点亮度S.D约等于0.8,表明这两种评价方法是一致的。
斯托列尔准则同样是一种高质量的像质评价标准,也只适用 于小像差系统。但由于其计算相当复杂,在实际中不便应用。
现代光学设计软件不仅能计算中心点亮度,而且能绘制任一
★ 任何光学系统都不可能,也没有必要把所有的像差都校正 为零,必然还残存有剩余像差,故有必要讨论各种光学系统所 允许存在的剩余像差值及像差公差的范围。
第一节 瑞利(Reyleigh)判断和中心点亮度
一、瑞利判断
瑞利判断是根据成像波面相对理想 球面波的变形程度来判断光学系统的 成像质量.瑞利认为“实际波面与参 考球面波之间的最大波像差不超过 λ/4 时 , 光 学 系 统 的 成 像 质 量 是 良 好 的”.

应用光学第八章 光学系统成像质量评价

应用光学第八章 光学系统成像质量评价
球差(Spherical aberration) 慧差(Coma) 像散(Astigmatism) 场曲(Field curvature) 畸变(Distortion)
色差(Chromatic aberration)
轴向色差(Axial chromatic aberration) 垂轴色差(Chromatic difference of magnification)
球差:不同孔径光线对理想像点的距离称为球差。
L' L'l'
符号规则:光线聚焦点在理想像点右方为正,左方为负。 通常用1.0,0.85,0.707,0.5,0.3孔径的球差来描述整个光束的结构。
球差的消除
球差的大小与物点位置和成像光束的孔径角有关。 球差的消除:
利用正、负透镜组合,可以消除球差。 非球面透镜
弧XS矢’ 。场表曲示:此弧光矢线光对线交对点交与点理B想S’离像理平想面像的平偏面离的程轴度向。距离 弧矢慧差:光线对交点BS’离开主光线的垂直距离KS’ 。表
示此光线对交点偏离主光线的程度,即弧矢光线相对于主 光线不对称的程度。 细想像光平束面弧的矢轴场向曲距:离当x光s’束。的宽度趋于零,其交点Bs’离理 轴外弧矢球差:不同宽度弧矢光线对的弧矢场曲和细光束 弧矢场曲之差。表示了细光束与宽光束交点前后位置的差。
8-9 光学传递函数
光学系统是一个空间不变的线性系统。
光学
分解
系统
合成
物面
物点
弥散斑
像面
假定每个弥散斑的形状相同,其光强度与相应物点的光强 度成正比。这样的系统我们称为空间不变的线性系统。
光学传递函数理论的出发点
分解
光学 系统
合成
物面强

