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时间:2020-06-18
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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
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