光学设计辅助报告
姓名：张雨辰 学号：1011100139
光学计算机辅助设计报告
内容一：已知参数双胶合望远物镜的像质评价
1）像质评价的意义：
任何一个光学系统不管用于何处，其作用都是把目标发出的光按仪器工作原理的要求改变它们的传播方向和位置，送入仪器的接收器，从而获得目标的各种信息，包括目标的几何形状、能量强弱等。因此，对光学系统成像性能的要求主要有两个方面：第一方面是光学特性，包括焦距、物距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距离等；第二方面是成像质量，光学系统所成的像应该足够清晰，并且物像相似，变形要小。第一方面的内容即满足光学特性方面的要求属于应用光学的讨论范畴，第二方面的内容即满足成像质量方面的要求，则属于光学设计的研究内容。
从物理光学或波动光学的角度出发，光是波长在400~760nm的电磁波，光的传播是一个波动问题。一个理想的光学系统应能使一个点物发出的球面波通过光学系统后仍然是一个球面波，从而理想地聚交于一点。但是实际上任何一个实际光学系统都不可能理想成像。所谓像差就是光学系统所成的实际像与理想像之间的差异。由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在一个光学系统成像质量优劣的评价问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。从物理光学出发，推导出几何像差等像质评价指标。有了像质评价的方法和指标，设计人员在设计阶段，即在制造出实际的光学系统之前就能预先确定其成像质量的优劣，光学设计的任务就是根据对光学系统的光学特性和成像质量两方面的要求来确定系统的结构参数。
2）像质评价的方法与Zemax实现：
对于像质评价有两个阶段：1 设计完成后，加工前，对成像情况进行模拟仿真；2 加工装配后，批量生产前，要严格检测实际成像效果。当前我们所作的工作就是对第一阶段进行实际讨论。对于像质评价的方法有两种：1 不考虑衍射：光路追迹法（点列图，像差曲线）；2 考虑衍射：绘制成像波面，光学传递函数等；有：
瑞利判断：几何像差曲线进行图形积分得到波像差；
中心点亮度（斯托列尔准则）：成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比S.D来表示成像质量；
分辨率：反映光学系统分辨物体细节的能力，可以评价成像质量；
点列图：由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同
一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，称为点列图；
传递函数：一定空间频率下像的对比度与物的对比度之比。能反映不同空间频率、不同对比度的传递能力。一般而言，高频传递函数反映了物体细节传递能力，低频传递函数反映物体轮廓传递能力，中频传递函数反映对物体层次的传递能力。
其它方法等。对于ZEMAX是一个使用光线追迹的方法来模拟折射、反射、衍射、偏振的各种序列和非序列光学系统的光学设计和仿真软件。ZEMAX的光学设计功能体现在使用序列模式设计传统的光学成像系统，平衡优化成像系统的像差，分析评价成像质量，给光学系统分配合适的公差等方面。
ZEMAX具有非常强大的像质评价功能。主窗口中的Analysis下拉菜单包含像差扇形图（fans）、点列图（spot diagram）、光学传递函数（MTF）、点扩散函数（PSF）、波面图（wavefront）等像质评价以及照度计算（Illumination）、成像分析（Image Analysis）等功能。一些常用的分析功能也可以通过工具栏中的图标按钮来快速选择，如Lay（二维系统结构图）、Spt（点列图）、Enc（包围圆能量）等。选择某一项功能后，相应的分析结果以直观的图形或文本窗口形式显示出来。
3）典型案例的像质评价结果；
设计一个校正球差的消色差双胶合镜，作为望远镜物镜。R=10 cm，c1=0.002957 cm-1，c2=-0.020184 cm-1， c3=-0.00771 cm-1。厚度t1=1.9 cm，t2=1.3 cm。玻璃选择：第一透镜选BaK1 （1.5725、57.55），第一透镜选BaSF2 （1.66446、35.83）。如图所示。
设计结果如图所示：
成像质量分析：
1、像场弯曲/畸变的计算：
左边的是场曲，右边的是畸变。场曲图的纵坐标是视场角，横坐标是像点
偏离近轴像面的距离，T表示子午场曲，S表示弧矢场曲。畸变图的纵坐标是视场角，横坐标是畸变百分比。如图所示该设计没有像散，在畸变图中表示理想像高。
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