光学测量作业答案

现代光学设计作业

学号：2220110114

姓名：田训卿

一、光学系统像质评价方法 (2)

1.1 几何像差 (2)

1.1.1 光学系统的色差 (3)

1.1.2 轴上像点的单色像差─球差 (4)

1.1.3 轴外像点的单色像差 (5)

1.1.4 正弦差、像散、畸变 (7)

1.2 垂直像差 (7)

二、光学自动设计原理 (9)

2.1 阻尼最小二乘法光学自动设计程序 (9)

2.2 适应法光学自动设计程序 (11)

三、ZEMAX光学设计 (13)

3.1 望远镜物镜设计 (13)

3.2 目镜设计 (17)

四、照相物镜设计 (22)

五、变焦系统设计 (26)

共28页第1页

一、光学系统像质评价方法

所谓像差就是光学系统所成的实际像和理想像之间的差异。由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在光学系统成像质量优劣的问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。

（1）光学系统实际制造完成后对其进行实际测量

?星点检验

?分辨率检验

（2）设计阶段的评价方法

?几何光学方法：几何像差、波像差、点列图、几何光学传递函数

?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

下面就几种典型的评价方法进行说明。

1.1 几何像差

几何像差的分类如图1-1所示。

图1-1 几何像差的分类

一． 填空题

1. 如图所示，假设有两个同相的相干点光源S1和S2，发出波长为?的光．A是它们连线的中垂线上的一点．若在S1与A之间插入厚度为e、折射率为n的薄玻璃片，求两光源发出的光在A点的相位差??＝

________．若已知?＝500 nm，n＝1.5，A点恰为第

四级明纹中心，则e＝_____________nm．(1 nm =10-9 m) 2. 如图所示，两缝S1和S2之间的距离为d，媒质的折 射率为n＝1，平行单色光斜入射到双缝上，入射角为?， ??则屏幕上P处，两相干光的光程差为

?? eS1 nAS2

S1 d S2 r1 r2 P O

__________．

3.一双缝干涉装置，在空气中观察时干涉条纹间距为1.0 mm．若整个装置放

在水中，干涉条纹的间距将为____________________mm．(设水的折射率为4/3) 4. 在双缝干涉实验中，双缝间距为d，双缝到屏的距离为D (D>>d)，测得中央 零级明纹与第五级明之间的距离为x，则入射光的波长为_________________．

二．计算题

1、在双缝干涉实验中，单色光源S0到两缝S1和S2的距离分别为l1 和 S1 l1

刀口法测量光学传递函数

***

****大学，****，2120100607

摘要：光学传递函数是定量描述成像性能的完备函数。但是对于实际的光电成像器件，通过解析法建立这一函数的表达式又非常困难，因此光学传递函数的实测技术就很重要。本文简要介绍的光学传递函数及其性质，指出了光学传递函数测量中的刀口法的两种情况，并且对两种刀口法进行了详细的介绍。

关键词：光学传递函数 测量 刀口法

一、引言

1938年，佛里塞把傅立叶处理的方法用于照相底片的分辨率试验，提出了应该用亮度呈正弦分布的鉴别率板来检验光学系统。1946年杜弗运用傅立叶变换的处理方法来分析光学系统，为光学传递函数奠定了理论基础。1962年8月在慕尼黑举行的第六届国际光学会议上，光学传递函数(OTF, Optical Transfer Function)第一次统一提出，简称OTF。

用光学传递函数来评价光学系统的成像质量是基于把物体看作是由各种频率的谱组成的。因此光学传递函数反映了光学系统的频率特性.它既与光学系统的像差有关.又与系统的衍射效果有关.并且以一个函数的形式定量地表示星点所提供的大量像质信息.同时也包括了鉴别率所表示的像质信息。因此光学传递函数被公认为目前评价光学系统成像

练习36 双缝干涉

班级 姓名 学号 一、选择题

1．把双缝干涉实验装置放在折射率为n的水中，两缝间距为d，双缝到屏的距离为D（D>>d），所用单色光在真空中波长为λ，则屏上干涉条纹两相邻明纹之间的距离为：（ ）

