OPTICS应用案例系列
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7Www.edmundoptics.cn产品视频资源计算器像差:图像的质量如何?在系统设计中,确定通过系统的光量是极为重要的,但是系统内的像差也扮演着重要角色。在对“图像的质量如何?”这一问题作出回答时,您可以借此机会改善系统的设计,以减少像差和提高图像质量。像差是任何光学系统中固有的错误,不论系统的制造或调整为何。既然像差存在于每一个光学系统中,那么在系统性能和成本之间取得平衡对每一位设计师而言都是重要的决定。设计师可以采用大光圈来减少数个基本像差如彗差(放大倍率或图像尺寸与孔径之间的变化)、球差(光线聚焦在近轴焦点前或近轴焦点后)以及像散(焦点分别在水平光线和垂直光线上)对成像的影响,如以下方程式所示。应用范例:检测器系统举例来说,有一个系统的光源是从直径为¼ "的光纤光导发射,如图3所示。• 初始参数 • 计算参数光导数值孔径 = 0.55 光圈数(f/#)光源(发射器)直径 = 6.35mm空气折射率 = 1 光圈设置为f/1的PCX透镜表示其f/#为1,意味着此透镜非常适合放置于光导前以尽可能使光源对准。根据方程式1.4,若f/#为1,则透镜的直径和焦距的数值是相同的。换言之,如果考虑使用直径为12mm的透镜,则透镜的焦距同样也是12mm。由于透镜从边缘至边缘的角度是以二维形式表示,所以球面度与三维空间内的二维角度对应。发射器和透镜之间的距离较短,或透镜的直径较大,则获得较高的球面度。立体角的最大数值为4π或约12.57,这相等于所有空间的立体角数值。为了计算此系统的光通量(TP),我们首先需要计算出光源面积(方程式1.11)、透镜面积(方程式1.12)以及立体角(方程式1.13)。从扩散光源(即此例子中的光导)中对准光线的最好方法就是将透镜放置于与焦距和光源之间距离相同的距离。由于系统位于自由空间内,而n大约为1,因此n2并不包括在最终的计算因素内。应用2:选择合适的透镜 高质量图像是低像差的代名词。因此,设计师通常会使用两个或更多的透镜元件,以获得比单个透镜解决方案更高的图像质量。有许多因素是您为应用选择合适透镜时必须考虑在内的:光源类型、空间限制、成本等更多因素。 图6a至6e对各种中继透镜系统,或1:1成像应用进行了比较。通过以下各系统比较的具体实例中,我们可以了解到所选透镜的固有几何以及光学件属性如何对图像质量产生影响。 (接下页)NA =2 (f#)10.55 =2 (f#)1f# = 0.9Spherical α(f#)31Coma α(f#)21Astigmatism α(f#)1(1.8)(1.9)(1.10)(1.11)(1.16)(1.12)(1.13)(1.14)(1.15)全视场 (FFOV)FFOV =fD2Ω =Radius2Arealens== 0.7854steradians(12mm)2113.097mm2FFOV =flensDsource= 0.529radians=12mm6.35mmASource = πr2= π=31.669mm226.35mm()2Alens = πr2= π=113.097mm2212mm()2TP = n2AΩ = (1) (31.669mm2) (0.7854steradians) = 24.873mm2 steradians图6a: DCX透镜中续系统:25mm EFL x 20mm入射瞳孔直径(左边是彩色,右边是单色)图6b:PCX透镜中续系统:50mm EFL x 20mm入射瞳孔直径(左边是彩色,右边是单色)图6c:消色差透镜中续系统:50mm EFL x 20mm入射瞳孔直径(左边是彩色,右边是单色)

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