1.什么是光學(xué)設(shè)計(jì)？
所謂光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是根據(jù)儀器所提出的使用要求，設(shè)計(jì)出光學(xué)系統(tǒng)的性能參數(shù)、外形尺寸和各光組的結(jié)構(gòu)等。
2.光學(xué)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容？
光學(xué)設(shè)計(jì)所要完成的工作包括光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3.光學(xué)設(shè)計(jì)各個(gè)階段的主要內(nèi)容？
（1）. 根據(jù)儀器總體的技術(shù)要求，擬定光學(xué)系統(tǒng)的原理圖，并初步計(jì)算系統(tǒng)的外形尺寸。稱(chēng)為“初步設(shè)計(jì)”或者“外形尺寸計(jì)算” ；
（2）. 根據(jù)初步設(shè)計(jì)的結(jié)果，確定每個(gè)透鏡組的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)。稱(chēng)為 “像差設(shè)計(jì)”或稱(chēng)“光學(xué)設(shè)計(jì)”。
4.光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程和步驟？
一、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程
1、制定合理的技術(shù)參數(shù)；
2、光學(xué)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和布局；
3、光學(xué)部件（光組、鏡頭）的設(shè)計(jì)；
一般分為選型、確定初始結(jié)構(gòu)參數(shù)、像差校正三個(gè)階段。
（1）選型;
（2）初始結(jié)構(gòu)的計(jì)算和選擇；
A、解析法；
B、縮放法；
（3）像差校正、平衡與像質(zhì)評(píng)價(jià)。
4、長(zhǎng)光路的拼接與統(tǒng)算；
5、繪制光學(xué)系統(tǒng)圖、部件圖和光學(xué)零件圖；
6、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
7、必要時(shí)進(jìn)行技術(shù)答辯。
二、光學(xué)設(shè)計(jì)的具體設(shè)計(jì)步驟
1、 選擇系統(tǒng)的類(lèi)型；
2、 分配元件的光焦度和間隔；
3、 校正初級(jí)像差；
4、 減小殘余像差(高級(jí)像差)。
5.光學(xué)儀器對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的性能和質(zhì)量要求
一、光學(xué)系統(tǒng)的基本特性
二、系統(tǒng)的外形尺寸
三、成像質(zhì)量
四、儀器的使用條件與環(huán)境
此外，在進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮它應(yīng)具有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。
1.什么是孔徑？什么是視場(chǎng)？
2.七種像差的基本概念、怎樣表示、特點(diǎn)、初級(jí)像差描述形式、基本校正方法？ 像差：實(shí)際像與理想像之間的差異
（1）球差
概念：軸上點(diǎn)發(fā)出的同心光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)各個(gè)球面折射以后，不再是同心光束，其中與光軸成不同角度的光線(xiàn)交光軸于不同的位置上，相對(duì)于理想像點(diǎn)有不同的偏
離，這種偏離稱(chēng)之為球差。
表示：
特點(diǎn)：
或初級(jí)球差描述形式：
式中，稱(chēng)為初級(jí)球差系數(shù)(也稱(chēng)第一賽得和數(shù))， 為每個(gè)面上
的初級(jí)球差分布系數(shù)。
危害：球差使得在高斯像面上得到的不是點(diǎn)像而是一個(gè)圓形彌散斑。
校正：鑒于正負(fù)透鏡產(chǎn)生不同符號(hào)的球差，因此，欲獲得一個(gè)消球差的系統(tǒng)，必須以正、負(fù)
透鏡適當(dāng)組合才有可能，最簡(jiǎn)單的形式有雙膠合光組和雙分離光組 。
球差是孔徑的偶次方函數(shù)，因此，校正球差只能使某帶的球差為零。
對(duì)于僅含初級(jí)和二級(jí)球差的光學(xué)系統(tǒng)，當(dāng)對(duì)邊緣光校正球差時(shí)，在
