五 光学系统初始结构计算PPT课件

第五章光学系统初始结构计算,初始结构计算的目的：,确定系统的初始结构参数：曲率半径、透镜的厚度、间隔、玻璃折射率和色散等。,初始结构计算的方法：,用代数法求解初始构,从已有的专利文献资料中选择初始结构。,5.1代数法计算初始结构,2、只和透镜弯曲有关的象差方程式，如球差、彗差、象散和畸变等象差方程式。这些象差方程式只和系统内部参数有关，解这些方程式就可确定结构参数R、d和n；然后再将系统过渡到有限厚度系统。,一、概念,根据初级象差和结构参数之间的线性关系建立一系列象差方程式，然后求解这个线性方程组，得到一个满足象差要求的初始结构。,象差方程式分成两大组：,1、只和透镜的光焦度、透镜间隔、光线入射高度等外部参数有关的象差方程式，如光焦度分配、位置色差、倍率色差、场曲等像差方程式,二、基本公式,1、和外部参数有关的象差方程式,（1）光焦度分配,（2）校正位置色差,（3）校正倍率色差,（4）校正匹兹凡场曲,解方程组可求出系统各光组的光焦度、间隔、光线的高度和玻璃材料折射率等外部参数,2、和内部参数有关的象差方程式,（1）校正球差,（2）校正彗差,（3）校正象散,（4）校正畸变,其中,这组方程式与透镜的弯曲有关，解这组方程式可求出系统的内部参数Pi、Wi，从而确定系统的结构参数R、d、n,三、校正象差的选择,1、对于小孔径小视场系统，应校正好球差、正弦差和位置色差，如望远镜、低倍显微镜物镜,2、对于大孔径小视场系统，应重点校正轴上象差,3、对于小孔径大视场系统，应重点校正好轴外象差,4、对于大孔径大视场系统，七种象差都应校正，如照相机系统,5、了解初级象差的性质，知道哪些象差是无法校正的，一定要排除那些无法校正的象差。,四、象差自由项的选择,五、解方程求初始结构参数,六、向厚透镜过渡,1、确定透镜的通光口径,（1）物体在无穷远处的通光口径,（2）物体在有限距离且视场较小时,线视场2y已知，则,（3）透镜实际通光口径,2、确定透镜厚度与空间间隔,（1）负透镜中心厚度,（2）正透镜边缘厚度,正半径时根号取负值，负半径时根号取正值,（3）rD时,3、计算第一近轴光线的入射高度hi,（1）计算第一近轴光线射高度hi,（2）计算曲率半径ri,4、确定各光组之间的间距,5.6从已有资料中选择初始结构,从已有资料中选择初始结构方法和步骤：,1、物镜选型,（1）确定系统的光学特性及其所能承担的最大相对孔径和视场角,（2）进行象差分析,（3）在同类结构中选择高级象差小的作为初始结构,（a）相对孔径D/f、视场角2物镜结构,（b）数值孔径NA.物镜结构（显微镜系统里）,（c）同类结构中，焦距越长，相对孔径和视场角越小,（d）同类结构中，相同焦距，相对孔径越大，场角越小；相反，视场角越大，相对孔径越小,2、缩放焦距,、分别为已有结构的曲率半径和透镜厚度与间隔,、分别为缩放后的曲率半径和透镜厚度与间隔,专利或手册上的结构参数一般都是按确给出的,3、更换玻璃,（1）保持色差不变,（a）选用色散（或阿贝数）接近的玻璃,（b）正透镜选用高折射率冕牌玻璃，以减小高级象差和SIV,（c）双胶合透镜应尽量使胶合面两边的折射率差变化不大，保证原系统的象差不会发生太大变化,（d）保证光焦度不变，对透镜半径进行修正,（2）更换玻璃校正色差,（a）计算更换玻璃后色差系统的改变量,（b）计算色散的改变量,（c）计算需要更换玻璃的色散,是需要校正的初级位置色差改变量,（d）根据两种色差的大小和符号决定更换哪一块玻璃,如果0.707口径的位置色差较大，全视场的倍率色差较小，更换靠近光阑那块透镜的玻璃,如果两种色差符号相反，更换光阑前边那块透镜的玻璃,4、估算高级象差,系统的边缘孔径或视场校正了象差以后，系统在0.707带的最大剩余象差由高级象差大小来决定，即可以用剩余象差来估算高级象差。,（1）球差,（a）孔径高级球差,（b）视场高级球差,轴外球差,轴上球差,（2）彗差