关于相对孔径D/f的值与光学系统设计难度的关系

jays

求助：

对于相对孔径D/f的值与光学系统设计难度的关系，或者说这个值到某个极端就很难实现了，有没有大神可以解释一下的，我找了挺多资料都没有找到很详细的解释

前途无量

F数越小，孔径越大，光学系统的艾里斑半径越小，分辨率越高，但这是理想情况，一般随着孔径角增大，像差也会变大，RMS就变大

F数数值越小，代表通光孔径越大，对应的衍射极限也就越高，但是设计难度就提高了很多，像差变得很难平衡（体现在点列图均方根半径变大）RMS大小由两部分组成：衍射部分+像差部分。降低F/#让衍射部分低了，但像差部分却高了。

F/#小到一定值后，像差影响占主导地位，F/#大到一定程度衍射影响占主导地位。每个系统都有个合适的F/#让衍射和像差的影响棋鼓相当

F数越小，NA越大，衍射极限弥散斑越小，分辨率越高。但同时NA越大，设计难度也越大，像差越不好控制。一般需要多个镜片才能优化实现，单纯几个镜片难以实现。

镜头设计难度正比于NA*FOV，
论坛之前的某个帖子有讨论过（具体哪一个我忘了），这是我整理的，感觉各位大大已经讲得挺清楚了。

xueshujiawen

楼主想要的是不是这个参考公式？
设计难度和复杂度可以用一个参数Cm衡量，如图。

极限分辨率就是衍射公式计算得到，分辨率公式，瑞利半径公式，如图。

其实有很多光学设计的书前言或者第一章节里都有介绍镜头类型和难易 ，设计重点等。再多找找

victor1992

相对孔径的倒数就是F数，也是相机中常说的光圈大小，F数越小，光圈就越大，目前大部分都能做到F数为2.0，但是要把F数控制到1.5以下是很难的；

秋后的蚊子

xueshujiawen 发表于 2020-2-14 00:48
楼主想要的是不是这个参考公式？
设计难度和复杂度可以用一个参数Cm衡量，如图。

你好，咨询分辨率公式的m代表什么含义？这类公式在哪部文献著作可以看到？谢谢

xueshujiawen

秋后的蚊子 发表于 2020-2-14 09:39
你好，咨询分辨率公式的m代表什么含义？这类公式在哪部文献著作可以看到？谢谢

m 只是一个脚标。这是之前看书的时候做的笔记，具体出处一下子找不到，公式是对的。等我翻翻看，找到了再告诉你

秋后的蚊子

xueshujiawen 发表于 2020-2-14 09:44
m 只是一个脚标。这是之前看书的时候做的笔记，具体出处一下子找不到，公式是对的。等我翻翻看，找到了再 ...

好的，f#（1+m）中的f#是不是和数值孔径成倒数关系？

xueshujiawen

秋后的蚊子 发表于 2020-2-14 09:58
好的，f#（1+m）中的f#是不是和数值孔径成倒数关系？

图2中的Cm ，小m是脚标。 不用管。
图1 中的m是衍射级次，一般取0级，考虑主极大。
（上传图片的之后图片顺序显示不对）

jays

前途无量 发表于 2020-2-13 20:47
F数越小，孔径越大，光学系统的艾里斑半径越小，分辨率越高，但这是理想情况，一般随着孔径角增大，像差也 ...

再问您一下，成像系统的中的spt一般取小于多少合适啊，对于长变焦激光发射系统，聚焦点光斑的spt的标准值又如何确定呢

前途无量

jays 发表于 2020-2-14 16:28
再问您一下，成像系统的中的spt一般取小于多少合适啊，对于长变焦激光发射系统，聚焦点光斑的spt的标准值 ...

一般没有说具体哪个数的吧 好的镜头一般是RMS<最小像元直径，GEN<3*RMS， MTF是首要考虑的，spt超一点点也是可以的
至于您具体指的

变焦激光发射系统，聚焦点光斑的spt的标准值 ，确实不知道，没有接触过，不好意思啊