h=0.707hm的帶光具有最大的剩余球差。其值是邊緣光高級(jí)球差的-1/4。
（2）彗差
概念：軸外物點(diǎn)發(fā)出的寬光束，經(jīng)透鏡成像后不再交于一點(diǎn)而是形成一種不對(duì)稱(chēng)的成彗星狀的彌散斑。
表示：子午彗差
弧矢彗差
特點(diǎn)：由于彗差是軸外物點(diǎn)以寬光束成像時(shí)所產(chǎn)生的一種單色像差。
因此，它一方面隨視場(chǎng)大小而變化；另一方面，對(duì)于同一視場(chǎng)，它又隨孔徑的
不同而變化。
慧差的展開(kāi)式為
第一項(xiàng)為初級(jí)彗差 ，第二項(xiàng)為孔徑二級(jí)彗差 、第三項(xiàng)為視場(chǎng)二級(jí)彗差
初級(jí)像差描述形式：初級(jí)子午彗差
初級(jí)弧矢彗差
危害：彗差使一點(diǎn)的像成為彗星狀彌散斑，使能量分散，從而影響成像質(zhì)量。
校正：彗差能夠通過(guò)移動(dòng)光闌和有選擇的增加透鏡來(lái)消除
通過(guò)移動(dòng)孔徑光闌或選擇增加透鏡來(lái)控制彗差
（3）像散
概念：軸外物點(diǎn)沿主光線(xiàn)的細(xì)光束錐中，子午面上的子午光束在主光線(xiàn)上的會(huì)聚點(diǎn)t '與弧矢面上的弧矢光束在主光線(xiàn)上的會(huì)聚點(diǎn)s '各處于主光線(xiàn)上的不同位置，這種現(xiàn)象稱(chēng)為像散現(xiàn)象，與像散現(xiàn)象產(chǎn)生相應(yīng)的成像缺陷，就是像散。
表示：細(xì)光束
寬光束
特點(diǎn)：像散是成像物點(diǎn)遠(yuǎn)離光軸時(shí)反映出來(lái)的一種像差，并且隨著視場(chǎng)的增大而迅速增大。
所以對(duì)大系統(tǒng)的軸外點(diǎn)，即使是以細(xì)光束成像，也會(huì)因此而不能清晰。
像散是以子午像點(diǎn)和弧矢像點(diǎn)之間的距離來(lái)描述的
初級(jí)像差描述形式：
危害：嚴(yán)重影響成像質(zhì)量
校正：
（4）場(chǎng)曲
概念：子午像面和弧矢像面偏離于高斯像面的距離。
表示：子午場(chǎng)曲
弧矢場(chǎng)曲
特點(diǎn)：細(xì)光束的場(chǎng)曲與孔徑無(wú)關(guān)，只是視場(chǎng)的函數(shù)。
初級(jí)像差描述形式：
危害：當(dāng)有場(chǎng)曲時(shí)，在高斯像面上超出近軸區(qū)的像點(diǎn)都會(huì)變得模糊。
校正：正負(fù)光焦度分離是校正匹茲伐和數(shù)的唯一有效的方法
（5）畸變
概念：在一對(duì)共軛平面上的垂軸放大率不為常數(shù)時(shí) ,就會(huì)使物、像失去了相似性，這種成像缺陷即為畸變。 表示：用線(xiàn)畸變表示： 在光學(xué)設(shè)計(jì)中，通常用相對(duì)畸變來(lái)表示：
特點(diǎn)：由畸變的定義可知，畸變是垂軸像差，它只改變軸外物點(diǎn)在理想像面上的成像位置使像的形狀產(chǎn)生失真，但不影響像的清晰度。
初級(jí)像差描述形式：
危害：使像的形狀產(chǎn)生失真
校正：
（6）位置色差
概念：描述軸上點(diǎn)用兩種色光成像的位置差異的色差
表示：
特點(diǎn)：位置色差僅與孔徑有關(guān)，故其級(jí)數(shù)展開(kāi)式僅與孔徑的偶次方有關(guān)，當(dāng)孔徑（或）為零時(shí)，色差不為零，故展開(kāi)式中有常數(shù)項(xiàng)，
初級(jí)像差描述形式：
危害：位置色差嚴(yán)重影響成像質(zhì)量
校正：用不同的玻璃做成正透鏡和負(fù)透鏡，把它們組合在一起，就可以消除色差。實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中所使用的透鏡組，都是由正負(fù)透鏡組合起來(lái)的。
光學(xué)系統(tǒng)是否消色差，取決于是否為零。
（7）倍率色差
概念：兩種色光有不同的放大率，對(duì)同一物體所成的像也就不同，這就是倍率色差。
表示：
特點(diǎn)：
初級(jí)像差描述形式：
危害：倍率色差使物體像的邊緣呈現(xiàn)顏色，影響成像清晰度
校正：
3.七種像差哪些僅與孔徑有關(guān)、哪些僅與視場(chǎng)有關(guān)、哪些與孔徑與視場(chǎng)都有關(guān)？ 僅與孔徑有關(guān)：球差、位置色差、（正弦差）僅與視場(chǎng)有關(guān)：像散、畸變、倍率色差、細(xì)光束的場(chǎng)曲與孔徑與視場(chǎng)都有關(guān)：彗差、寬光束的場(chǎng)曲
4.標(biāo)注圖中像差？
