La base de la configuración de la luz: análisis de los requisitos de diseño de los sistemas ópticos

Las condiciones de uso y servicio de cualquier tipo de instrumento óptico tendrán un requisito para sus sistemas ópticos, se pueden resumir en los siguientes aspectos.

1. Las características básicas del sistema óptico

Las características básicas del sistema óptico son: apertura numérica o apertura relativa, campo lineal y ángulo de campo, magnificación y distancia focal del sistema. Además, hay algunos parámetros característicos que tienen algo que ver con estas características básicas, como el tamaño y la posición de la pupila, la distancia de trabajo posterior y la distancia conjugada.

2. La dimensión límite del sistema

La dimensión límite del sistema significa su dimensión lateral y su dimensión longitudinal. Al diseñar el complicado sistema óptico, el cálculo de la dimensión límite y la conexión de la pupila entre los grupos de luz son importantes.

3. Calidad de imagen

El requisito de calidad de imagen tiene algo que ver con el uso del sistema óptico. Diferentes ópticas pueden tener diferentes requisitos para la calidad de imagen según su uso. Para el sistema telescópico y el microscopio común, solo requieren la calidad de imagen en el campo central. Pero para lentes fotográficos, necesitan un campo completo con buena calidad de imagen.

4. Las condiciones de uso del instrumento

Debemos considerar la posibilidad de logro en tecnología y física al tener requisitos para el sistema óptico. Por ejemplo, el aumento del microscopio biológico tiene que cumplir con 500NA≤Г≤1000NA, el aumento visual del telescopio debe tener en cuenta la resolución limitante del sistema telescópico y los ojos.

El proceso de diseño del sistema óptico

El diseño del sistema óptico significa decidir varios datos que satisfagan las necesidades de uso de acuerdo con las condiciones de uso, también podemos decir decidir el parámetro de rendimiento, la dimensión límite y la estructura del sistema óptico del grupo de luces. Podemos dividir el proceso de diseño óptico en pasos: cálculo de la dimensión límite, cálculo de la estructura de inicio, corrección y equilibrio de la aberración y la calidad de la imagen.

1. Cálculo de la dimensión límite

Debemos protocolizar el diagrama esquemático del sistema óptico, asegurarnos de que las características de la óptica satisfagan las necesidades de la tecnología, es decir, asegurarnos de aumento, distancia focal, campo lineal y ángulo de campo, apertura numérica o apertura relativa N1N, distancia conjugada, espalda distancia de trabajo, lugar del diafragma y dimensión límite. Por lo tanto, siempre llamamos a este paso cálculo de la dimensión límite. Se calcula de acuerdo con la teoría del sistema óptico ideal y la fórmula computacional. Debemos prestar atención a la estructura mecánica y al sistema eléctrico en caso de que falle en la estructura mecánica al calcular. Asegurándose de que cada rendimiento sea razonable, un requisito demasiado alto provocará un resultado de diseño complicado y un costo elevado, mientras que un requisito demasiado bajo provocará un diseño insatisfactorio.

2. Dos formas de calcular, elegir y garantizar la estructura de inicio:

(1) Resolver la estructura de inicio de acuerdo con la teoría de la aberración primaria.

Esta forma de resolver la estructura de inicio significa cumplir con la calidad de imagen de la estructura de inicio de acuerdo con las características básicas y la teoría de la aberración primaria mediante el cálculo.

(2) Es una forma práctica y exitosa de elegir la estructura de inicio de los datos existentes, por lo que es ampliamente utilizada por muchos diseñadores de óptica. Pero requiere diseñadores con mucho conocimiento sobre la teoría óptica y rica experiencia en diseño, para que puedan elegir una estructura de inicio simple y razonable entre muchas estructuras complicadas. La selección del modelo juega un papel muy importante en el diseño. Un diseño exitoso con buenos programas de diseño automatizados y diseñadores experimentados no puede prescindir de una buena estructura inicial.

3. Corrección y equilibrio de aberración

Después de elegir la estructura de inicio, debemos calcular la ruta óptica a través del programa óptico por computadora y obtener todas las aberraciones y curvas de aberración. Podemos encontrar qué aberración tendrá influencia en la calidad de imagen del sistema óptico analizando los datos de aberración y luego encontrando algunas formas de corregir la aberración. La corrección y el equilibrio de la aberración es un proceso repetitivo hasta cumplir con el requisito de calidad de imagen.

4. Evaluación de imágenes

La calidad de imagen del sistema óptico tiene algo que ver con el tamaño de la aberración, el propósito del diseño óptico es corregir la aberración del sistema óptico. Sin embargo, es imposible e innecesario que cualquier sistema óptico corrija la aberración a cero, debe haber una aberración residual, una aberración residual diferente tiene una calidad de imagen diferente. Por lo tanto, los diseñadores ópticos deben conocer el valor permitido y la fórmula de aberración de varios sistemas ópticos, de modo que podamos juzgar la calidad de imagen del sistema óptico por el tamaño de la aberración residual.