第10章工程光学 郁道银 第二版ppt课件.pptVIP

对光学设计而言，设计投影系统，一是要让整体结构尽量紧凑，尺寸小，重量要轻。此外好的照明系统，和好的物镜都是设计的关键 投影的小型化趋势 * 让我们把反射和折反的图放一起比较下 注意： 比较像差的大小要看图像的范围。这里反射弥散斑范围1000um，而折射仅40um。所以如果两个放到一个比例下比较，折反射的像差远小于反射的 比较下反射和折反的MTF图： 同样，应注意横坐标的范围： 显然折反式在很高的频率仍具有较高的MTF 反射 折反 Cassegrain-type Ritchie Cretien望远镜 632.8nm这个波长可以看做没球差 在较大空间频率范围内，都有较大的MTF值 常数场曲，无畸变！ 可见这个望远镜是设计相当完美的一个 显微镜 显微镜由物镜和目镜组成 物体AB在物镜前焦面稍前处，经物镜成放大、倒立的实像AB，它位于目镜前焦面或稍后处，经目镜成放大的虚像，该像位于无穷远或明视距离处 举一个Zemax显微镜的设计例子 在用ZEMAX软件进行设计时，将显微镜倒置设计。设置参数如下：垂直放大率为0.04，物方数值孔径为0.016，物高为25mm，物方半视场高度为12.5mm。 从system菜单里点General子菜单，可以直接设置物方数值孔径 而要定义物体的大小，则必须从 Syetem菜单?field data子菜单里录入 这里我们先后考察三个物体，分别为轴上点、轴外9mm、轴外12.5mm物体。 定义透镜表面参数 设置变量，开始优化 使用默认目标函数 显微镜的现代变革 放大镜是最简单的显微镜 后来人们使用目镜和物镜共同构成的光学显微镜，使人类的视野进入微观领域，观测到了细胞等 用电子代替光：电子显微镜 但上世纪八十年代开始，显微镜技术发生了一次具有历史意义的革新：扫描隧道显微镜、原子力显微镜等 分辨率：人眼或仪器 能分辨物体的最小间距（角分辨）。 人眼分辨率：在明视距离内只拥有1分的分辨率或0.1mm。 显微镜：最高1600倍放大率，实际上有象差，受衍射极限 影响. 分划板 L D 显微探测历史回顾： 当 ? = 0.3?m 所以，传统光学显微镜分辨率极限是 为提高分辨率，减小波长 从可见光——紫外光—— x射线 而更短的波长、电子射线 Go back from History 用电子代替光，这或许是一个反常规的主意。但是还有更令人吃惊的。1983年，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明了扫描隧道显微镜（STM）。这种显微镜比电子显微镜更激进，它完全失去了传统显微镜的概念。 诺贝尔奖：Ernst Ruska，Gerd Binnig和Heinrich Rohrer（从左至右）分别因为发明电子显微镜和扫描隧道显微镜而分享1986年的诺贝尔物理学奖。 电子显微镜的发明者卢斯卡 扫描隧道显微镜的发明者宾尼格和罗勒。 Go back from History 天才的宾尼格和罗勒，在随后两年又发明了原子力显微镜，这是纳米科学做为独立科学出现的重要标志 投影和摄像系统 这两个有些类似，光学部分差不多倒过来用 与望远镜显微镜系统不同的是，投影与摄像的关键部分有两个，一是照明系统，必须保证足够的照度才能清晰成像；二是光学系统，即要有一个好的成像物镜。 投影仪就是把待投影的图像放在一个物镜一倍和二倍焦距之间，这样能在远处的屏幕上成像。但其实际结构却复杂的多，以我们教室头上的投影仪为例，它的内部是怎样的呢？ 注意:在投影机中所使用的液晶板中每个液晶晶体代表一个象素，并没有针对红、绿、蓝等颜色差别。为了清晰再现图像色彩，它其实是使用了三张LCD液晶板来分别再现三种颜色，然后再经过光学系统的把这些分离的颜色合成再一起，投影在屏幕上，就组成了一副完整的图像。 NEC GT1150投影机光学系统实物图 * 通光孔径DT 外 径 DQ 通光孔径DT 外 径DQ 滚边法固定 压圈法固定 滚边法固定 压圈法固定 6 D+0.6 － 30~50 D+2.0 D+2.5 6~10 D+0.8 D+1.0 50~80 D+2.5 D+3.0 10~18 D+1.0 D+1.5 80~120 － D+3.5 18~30 D+1.5 D+2.0 120 － D+4.5 表2　光学零件的外径余量（mm） D通 D全 图2-9 滚边法装夹方式 * 对显微物镜，级别较高，火石玻璃在前，ZF1+K9 示例 3：设计一个共轭距 200 mm，β= -4倍，数值孔径为 0.1 的显微物镜。 1)：选型：视场角很小，只要校正：位置色差，球差和慧差，相对孔径不大，单个双胶合型能够满足像质，像差参数为： 外部结构计算为： 这是有限物