根据《GB/T7962.1-1987》规定测量。

光学均匀性分为四级
级别 1 α/ α0 星点图像 该方法是根据放在平行光管光束中的玻璃 1.0 中央是一个明亮的圆斑，外面是些同 试样引起该装置分辨率的变化规定的。如果 心圆的圆环，这些圆环无断裂，尾翘、 平行光管给出具有理论分辨率 α0的像，而当 畸角及扁圆变形现象 α，那么玻璃 玻璃试样放入后，分辨率倍增至 α/ α0来表示 1.0 的不均匀性可用其比值 中间是明亮的圆斑，外面是一些变形 的圆环，圆环同样无断裂，尾翘、畸 角等现象 1.1
二、光 学 设 计 过 程
性能合理镜头的首选公差
Radius（半径） Fringes（光圈） Irregular（表面不规 则度） Thickness（厚度/间 隔） 楔角/同心度/倾斜
Decenter（偏心）
样板的检测精度，光学设计 偏心包括两种，一种是简单的横 包括光学元件的厚度和机械元件 师应该与光学加工师沟通 支撑的间隔。 向偏心（上、下），另一种是使元 N=λ/2 ，普通的光学加工一般控制 在使用 ZEMAX软件模拟公差时， 件始终保持与机架座接触的“滚 在 5个光圈，较好的精度应该控制 公差操作数 TTHI有两个参数， 动”。两种偏心模型实际上完全不 在3个光圈以内。 表面不规则度可以通过局部 int1是用来定义公差的表面编号， 同。在滚动的情况下，与机架座接 光圈（△ N）来考察，工艺上 而int2 是作为补偿的表面编号， 触良好的左侧半径被良好地校准， 可以做到 0.3个光圈。 表面倾斜只发生的右侧表面上。 最小值和最大值是以镜头长度单 在ZEMAX里TSDX、TSDY用来 位表示的极值偏差。 实际上，有楔角的元件 与 光轴相 模拟一个标准表面的偏心公差，单 对于其机械轴倾斜 位为镜头长度（ mm的元件完全相 ）,而TEDX、 同，当旋转元件时，元件具有边缘 TEDY是用来模拟一个元件的偏心 厚度差。 公差，可以是标准面也可以是非标 准面，int1、int2定义了一个镜头 组的边界面。
手工匹配 (File Name)>>手工输入样板库中有的样板。 选择匹
配方式(Method手工匹配原则： of Fit)>>进行匹配 先输入曲率半径小的，再输入曲率半径大的， 每输入一次要进行一次自动优化。
二、光 学 设 计 过 程
5、公差分析
公差分析的目的:给出合理的加工要求，合理的
加工要求既能保证加工的可行性，同时又能降低加
二、光 学 设 计 过 程
6、出设计图纸
设计图纸是指导加工的依据，图纸
必须要规范，避免引起误解
二、光 学 设 计 过 程
光学系统实例：
三、光 学 设 计 注 意 问 题
零件技术指标 2
3
标准零件图纸
材料选择 1
注意 问题
4
加工工艺及成本
加工超差补救 6
5
检验方案
三、光 学 设 计 注 意 问 题
二、光 学 设 计 过 程
4、样板匹配
HENGYI.TPD就是恒益公司的样板库 对于球面元件，一般根据厂家样板库来进行曲率半 径选择。 Zemax>>Tools>>Test

厂家样板库
Plates>> Test Plate 自动匹配 利用软件自带的样板匹配功能 进行自动匹配； Fitting>>选择样板库
1 2 3
材料选择的问题
零件技术指标的问题
标准零件图纸的问题
加工工艺及成本的问题 检验方案的问题 加工超差补救的问题
4 5
6
1、光学设计中的材料选择
材料选择的宗旨：
既能满足设计要求，同时有利于加工， 价格合理
在绘制图纸阶段须对材料提出严格要求，材料 本身问题引发的后续问题在后续阶段很难发现。 材料性能、加工成本及加工难度相差很大，有 些大口径光学材料是很难购得的。
开始
结束
绘制光学系统图与零件图
二、光 学 设 计 过 程
1、初始结构的计算和选择
根据初级象差理论求解初始结构 从已有的资料中选择初始结构
一个不好的初始结构， 再好的自动设计程序和 有经验的设计者也无法 使设计获得成功
二、光 学 设 计 过 程
2、象差校正和平衡
用光学计算程序进行光路计算，算出全部象差 及各种象差曲线;
1、光学设计中的材料选择
b.光学均匀性
光学均匀性是指同一块玻璃中，各部分折射
率变化的不均匀程度。
光学不均匀性产生原因：退火温度不均匀或
内部残余应力。
对于大尺寸的分辨率及成像质量。
1、光学设计中的材料选择