第19次课(第八章)工程光学分析

第19次课(第八章)工程光学分析

分辨率与分辨角成反比。
物体对人眼的张角,称作视角;人眼能分辨的物点间最小视角,称作 视角分辩率ε。(点目标:60 ″;线目标:10 ″ )
f 16.68mm
0.006 206000 60
16.68
工程光学
第一节 眼睛及其光学系统
(上) 四、眼睛的对准精度
第五级北航仪器 光电学院
★对准——垂直于视轴方向的重合 或置中过程
工程光学
第三节 显微镜系统
(上)
显微镜的组成:
第五级北航仪器 光电学院
显微镜是由物镜、目镜和照明系统三部分组成。
物体经显微镜的物镜放大成像后,其像再经目镜放大以
供人眼观察。
工程光学
第三节 显微镜系统
(上) 一、显微镜的视觉放大率:
tan y
L
tan' y' y
fe' fe' fo'
tan' L tan fe ' fo '
4、立体视角半径
Lmax b / min
62mm 206265 /10 1200m
双目观察物体
工程光学 (上)
第五级北航仪器 光电学院
工程光学 (上)
第五级北航仪器 光电学院
工程光学
第一节 眼睛及其光学系统
(上)
5、立体视角阀
★双目能分辨两点间的最短深度距离称为立体视觉阈。
L L2 / b L 8104 L2
250 f
(2)把物像调焦到明视距离: P' -l' =D
北航仪器 光电学院
1 l 1 250 P
f
f f
光束限制与视场
若眼睛紧贴着放大镜: P'=0
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制版照相机镜头的特点 1.工作距离有限。镜头的工作距离是指被拍摄的物平
面到镜头的前表面之间的距离。
距离不很大,而镜头的焦距又比普通照相机大得多,制版照相机 镜头的工作距离不能认为在无限远,只能在有限距离下工作。其 底片位置不与像方焦面重合。
2.滤色镜和网屏
像发生位移 残余像差增大,影响清晰度
像面照度下降,增加曝光时间
为了提高照相制版的效率,应在保证满足拍摄尺寸和 缩放倍率的前提下,尽量选择焦距短些的镜头!
视场。照相镜头的视场光阑设在底片平面上,因此其入窗与物
平面重合,可以消除渐晕。???
但由于像差及装校等原因,在像面上只能在一定范围内的成像是 清晰的,这个清晰成像的范围即为像场,与像场共轭的物平面 (原稿)范围即为视场。
制版照相时,感光材料的最大幅面不能超过像场(一般为圆形) 的内接矩形。即感光材料对角线等于像场的直径Φ
2 f '(1 )tg'
制版照相时,感光底片的尺寸决定于缩放倍率β、镜头焦距f’ 和像方视场角ω。一般制版镜头的像方视场角ω =40°~60°左 右
孔径。制版照相系统的孔径光阑一般设在镜头中间。在制版照相工
N为为相应的单位长度可以分辨的线数
①上述分辨力只是理论值,由于像差和其它误差的影响,实际分 辨力要比理论值低得多。一般只有40~60 l/mm。
②如果考虑照相的全过程,那么在实际工作中还应该注意感光底片的 分辨力,不能盲目追求镜头本身的高分辨力,而应使镜头和感光底片 的分辨力互相匹配。
显然,镜头的分辨力过低,将会使原稿上的细微层次丢失。因此,在 选择镜头分辨力时,还应注意原稿的性质。
有关。
面数 5 8
转数 3000 3000
扫描线 15000 24000
照排机的输出分辨率:
又称为记录分辨率或记录精度。指激光照排机在单位长度内可以记录的光点 数量。通常以每英寸的点数(dpi)或每厘米的点数(dpem)来表示
输出分辨越高,激光点的尺寸越小,光点密度程度越高,在相同的加网线数, 输出分辨力越高,组成的网点的光点就越多。灰度级变化越大。
3.照明系统。制版照相机则有专门的照明系统,以保证原
稿上有均匀、稳定的照明。
4.制版照相机镜头要严格校正各种像差。
四、制版照相机镜头的结构
制版照相机镜头的设计主要是在满足性能参数要求的条件下,进 行像差(球差、彗差、像散、场曲、畸变、位置色差和倍率色差) 校正.
一类是对称型结构
采用胶合面或透镜分离
第 十章光学系统分析
制版照相机的光学系统成像原理
11 1 l' l f '
当横向放大率=l' 1时为原大像
l
当缩放对光时,l' l l' f '(1 )
若在镜头和原稿之间需要加入滤色镜(其折射率n1,)或在底片之前 需要使用玻璃网屏(其折率为n2),则应该注意它们对物距和像距的 影响。
由空气中平行平板Βιβλιοθήκη 璃的成像规律可知,在照相机镜头前后加滤 色镜或玻璃网屏时,其物距或像距应分别增加ΔL1或ΔL2
灰度级=(
输出分辨率 加网线数
)2+1
输出分辨率 2400DpI
网目线数
150LpI
灰度级=(2400)2+1=162+1=257 150
每增加或减少一个激光点曝光,印刷网点尺寸变化一级,构成不同深浅的 灰度级。
2、激光印字机。激光印字机以半导体激光器作为光源。
其光学系统的结构和工作原理可分为两种:一种是通过控制注入电 流调制激光;另一种是用声光调制器调制激光。
调制器采用声光调制
当高频超声波信号不加在声光晶体上时,激光 可顺利通过声光晶体
高频信号加在晶体上时,激光在衍射作用下 光强增强
光学系统
中性密度滤色片。中性密度滤色片的作用是改变曝光时的光强度,
适应不同输出材料的变化。其余l~8位置上有不同的滤色片,位置级数越 高,光强衰减越大。
旋转多面镜。激光照排机的输出速度与多面镜的转速(3000r/min)
激光图文照排机
工作原理是:以激光器为光源,它发出高强度的相干光束。对于
一个完整的版面,首先由采用Postscript版面描述语言的栅格图像处 理器(RIP)分解成许多微小方格的图文单元(称为像素),这些像素的 边缘小到0.02mm,这些像素被调制的激光束在感光材料上扫描成 像曝光就形成了图文。
激光器和调制器。3000型激光照排机采用l0mW He--Ne激光器。
艺中,由于有专门的照明设备,使用较强的光源,并且曝光时间比较 长。因此,与普通照相机相比,制版照相机的相对孔径要小得多。
分辨力(解像力)。分辨力是指镜头分辨物体细微结构的能力。
根据光的衍射理论和瑞利判据,镜头的理论分辨力为:
1.22 f '
D 为镜头分辨两物点在底 片上的距离
N D
1.22f '
导体激光器发出的激光束经扩束镜后被多面棱镜反射,到达硒鼓表 面并进行扫描,在硒鼓表面涂布光敏半导体材料硒,经过光束照射 (扫描)过的各点发生放电,形成带负电荷的字符影。再经过显影、 转印、定影等,即可以在记录纸上形成永久性的字符。
电分机的光学系统
电分机工作的基本原理是:通过光点扫描,在原稿上提取光信息,并通过光电 倍增管进行光电转换,转换成电信号以后输入计算机系统进行处理,处理后的 电信号从计算机系统输出,经电光转换为光信号,并在记录软片上进行扫描, 从而获得黄、品红、青、黑等各色阴图片或阳图片。
成像的密度域。镜头成像的密度域表示相同密度的原稿成像时,
其密度变化的性能。
习惯上把密度域大的镜头称为“硬性”镜头,反之则称为“软性”镜 头。 密度域的不同主要是杂光和残余像差的影响。杂光使像面上对比度 下降,而残余像差则使成像清晰度下降。因此导致了成像密度域的 变化。一般是使像的密度差比原稿密度差缩小。
L1
n1 n1
1
d1
L2
n2 n2
1
d
2
式中n1、d1为滤色镜的折射率和厚度;n2、d2为玻璃网屏的折射率 和厚度
制版照相机镜头的性能参数
制版镜头的主要性能参数有:焦距、视场、孔径、分辨率、成像 密度域等。
焦距:焦距是制版镜头的基本参数之一,它决定了成像倍率和底片
的尺寸规格。长焦距镜头可以使底片上的照度更为均匀。焦距与曝光 时间有密切关系,在其它条件不变时,镜头的焦距越短,则可以增大 拍摄倍率和缩短曝光时间。焦距与底片尺寸的关系在P107
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