PW初始结构设计和像差优化.ppt

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1、实际光学系统的设计：非常复杂，一般分为六步：a)光学系统的外形尺寸、b)初始结构参数、c)像差校正、d)像质评价、e)确定各光学元件的公差，f)和绘制光学系统图等。1初级像差理论求解满足成像质量的初始结构PW法1-1.简单物镜结构计算：单组元镜头，胶合，间隙很小的双分离：孔径视场小A.双胶合物镜（小视场，校正色差，球差，近轴慧差）--胶合面：有足够大的正球差抵消1,3面的负球差，伴随大孔径要求，导致大的正高级球差（大于1,3面的负高级量和），系统因此有正高级球差。焦距f‘mm501001502003005001000相对孔径D/f’1:

2、31:3.51:41:51:61:81:10如果后面有厚度的平行平板，还需保留相当的负色差和球差补偿平板产生的正的像差22、代数法初级像差理论求解满足成像质量的初始结构PW法1、缩放法光学技术手册，专利文献，找到与目标光学特性相近的结构，在此基础作整体缩放光学系统的7种初级像差，分别被7个塞得和数决定单色像差色差4一、薄透镜的初级位置色差：1.单薄透镜：物无穷远：2.薄透镜系统：3.双胶合或小间隙双分离系统消色差条件公式：5二、薄透镜的初级球差：1.单薄透镜：2.双胶合透镜初级球差：63.微小间隙双分离：正负四个面三、薄透镜的正弦差：1

3、.单薄透镜：或72.双胶合透镜：以胶合面为参考变量3.微小间隙双分离镜组：以胶合面为参考变量示例1：消三种像差的双胶合望远物镜的设计过程，要求：焦距f’=100mm,相对孔径D/f’=1:4,查玻璃对表：K9＋ZF2玻璃满足初级像差要求8方程无球差为零的解，用负的极小值的条件来判断：此时的值对应消球差的解再看正弦差是否满足？－－满足9再由光焦度公式中心厚度，边缘厚度要求：负透镜中心和直经相关，在（0.06D～1D）选K9ZF210已知参数，d光边缘光线（h＝12.5），近轴光线，和F,C光的带光线（h＝8.8375）光路计算边光球差和带

4、光色差看出，初级像差已经过矫正，所以必须对高级像差进行校正，顺序为先色差，再球差。正弦差通过选择玻璃来满足。色差的矫正量不大时，一般修改最后一面半径～相当于在最后一块透镜上加一块相同材料的薄透镜（r1为原r3，r2为修改后半径11消色差，得到对这一新的面元重新光路计算如果球差需要矫正，采用对透镜组整体弯曲的方法，基本上保持色差不变示例2：消三种像差的双分离望远物镜的设计过程，中间的空气间隔，是带球差和正弦差矫正的因素12要求：焦距f’=100mm,相对孔径D/f’=1:4,对带光消色差的要求：带光的像差：球差和正弦差都需要校正光学系统的

5、7种初级像差，分别被7个和数决定初级像差—二条近轴光线在折射面上的高度和P，W的函数若干薄透镜组成的薄透镜系统两种特殊情况：1）相接触的单组薄透镜（双胶合）——光线的高度h相同两种特殊情况：2）与光阑重合的接触薄透镜——第二近轴在镜组上的高度hz=0相同当光阑与薄透镜组重合，参量P仅表示初级球差，W仅表征初级慧差，像散为常数，畸变为0.色差中初级倍率色差也自动为0.所以单个双胶合镜组在校正好位置色差的基础，同时P=W=0可行。PW==镜组的的内部结构参数，物体的位置有关。分离方法求两类（1）任意位置是的PW；（2）物无穷远处的注意：无穷

6、远轴上点发出的光线与轴的夹角用表示，应在=0时所求。无穷远和有限远物距镜组的相对孔径应不变，即使PW的光线与的光线具有相同的高度。实际应用：归一化条件下的的值作为基本参量，对于无穷远物距，归一化条件：对于有限远物距，归一化条件：归一化条件下对应的像差参量：实际条件下对应的像差参量PW归一化条件下的像差参量的关系：3.单薄透镜和双胶合透镜组的基本像差参量：基本像差参量镜组的结构参数：原则：像差参量能够以单片透镜满足，就应取单片不能满足，才考虑用双胶合或分离透镜组1)单薄透镜归一化：如图：n=1.5单薄透镜，参量函数取极小值当n=1.5~

7、1.7，(1)当=-0.14,有极值，(2)当关系如图(3)同时满足有局限性(4)还要考虑色差参量双胶合：定义f‘=1时，色差参量此参数完全决定镜组的色差23归一化条件：2)双胶合薄透镜归一化：Q是胶合面的阿贝不变量,有称形状因子24其中玻璃组合和色差参量，选取合适的玻璃对，光焦度25第一块透镜玻璃选取不同，极值不同，但变化很小冕牌玻璃在前火石玻璃在前示例：设计一个焦距：1000mm，相对孔径为1:100的望远物镜，像高y’=13.6mm。1)：选型：视场角很小，轴外像差不大，主要校正：球差和正弦差，相对孔径不大，双胶合或双分离，采用双

8、胶合型，孔径光阑与物镜框重合2)：像差参量：初级像差=026冕牌玻璃在前火石玻璃在前3)：由P0和CI查表玻璃组合，成本和加工，选K9和ZF2，当CI=0，则P0=0.038，若选K7和ZF3，P0=0.0