尺寸小于150mm的玻璃毛坯的光学均匀性的测量方法：
玻璃中部光程差δ（nm/cm） 2 4 6 10
1、光学设计中的材料选择


边缘应力 按《GB/T7962.6-1987》规定的方法进行测量。 玻璃毛坯边缘应力双折射以距边缘5%直径或边长处单位 厚度上的最大光程差Δδmax表示。 边缘应力分为5级
级别
S1
玻璃边缘光程差Δδmax（nm/cm） 3 5
找出影响光学系统成象质量的主要象差是哪些 ;
找出改进办法，进行象差校正;
反复进行象差分析、校正及平衡，直到满足成
象质量要求为止。
二、光 学 设 计 过 程
3、象质评价
光学设计者必须对各种光学系统的剩余象差的允
许值和象差公差有所了解，以便根据剩余象差的 大小判断光学系统的成象质量。
二、光 学 设 计 过 程
nF- nC——中部色散；
Vd——阿贝数：Vd= （nd-1）/（nF- nC）； Vd值越大，色散作用愈小。
1、光学设计中的材料选择

折射率nd和阿贝数Vd与标准值的允许偏差分为3级
级别 1 2 3
折射率允许偏 差Δnd ±30×10-5 ±50×10-5 ±100×10-5
级别 1 2 3
阿贝数允许偏差 ΔVd％ ± 0.5 ± 0.8 ± 1.0
工难度和加工成本，因此公差分析工作至关重要。
公差分析宗旨:
使最差情况下的传递函数由于工艺因素的总下降 量不大于0.15，以便探测器仍能分辨它对应的空 间频率。
二、光 学 设 计 过 程
性能合理镜头的首选公差
参数 半径 对样板的光焦匹配 表面不规则度 厚度 空气间隔 楔角/同心度 公差 ±0.001mm 样板的测量精度 3个光圈 1个光圈（0.3） ±0.05mm ±0.05mm 0.025mm TIR 参数 倾斜 偏心 折射率 阿贝数 玻璃不均匀性 公差 0.05mm TIR ±0.05mm ±0.001 ±0.8% ±0.0001
折射率的高低
化学成分的不同
特殊玻璃在玻璃表中不占专门的区域——TK和TF.
1、光学设计中的材料选择
折射率
折射率≤1.6, V≥50:冕牌玻璃；V<50:火石玻璃 折射率≥1.6，V≥55:冕牌玻璃；V<55:火石玻璃
阿贝数
肖特玻璃厂的阿贝图有一组直线和曲线,将阿贝图 分成许多区，将光学玻璃分类。
1、光学设计中的材料选择 • 国际玻璃码的表示:
光学设计与光学工艺
（第一讲）
光学设计过程中需注意的问题
目录
一
引
言
二
光学设计过程
三
光学设计过程中考虑问题 六倍放大镜的加工
四
光学系统实现过程
光学设计 光学零件加工 机械零件加工
客户 提出需求
光学机械设计 光学零件检验 机械零件检验
系统总体装调及检验
一、引
言
光学设计宗旨：
满足技术 要求
便于制造
节省成本
1、光学设计中的材料选择
常用光学材料
光学玻璃牌号分类
注意
国际玻璃码的表示
1、光学设计中的材料选择
常用的光学材料：
光学玻璃（包括无色光学玻璃、有色光学玻璃和
特种光学玻璃）
微晶玻璃 光学晶体 塑料
1、光学设计中的材料选择 光学玻璃的牌号分类
冕牌玻璃——“K” 火石玻璃——“F” “轻”——“Q” “重”——“Z” 钡冕 ——BaK 钡火石——BaF 镧冕 ——LaK 镧火石——LaF 阿贝数的不同
2
3
1、光学设计中的材料选择
c.应力双折射


中部应力 按《GB/T7962.5-1987》规定的方法进行测量。 玻璃毛坯中部应力双折射以最长边中部单位长度上的光程差 δ表示。 中部应力分为5级
玻璃的导热系数小，在熔炼降温过程 中，内部温度总比外层温度高， 难以均衡，故产生内部应力。
级别 1 1a 2 3
二、光 学 设 计 过 程
观察目标特性(可见光,红外) 或应用领域(激光) 视场 观察范围 探测器 成像要求 (点扩散函 数传递函数 透过波前 分辨率)
能量
波谱范围
客户 需求
焦距
口径
成像质量要求大 设计难度要求小 探测器能量响应要求 合适
视场 口径 焦距 成像要求
镜头设计(Lens Design)
10 20
S2
S3 S4
S5
80
1、光学设计中的材料选择
d.光吸收系数
光学系统成像的亮度与玻璃的透 明度成比例关系。
用球形光度计按《GB/T7962.9-1987》规定进行测量。 玻璃光吸收系数等于1cm光路上被玻璃吸收的白光光通量 与开始进入该光路前入射光光通量之比。 光吸收系数分为8级
级别 00 0 1 2 光吸收系数不大于 0.001 0.002 0.004 0.006 级别 3 4 5 6 光吸收系数不大于 0.008 0.010 0.015 0.030
1、光学设计中的材料选择
e.条纹度