光学设计xin

第五章光组初始结构的给定要求：掌握用缩放法确定光学系统的初始结构，了解PW法的求解思路；重点：用缩放法确定光学系统的初始结构。第一节薄透镜系统的初级像差理论一、概述光学系统的像差除了是结构参数的函数而外，同时还是物高y（或视场角ω）和光束孔径h（或孔径角u）的函数。在光学自动设计中，我们在y、h一定的条件下，把像差和系统结构参数之间关系用幂级数表示，并且仅取其中的一次项，建立像差和结构参数之间的近似线性关系。在像差理论的研究中，把最低次幂对应的像差称为初级像差，较高次幂对应的像差称为高级像差。具有较大实际价值的是初级像差理论。1、初级球差21haL2、初级彗差yhaKs223、初级子午场曲23yaxt4、初级弧矢场曲24yaxs5、初级畸变35yayz6、初级轴向色差1ClFc7、初级垂轴色差yCyFc2二、薄透镜系统的初级像差方程组unhhJWhhJPhhyunJWhhJPhhxunJWhhJPhhxKunWJPhKunhPLzzzzzzszztsTzs2/)]3(3[2/])1(2[/]2[32/2/222232222222以上方程组中每个透镜组共出现四个未知参数P、W、C和μ，它们都和各个透镜组的内部结构参数有关，称为内部参数。其中unhChyunChlzFCFC/][/][22/iin通常取μ的平均值为0.7。P、W确定系统的单色像差，称为“单色像差参数”。它们和透镜组中各个折射面的半径ri和介质的折射率ni有关。CFiinnnC1而色差参数阿贝数式中iiiiiiiiiiiinunununnnuuu;111;iiiiiiiinunuWnunuP/1;/12上述方程组中都有一个与透镜组内部结构无关的常数n´、u´组成的常数项，为了简化，并且只留下与透镜内部结构有关的部分，且用一组新的符号代表，得到下列方程组：hPLunSⅠ22WJPhKunSzsⅡ22222JWhhJPhhxunSzztsⅢSⅠ…SⅤ称为第一至第五像差和数;SⅠC、SⅡC称为第一和第二色差和数。222JxunSpⅣ)3(3222223hhJWhhJPhhyunSzzzzⅤ122ChlunSFCⅠC1hChyunSzFCⅡC第二节代数法（解析法）、PW法一、由初级像差直接求解薄透镜系统的结构参数，大体步骤为：(1)、根据对整个系统的像差要求，求出相应的像差和数，把已知的外部参数h、hz、φ、J代入，列出只剩下各个透镜组的像差特性参数P、W、C的初级像差方程组；(2)、求解初级像差方程组得到对每个薄透镜组要求的P、W、C值；(3)、由P、W、C求各个透镜组的结构参数.二、为了简化计算和掌握P、W与结构参数的变化规律，常以、、归化于一定条件下的值作为基本像差参量。这一规化条件就是：u1=0,h1=1,f´=1,uk´=1,在此规化条件下的P、W值以和来表示之。PWPW1、P、W对入射高和焦距的规化P、W和、的关系（f´=h=1）：23)()(hWWhPPhuuPW2、、对物距的规化PW)2()25()14(1211uWWuWuPP反之由、求、PWPW)2()23()14(1211uWWuWuPP3、C的规划fCCCii双胶合薄透镜实际步骤：（1）由、求P0PW200)(85.0WWPP式中W0当冕玻璃在前取0.1，火石玻璃在前取0.2。（2）由P0和查表找出需要的玻璃组合,再查表按所选玻璃组合找出φ1、Q0;P0、W0时的Q0为双胶合透镜组的形状系数。1C（3）求Q67.135.20000WWQQPPQQ（4）根据Q值求r1、r2、r3)1/()1(/1/1/1)1/(/1/12123211112nrrrnrQr第三节缩放法所谓缩放，即根据对光组的要求，找出性能参数比较接近的已有结构，将其各尺寸乘以缩放比K，得到所要求的结构，并估计其像差的大小或变化趋势。其缩放程序如下：（1）根据所设计光组的外部参数，由手册等资料选取比较接近的现有结构；（3）将现有结构中的所有线量放大（缩小）K倍,角量和相对量不变。（4）估计使用条件下的像差和瞳孔位置的变化。（2）根据焦距计算缩放比现有焦距设计焦距ffK（5）检查和调整间隔（中心厚或边缘厚），满足工艺要求，必要时更换玻璃材料（尽可能国产常用，并保证折射率和色散值）。（6）上机计算。首先检查焦距，是否为预想值，若相差甚远，可复查缩放过程或原始值，再查其他值，或作像差校正等。