现代光学设计.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑现代光学设计 课程 D—44 现代光学设计 进 修 考 核 大 纲 李林 编 兵器工程师进修大学 2022年8月 《现代光学设计》进修考核大纲 一、课程的性质与根本要求 本课程是从事光电技术与仪器、光学系统设计、光学检测等相关学科的专业学生和技术人员快速全面了解典型光学系统设计的专业课程该课程可以培养学生在熟悉和理解各种光学系统工作原理的根基上，建立对系统像差及光学系统设计的熟悉，了解现代光学设计在相关领域中的进展趋势 本课程首先介绍光学设计的根基学识和像差理论，然后以国外先进的光学设计软件ZEMAX作为根基，细致介绍采用ZEMAX设计新型光学系统的方法本课程的特点是精细结合当前各应用领域的最新的一些光学系统，内容根本上可以分为7个片面第1片面是光学系统的像质评价，这是设计一个光学系统所必备的根基学识在这片面里，首先细致地介绍了最常用的几何像差及相应的计算程序；然后，介绍了另一个重要的像质评价指标──光学传递函数，议论了两种光学传递函数程序的特点与使用方法。

第2片面是光学自动设计的原理与程序，介绍了适应法和阻尼最小二乘法这两种常用的光学自动设计程序的特点和使用方法第3片面是变焦距光学系统的原理与程序，议论了变焦距光学系统的像差计算与自动设计问题第4片面是光学系统的公差分析与计算，介绍了公差分析计算软件的原理与编程特点第5片面是光学系统的环境温度分析与无热设计，议论了环境温度对光学系统的影响及利用衍射光学元件举行无热设计的原理与方法第6片面是典型光学系统设计，应用所介绍的光学设计程序对望远系统、显微镜物镜和照相物镜等举行了实际设计，并对所设计的例子举行了像质评价第7片面是对偏振像差、非球面应用、计算机辅佐光学装调、衍射光学元件、非成像光学系统、空间光学系统、红外光学系统以及其它一些光电系统举行了介绍 本课程主要是要让学生学会掌管光电仪器设计的理论和实际学识，学习光学设计的像差理论和像差校正方法，掌管国际上流行的光学设计软件的根本使用方法 二、课程的特点与自学方法 由于本课程属于持续工程教导教学环节中的自学函授课程，建议学生在各章斟酌题的引 1 导下，结合课本学习相关学识由于本课程涉及到的专业根基面很宽，技术领域跨度大，学习中应提纲携领，抓住重点。

由于本书所涉及到光学系统的设计，因此首先务必议论光学系统像质评价的方法在第1章中，先介绍了一个光学系统表示方法，给出了光学系统的坐标系统、布局参数和特性参数然后给出了在检测阶段的像质评价指标：星点检验和辨识率测量，接着重点介绍了几何像差的定义及其计算、垂轴像差的概念及其计算，同时利用程序介绍了几何像差计算程序ABR的输入数据与输出结果，以及几何像差及垂轴像差的图形输出同时，还介绍了其他的像质评价指标：波像差、光学传递函数、点列图和包围圆能量 第2章介绍了光学自动设计的原理和方法，首先介绍了阻尼最小二乘法光学自动设计的原理、程序以及光学自动设计的全局优化问题，然后介绍了适应法光学自动设计原理和程序，结果对国内外的典型光学设计软件举行了介绍 第3章主要介绍了公差分析原理与计算方法，给出了公差设计中的常用的评价函数，介绍了光学公差的概率关系和公差设计中的随机模拟检验方法，结果给出了公差设计中的偏心光路追迹公式 第4章议论了目视光学系统的设计，首先介绍了薄透镜系统的初级像差理论，然后介绍了望远物镜设计、显微镜物镜设计和目镜设计这些内容都是目前国内光电仪器设计中应用很广泛的学识。