（A）

?Dnd （B）

n?D?d?D （C） （D） dnD2nd

2．双缝间距为2 mm，双缝与幕相距300 cm。用波长为6000?的光照射时，幕上干涉条纹的相邻两条纹距离（单位为mm）是（ ）

（A）4.5 （B）0.9 （C）3.12 （D）4.15 （E）5.18

3．在双缝干涉实验中，初级单色光源S到两缝s1s2距离相等，则观察屏上中央明条纹位于图中O处。现将光源S向下移动到示意图中的S′位置，则（ ） （A）中央明条纹也向下移动，且条纹间距不变。 （B）中央明条纹向上移动，且条纹间距不变。 （C）中央明条纹向下移动，且条纹间距增大。 （D）中央明条纹向上移动，且条纹间距增大。 二、填空题

1．在双缝干涉实验中，若使两缝之间的距离增大，则屏幕上干涉条纹间距

现代光学设计

——结课总结

光学工程一班陈江坤 学号 2120100556

一、掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。

像质评价方法

一、

几何像差曲线

1、球差曲线：

球差曲线纵坐标是孔径，横坐标是球差（色球差），使用这个曲线图，一要注意球差的大小，二要注意曲线的形状特别是代表几种色光的几条曲线之间的分开程度，如果单根曲线还可以，但是曲线间距离很大，说明系统的位置色差很严重。

2、轴外细光束像差曲线

这一般是由两个曲线图构成。图中左边的是像散场曲曲线，右边的是畸变，不同颜色表示不同色光，T和S分别表示子午和弧矢量，同色的T和S间的距离表示像散的大小，纵坐标为视场，左图横坐标是场曲，右图是畸变的百分比值，左图中几种不同色曲线间距是放大色差值。

3、横向特性曲线（子午垂轴像差曲线）：

不同视场的子午垂轴像差曲线，纵坐标EY代表像差大小，横坐标PY代表入瞳大小，每一条曲线代表一个视场的子午光束在像面上的聚交情况。理想的成像效果应当是曲线和横轴重合，所有孔径的光线对都在一点成像。纵坐标上对应的区间就是子午光束在理想像面上的最大弥散斑范围。这个数值和点列图中的GEO尺寸一致，GEO尺寸就是横向特性曲线

作业

1. 现代数字化测量系统的基本构成环节有: (传感器) 、(调理电路) 、(数据采集系统)、CPU和显示部分。

2. 测量系统的静态特性可以用（函数解析式）、（表格）和（曲线）方式来表示。表征测量系统静态特性的主要指标有（灵敏度）、（非线性度）、（回程误差）等。 3．一阶测量系统的动态特性主要由时间常数 ?来决定。当输入信号角频率?=1/?时，一阶测量系统的幅值下降（ 3 ）dB，此时的输入频率称为（ 转折频率）。 1 根据误差的性质和特点不同，可以将测量误差分（系统误差）、（随机误差）和（粗大误差）。 2 随机误差的统计学特性有(有界性)、(单峰性)、(对称性)、和(补偿性)。

3 检定2.5级（即最大引用误差为2.5%）的全量程为100V的电压表，发现50V刻度点的示值误差2V为最大误差，问该电表是否合格？ 答: 合格 2?100%?2%?2.50

1. 直接测量方法和间接测量方法有何不同？

答: 直接测量: 被测量可以通过测量仪表给出的测量示值直接得到;

间接测量: 被测量与可测量量之间存在已知的某种确定数学关系, 通过计算得到.