1.光學(xué)設(shè)計(jì)階段像質(zhì)評(píng)價(jià)的方法有哪些？小像差系統(tǒng)；數(shù)（MTF）；小像差系統(tǒng)：瑞利判斷、中心點(diǎn)亮度、光學(xué)傳遞函數(shù)、；擴(kuò)散函數(shù)）FFT；大像差系統(tǒng)：分辨率、點(diǎn)列圖法、光學(xué)傳遞函數(shù)、基于；線(xiàn)）；2.在幾何像差曲線(xiàn)中如何分析垂軸像差曲線(xiàn)？；3.什么是瑞利判斷？怎樣使用瑞利判斷判斷光學(xué)系統(tǒng)；實(shí)際波面與參考球面波最大波像差小于λ/4時(shí)，此波；瑞利判斷根據(jù)成像波面的變形程
1.光學(xué)設(shè)計(jì)階段像質(zhì)評(píng)價(jià)的方法有哪些？小像差系統(tǒng)、大像差系統(tǒng)分別用什么來(lái)評(píng)價(jià)像質(zhì)？ 像質(zhì)評(píng)價(jià)的方法：瑞利判斷、中心點(diǎn)亮度、分辨率、點(diǎn)列圖法、光學(xué)傳遞函數(shù)、調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）
小像差系統(tǒng)：瑞利判斷、中心點(diǎn)亮度、光學(xué)傳遞函數(shù)、基于衍射的方法：（點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)、線(xiàn)擴(kuò)散函數(shù)）FFT
大像差系統(tǒng)：分辨率、點(diǎn)列圖法、光學(xué)傳遞函數(shù)、基于幾何的方法；（光程差曲線(xiàn)、像差曲線(xiàn)）
2.在幾何像差曲線(xiàn)中如何分析垂軸像差曲線(xiàn)？
3.什么是瑞利判斷？怎樣使用瑞利判斷判斷光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能？
實(shí)際波面與參考球面波最大波像差小于λ/4時(shí)，此波面可看作是無(wú)缺陷的，此判斷成為瑞利判斷。
瑞利判斷根據(jù)成像波面的變形程度來(lái)判斷成像質(zhì)量。
4.什么是點(diǎn)列圖？怎樣用它評(píng)價(jià)系統(tǒng)的成像質(zhì)量？
由一點(diǎn)發(fā)出的許多光線(xiàn)經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，因像差使其與像面的交點(diǎn)不再集中于同一點(diǎn)，而形成了一個(gè)散布在一定范圍的彌散圖形，稱(chēng)為點(diǎn)列圖。
怎樣用點(diǎn)列圖法評(píng)價(jià)成像質(zhì)量時(shí)需要做大量光路計(jì)算，只有利用計(jì)算機(jī)完成；
它是一種形象直觀(guān)的評(píng)價(jià)方法；應(yīng)用于大像差的照相物鏡等設(shè)計(jì)中；
5光學(xué)傳遞函數(shù)是什么？怎樣用它評(píng)價(jià)系統(tǒng)的成像質(zhì)量？曲線(xiàn)評(píng)價(jià)？積分評(píng)價(jià)？
光學(xué)傳遞函數(shù)是一定空間頻率下像的對(duì)比度與物的對(duì)比度之比。能反映不同空間頻率、不同對(duì)比度的傳遞能力。一般來(lái)說(shuō)，高頻部分反映物體的細(xì)節(jié)傳遞情況，中頻部分反映物體的層次傳遞情況，低頻部分反映物體的輪廓傳遞情況。
利用光學(xué)傳遞函數(shù)評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，是基于把物體看作是由各種頻率的譜組成的，也就是把物體的光強(qiáng)分布展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)或傅里葉積分的形式。
積分評(píng)價(jià)：
曲線(xiàn)評(píng)價(jià)：
1.外形尺寸計(jì)算的任務(wù)是什么？需確定哪些尺寸？
光學(xué)系統(tǒng)的外形尺寸計(jì)算要確定的結(jié)構(gòu)內(nèi)容包括系統(tǒng)的組成、各光組元的焦距、各光組元的相對(duì)位置和橫向尺寸。
外形尺寸計(jì)算基本要求：
第一，系統(tǒng)的孔徑、視場(chǎng)、分辨率、出瞳直徑和位置；
第二，幾何尺寸，即光學(xué)系統(tǒng)的軸向和徑向尺寸，整體結(jié)構(gòu)的布局；
第三，成像質(zhì)量、視場(chǎng)、孔徑的權(quán)重。
2.什么是縮放？怎樣根據(jù)縮放確定光學(xué)系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)？步驟是什么？
縮放：等比例的放大或縮小。
1、物鏡選型
2、縮放焦距
3、更換玻璃
4、估算高級(jí)象差
5、檢查邊界條件