第5章主要介绍了照相物镜及成像光学系统的设计问题对照相物镜的光学特性、照相物镜的根本类型、根本类型照相物镜的蜕变型式举行了细致的分析然后介绍了照相物镜设计的特点，同时还对数码相机的设计特点举行了议论，结果给出了照相物镜像差的公差这一章的内容对于军用光学系统、空间光学系统具有重要的意义 第6章介绍了变焦距光学系统的原理和设计方法首先介绍了变焦距系统分类与特点和变焦距物镜的高斯光学，然后给出了变焦距物镜高斯光学的设计实例，同时还对体视变倍显微镜的特点和设计举行了议论 第7、8章介绍了液晶投影仪、背投电视镜头、和其他一些光学系统的设计分析了投影显示类型和液晶投影仪的工作原理，介绍了液晶投影仪照明系统的设计和液晶投影仪投影 2 物镜的设计，并简要分析了背投电视镜头设计特点对于其他光学系统设计，分别介绍了激光扫描系统和fθ镜头、光学信息处理系统和傅里叶变换镜头、红外光学系统、空间光学系统、共形光学、计算机直接制版镜头和投影仪扩展广角镜头的设计问题学生可以根据处境举行选择性的学习 第9章介绍了非球面的设计方法分析了非球面的表示方法和非球面的特性，重点介绍了反射式二次非球面的设计和应用，并给出了相应的非球面设计实例。

随着非球面的广泛应用，这一章对于现代的光学系统设计是分外重要的 第10、11、12、13、14章议论了现代光学设计中的一些新问题和新方法，主要议论了环境温度分析、偏振像差的理论、计算机辅佐光学装调、非成像光学等内容学生可以根据自己的专业特长，有选择性的学习这些内容 第15章介绍了在国际上最为流行的光学设计软件——Zemax软件的功能与计算介绍了Zemax的用户界面、Zemax的根本操作和应用实例这一章需要学生很好地掌管 本书几乎全体的设计实例都需要利用Zemax软件来举行设计，因此，学生务必自学并掌管Zemax软件的使用方法 第1、2、4、5、6、15章是本课程的重要章节 抓住重点内容（根本概念、根本原理与方法、根本装置）并深入理解、以大纲中的学习要求与斟酌题作为自学依据、提防并实时举行学习总结是学习本课程应遵循的根本原那么 三、课程的根本内容与概括要求 下面给出各章的重点及学习要求，凡考核中要求重点掌管的内容均采用加粗宋体 第1章 光学系统像质评价方法 ? 本章重点及学习要求 了解光学系统像质评价指标的定义。

重点是几何像差和垂轴像差的概念及其计算，同时熟谙波像差、光学传递函数、点列图和包围圆能量的定义 ? 本章可依据如下斟酌题举行学习： 3 1、光学系统的作用？如何评价光学系统的成像质量？ 2、光学系统的坐标系统、布局参数和特性参数是如何表示的？3、星点检验和辨识率测量有什么样的原理和特点？4、几何像差有什么特点？ 5、轴向色差、垂轴色差是如何定义的？有什么手段可以消释色差？6、轴上点球差、正弦差是如何定义的？ 7、轴外点宽光束子午和弧矢彗差、场曲、球差是如何定义的？8、轴外点细光束子午和弧矢场曲、细光束像散是如何定义的？9、畸变是如何定义的？ 10、垂轴像差和几何像差有什么识别和特点？11、各种几何像差有什么特点？ 13、波像差有什么特点？ 12、像差曲线有什么用处？如何根据像差曲线判断系统的成像质量？ 14、为什么说光学传递函数是目前最好的像质评价指标？15、用MTF评价系统的成像质量有什么特点？16、点列图有什么特点？ 17、包围圆能量有什么特点？? 主要名词及术语解释 孔径光阑：系统中限制成像光束的孔就叫孔径光阑。

孔径光阑可以是一个实际的圆孔，也可以附着在某一个光学外观上 视场光阑:系统中限制成像范围的孔就叫视场光阑视场光阑务必和系统中的实像面重合，例如开卜勒望远镜中的分划板就是视场光阑 渐晕：假设轴外子午光束的宽度比轴上点光束的宽度小，造成光学系统视场边缘的像面照度比轴上点低，这种现象叫做“渐晕” 星点检验：一个发光点物通过光学系统后，由于衍射和像差以及其它工艺疵病的影响，不再是一个梦想的点像，通过考察光学系统对一个点物的成像质量就可以了解和评定光学系统对任意物分布的成像质量，这就是星点检验 辨识率：所谓辨识率就是光学系统成像时，所能辨识的最小间隔子午面：主光线和光轴抉择的平面 弧矢面：过主光线和子午面垂直的平面 初级像差和高级像差：在像差理论研究中，把像差与视场和孔径的关系用幂级数形式表 4 — 10 —。