Die Grundlage der Lichteinstellung: Analyse der Designanforderungen optischer Systeme

Die Verwendungs- und Servicebedingungen aller Arten von optischen Instrumenten stellen Anforderungen an ihre optischen Systeme, die in den folgenden Aspekten zusammengefasst werden können.

1. Die grundlegenden Eigenschaften des optischen Systems

Die grundlegenden Eigenschaften des optischen Systems sind: numerische Apertur oder relative Apertur, lineares Feld und Feldwinkel, Vergrößerung und Brennweite des Systems. Außerdem gibt es einige charakteristische Parameter, die etwas mit diesen Grundeigenschaften zu tun haben, wie die Größe und Position der Pupille, der hintere Arbeitsabstand und der konjugierte Abstand.

2. Die Grenzdimension des Systems

Die Grenzabmessung des Systems bedeutet seine Querabmessung und Längsabmessung. Beim Entwurf des komplizierten optischen Systems sind die Berechnung der Grenzabmessungen und die Verbindung der Pupille zwischen den Lichtgruppen wichtig.

3. Bildqualität

Die Anforderung an die Abbildungsqualität hat etwas mit der Verwendung des optischen Systems zu tun. Unterschiedliche Optiken können je nach Verwendung unterschiedliche Anforderungen an die Bildqualität stellen. Für Teleskopsystem und gemeinsames Mikroskop benötigen sie nur die Abbildungsqualität auf dem zentralen Feld. Aber für fotografische Objektive brauchen sie ein ganzes Feld mit guter Abbildungsqualität.

4. Die Nutzungsbedingungen des Instruments

Wir müssen die Möglichkeit der Errungenschaft in Technologie und Physik berücksichtigen, wenn wir Anforderungen an ein optisches System haben. So wie die Vergrößerung eines biologischen Mikroskops 500 NA ≤ 1000 NA erfüllen muss, muss die visuelle Vergrößerung eines Teleskops die begrenzte Auflösung des Teleskopsystems und der Augen berücksichtigen.

Der Designprozess des optischen Systems

Das Design optischer Systeme bedeutet, verschiedene Daten festzulegen, die den Verwendungsanforderungen gemäß den Verwendungsbedingungen entsprechen. Wir können auch sagen, dass die Leistungsparameter, die Grenzabmessungen und die Struktur der Lichtgruppe des optischen Systems festgelegt werden. Wir können den optischen Designprozess in Schritte unterteilen: Berechnung der Grenzabmessung, Berechnung der Ausgangsstruktur, Korrektur und Ausgleich von Aberration und Bildqualität.

1. Berechnung des Grenzmaßes

Wir sollten das schematische Diagramm des optischen Systems protokollieren, sicherstellen, dass die Eigenschaften der Optik den Anforderungen der Technologie entsprechen, dh Vergrößerung, Brennweite, lineares Feld und Feldwinkel, numerische Apertur oder relative N1N-Apertur, konjugierte Entfernung, Rückseite Arbeitsabstand, Blendenplatz und Grenzmaß. Daher nennen wir diesen Schritt immer Grenzmaßberechnung. Sie wird nach der Theorie des idealen optischen Systems und der Berechnungsformel berechnet. Wir müssen auf die mechanische Struktur und das elektrische System achten, falls es bei der Berechnung in der mechanischen Struktur versagt. Um sicherzustellen, dass jede Leistung angemessen ist, führen zu hohe Anforderungen zu komplizierten Designergebnissen und hohen Kosten, während zu niedrige Anforderungen zu einem unbefriedigenden Design führen.

2. Zwei Möglichkeiten zur Berechnung und Auswahl und Sicherstellung der Initiierungsstruktur:

(1) Lösen der Initiierungsstruktur gemäß der primären Aberrationstheorie.

Diese Art der Lösung der Auslösestruktur bedeutet, die Abbildungsqualität der Auslösestruktur gemäß den Grundeigenschaften und der primären Aberrationstheorie rechnerisch zu erfüllen.

(2) Es ist ein praktischer und erfolgreicher Weg, die Startstruktur aus bestehenden Daten auszuwählen, so dass sie von vielen Optikdesignern weit verbreitet ist. Aber es erfordert Designer mit viel Wissen über Optiktheorie und reicher Designerfahrung, damit sie aus vielen komplizierten Strukturen eine einfache und vernünftige Ausgangsstruktur auswählen können. Die Modellauswahl spielt eine sehr wichtige Rolle im Design. Ein erfolgreiches Design mit guten automatisierten Layoutprogrammen und erfahrenen Designern kommt nicht ohne eine gute Ausgangsstruktur aus.

3. Korrektur und Ausgleich der Aberration

Nachdem wir die Ausgangsstruktur ausgewählt haben, sollten wir den optischen Weg durch das optische Programm per Computer berechnen und alle Aberrationen und Aberrationskurven erhalten. Wir können herausfinden, welche Aberration Einfluss auf die Abbildungsqualität des optischen Systems hat, indem wir Aberrationsdaten analysieren und dann Wege finden, um Aberration zu korrigieren. Die Korrektur und der Ausgleich der Aberration ist ein sich wiederholender Prozess, bis die Anforderungen an die Bildqualität erfüllt sind.

4. Bildauswertung

Die Abbildungsqualität des optischen Systems hat etwas mit der Größe der Aberration zu tun, der Zweck des optischen Designs ist die Korrektur der Aberration des optischen Systems. Es ist jedoch für jedes optische System unmöglich und unnötig, die Aberration auf Null zu korrigieren, es muss eine Restaberration vorhanden sein, eine unterschiedliche Restaberration hat eine unterschiedliche Abbildungsqualität. Daher müssen die Optikdesigner den zulässigen Wert und die Aberrationsformel verschiedener optischer Systeme kennen, damit wir die Abbildungsqualität des optischen Systems anhand der Größe der Restaberration beurteilen können.