2.什么是测量系统的动态特性？表征测量系统动态特性的主要指标有哪些？它们是如何定义的

作业

1. 现代数字化测量系统的基本构成环节有: (传感器) 、(调理电路) 、(数据采集系统)、CPU和显示部分。

2. 测量系统的静态特性可以用（函数解析式）、（表格）和（曲线）方式来表示。表征测量系统静态特性的主要指标有（灵敏度）、（非线性度）、（回程误差）等。 3．一阶测量系统的动态特性主要由时间常数 ?来决定。当输入信号角频率?=1/?时，一阶测量系统的幅值下降（ 3 ）dB，此时的输入频率称为（ 转折频率）。 1 根据误差的性质和特点不同，可以将测量误差分（系统误差）、（随机误差）和（粗大误差）。 2 随机误差的统计学特性有(有界性)、(单峰性)、(对称性)、和(补偿性)。

3 检定2.5级（即最大引用误差为2.5%）的全量程为100V的电压表，发现50V刻度点的示值误差2V为最大误差，问该电表是否合格？ 答: 合格 2?100%?2%?2.50

1. 直接测量方法和间接测量方法有何不同？

答: 直接测量: 被测量可以通过测量仪表给出的测量示值直接得到;

间接测量: 被测量与可测量量之间存在已知的某种确定数学关系, 通过计算得到.

2.什么是测量系统的动态特性？表征测量系统动态特性的主要指标有哪些？它们是如何定义的

作业

1. 现代数字化测量系统的基本构成环节有: (传感器) 、(调理电路) 、(数据采集系统)、CPU和显示部分。

2. 测量系统的静态特性可以用（函数解析式）、（表格）和（曲线）方式来表示。表征测量系统静态特性的主要指标有（灵敏度）、（非线性度）、（回程误差）等。 3．一阶测量系统的动态特性主要由时间常数 ?来决定。当输入信号角频率?=1/?时，一阶测量系统的幅值下降（ 3 ）dB，此时的输入频率称为（ 转折频率）。 1 根据误差的性质和特点不同，可以将测量误差分（系统误差）、（随机误差）和（粗大误差）。 2 随机误差的统计学特性有(有界性)、(单峰性)、(对称性)、和(补偿性)。

3 检定2.5级（即最大引用误差为2.5%）的全量程为100V的电压表，发现50V刻度点的示值误差2V为最大误差，问该电表是否合格？ 答: 合格 2?100%?2%?2.50

1. 直接测量方法和间接测量方法有何不同？

答: 直接测量: 被测量可以通过测量仪表给出的测量示值直接得到;

间接测量: 被测量与可测量量之间存在已知的某种确定数学关系, 通过计算得到.

2.什么是测量系统的动态特性？表征测量系统动态特性的主要指标有哪些？它们是如何定义的

在物理力学性能测试中,使用ARAMIS系统,有助于您深入了解材料和零件的力学行为和性能,特别适合于测量瞬时和局部应变。 ARAMIS系统采用非接触测量方式,适合于各种材料的静态和动态试验,获取完整的力学性能参数,其中包括：

ARAMIS 三维光学应变测量系统

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三维型面坐标

三维位移和变形速度

表面应变

应变率

区别于传统的应变测量，ARAMIS提供了全新的DIC数字散板全场应变测量方法，

测量范围覆盖从几毫米的试样到数十米的大型零件。无需对试样进行复杂和费时

的制备，测量过程方便快速。同时对试样的几何形状以及测量环境（温度）没有

限制

应用范围

测定材料特性 零件强度分析 验证有限元分析 实时监控试验设 考察零件的非线性变形 疲劳实验 确定材料的成型特性曲线(FLC)

材料测试

通过ARAMIS的全场应变结果，显著提高了测定材料特性的精度，使常规的

力学性能测试更有效更可靠，可以很好的满足一些特殊要求的材料测试，包括：

高温测

在物理力学性能测试中,使用ARAMIS系统,有助于您深入了解材料和零件的力学行为和性能,特别适合于测量瞬时和局部应变。 ARAMIS系统采用非接触测量方式,适合于各种材料的静态和动态试验,获取完整的力学性能参数,其中包括：

ARAMIS 三维光学应变测量系统

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材料测试

通过ARAMIS的全场应变结果，显著提高了测定材料特性的精度，使常规的

力学性能测试更有效更可靠，可以很好的满足一些特殊要求的材料测试，包括：

高温测