1.望遠(yuǎn)系統(tǒng)原理？光學(xué)性能參數(shù)？
望遠(yuǎn)系統(tǒng)一般由物鏡、目鏡和棱鏡（或透鏡）轉(zhuǎn)像系統(tǒng)構(gòu)成。其特點(diǎn)是物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合，光學(xué)間隔為0，因此平行光射入望遠(yuǎn)系統(tǒng)后，仍以平行光射出。
2.望遠(yuǎn)物鏡的光學(xué)性能參數(shù)有哪些？有什么特點(diǎn)？像差有什么特點(diǎn)？怎樣去評(píng)價(jià)？
特點(diǎn)：相對(duì)孔徑不大、視場(chǎng)較小
由于望遠(yuǎn)物鏡視場(chǎng)較小，因此，通常只校正球差、彗差和軸向色差。
1、在有棱鏡情況下，物鏡和棱鏡像差相互補(bǔ)償。在棱鏡中的反射面不產(chǎn)生像差，棱鏡的像差等于展開(kāi)以后的玻璃平板的像差，與位置無(wú)關(guān)，因此不論物鏡光路中有幾塊棱鏡，不論它的位置不同，只要材料相同，都可以合成一塊玻璃平板計(jì)算像差。
2、目鏡中有剩有少量剩余球差和軸向色差，需要物鏡來(lái)補(bǔ)償。
3、在系統(tǒng)有分劃鏡，目鏡和物鏡應(yīng)當(dāng)盡可能分別消像差。
用光學(xué)傳遞函數(shù)（MTF）評(píng)價(jià)成像質(zhì)量。
1.顯微系統(tǒng)工作原理及光學(xué)性能指標(biāo)？怎樣評(píng)價(jià)光學(xué)性能？
2.顯微物鏡光學(xué)性能參數(shù)有哪些？有什么特點(diǎn)？怎樣選擇它的初始結(jié)構(gòu)？像差有哪些特點(diǎn)？用什么方法評(píng)價(jià)它的成像質(zhì)量？
選用和設(shè)計(jì)時(shí)，考慮的光學(xué)特性中最重要的是放大率（β），數(shù)值孔徑（NA）和線(xiàn)視場(chǎng)（ y ，y' ）。
特點(diǎn)：短焦距，大孔徑，小視場(chǎng)
用于顯微鏡觀(guān)察時(shí)，一般選用消色差物鏡或復(fù)消色差物鏡；用于顯微攝影時(shí)，一般選用平場(chǎng)消色差物鏡，使顯微攝像像面上獲得全視場(chǎng)清晰的像。
設(shè)計(jì)顯微物鏡主要校正軸上點(diǎn)的像差和小視場(chǎng)的像差：球差 ，軸向色差 和正弦 ，但對(duì)較高倍率的顯微鏡 ,由于數(shù)值孔徑加大,除了校正這三種像差的邊緣像差之外，還必須同時(shí)校正它們的孔徑高級(jí)像差 ，如孔徑高級(jí)球差 , 色球差 ，高級(jí)正弦差。
用光學(xué)傳遞函數(shù)（MTF）評(píng)價(jià)成像質(zhì)量。
1.目鏡的工作原理？光學(xué)性能指標(biāo)？
目鏡是目視光學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分。被觀(guān)察的物體通過(guò)望遠(yuǎn)物鏡和顯微物鏡成像在目鏡的物方焦平面處，經(jīng)目鏡放大后將其成像在無(wú)窮遠(yuǎn)，供人眼觀(guān)察。
2. 目鏡光學(xué)性能參數(shù)有哪些？有什么特點(diǎn)？怎樣選擇它的初始結(jié)構(gòu)？像差有哪些特點(diǎn)？用什么方法評(píng)價(jià)它的成像質(zhì)量？
目鏡光學(xué)特性的參數(shù)主要有焦距、像方視場(chǎng)角、工作距離、鏡目距
特點(diǎn)：短焦距、大視場(chǎng)、相對(duì)孔徑較小
目鏡的像差校正以軸外像差為主。在目鏡設(shè)計(jì)中，主要校正像散，垂軸色差和彗差這三種像差。因?yàn)殄绮畈粫?huì)太大，因此，目鏡的設(shè)計(jì)中最重要的是校正像散，垂軸色差這兩種像差。 在目鏡中一般不校正場(chǎng)曲，在廣角目鏡中只是設(shè)法使場(chǎng)曲減小些。
在設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)目鏡時(shí)，需要考慮它與物鏡之間的像差補(bǔ)償關(guān)系。
用光學(xué)傳遞函數(shù)（MTF）評(píng)價(jià)成像質(zhì)量。
1.照相物鏡工作原理？光學(xué)性能參數(shù)？用什么方法評(píng)價(jià)它的成像質(zhì)量？
照相物鏡的特點(diǎn)是以感光底片作為接收器，它的作用是把外景成像在感光底片上，是底片曝光產(chǎn)生影像。
照相物鏡的光學(xué)特性一般用焦距 、相對(duì)孔徑 、視場(chǎng)角 表示。
用光學(xué)傳遞函數(shù)（MTF）評(píng)價(jià)成像質(zhì)量。
2.三片式、四片式、雙高斯物鏡的特點(diǎn)
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