光学系统设计要求分析

任何一种光学仪器的用途和使用条件必然会对它的光学系统提出一定的要求，这些要

求概括起来有以下几个方面。

    一、 光学系统的基本特性
    光学系统的基本特性有：数值孔径或相对孔径；线视场或视场角；系统的放大率或

焦距。此外还有与这些基本特性有关的一些特性参数，如光瞳的大小和位置、后工作距离、共
轭距等。

 

  
    二、 系统的外形尺寸

    系统的外形尺寸，即系统的横向尺寸和纵向尺寸。在设计多光组的复杂光学系统时，

外形尺寸计算以及各光组之间光瞳的衔接都是很重要的。

    三、 成象质量
    成象质量的要求和光学系统的用途有关。不同的光学系统按其用途可提出不同的成象

质量要求。对于望远系统和一般的显微镜只要求中心视场有较好的成象质量；对于照相物镜
要求整个视场都要有较好的成象质量。

    四、 仪器的使用条件 `
    在对光学系统提出使用要求时，一定要考虑在技术上和物理上实现的可能性。如生物

显微镜的放大率

Г 要满足 500NA≤Г≤1000NA 条件，望远镜的视觉放大率一定要把望远系统

的极限分辨率和眼睛的极限分辨率一起来考虑。

    光学系统设计过程
    所谓光学系统设计就是根据使用条件，来决定满足使用要求的各种数据，即决 定光

学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。因此我们可以把光学设计过程分为

4 个阶

段：外形尺寸计算、初始结构计算、象差校正和平衡以及象质评价。

    一、外形尺寸计算 
    在这个阶段里要设计拟定出光学系统原理图，确定基本光学特性，使满足给定的技

术要求，即确定放大倍率或焦距、线视场或角视视场、数值孔径或相对孔

 N1N 径、共轭距、后

工作距离光阑位置和外形尺寸等。因此，常把这个阶段称为外

  形尺寸计算。一般都按理想光

学系统的理论和计算公式进行外形尺寸计算。在

  计算时一定要考虑机械结构和电气系统，

以防止在机构结构上无法实现。每项

 性能的确定一定要合理，过高要求会使设计结果复杂

造成浪费，过低要求会使

  设计不符合要求，因此这一步骤慎重行事。

    二、初始结构的计算和选择、初始结构的确定常用以下两种方法：
    1．根据初级象差理论求解初始结构
    这种求解初始结构的方法就是根据外形尺寸计算得到的基本特性，利用初级象差理

论来求解满足成象质量要求的初始结构。

    2．从已有的资料中选择初始结构 这是一种比较实用又容易获得成功的方法。因此它

被很多光学设计者广泛采用。但其要求设计者对光学理论有深刻了解，并有丰富的设计经验，