OPD841高国欣写

1、光学设计程序(ODP841,TOL841)使用说明书 (高国欣) ODP841光学设计程序是一个通用的光学设计和像质评价程序.它是ODP 821光学设计程序基础上发展而成的,具有像差计算,几何传递函数计算,适应法像差自动校正,波像差计算,像差变化量表计算和结构参数修改几种功能.本程序适用于共轴的球面和非球面系统,也适用于无焦系统,系统最多可含40个面和5个非球面. 本程序现巳在PDP11计算机和IBM-PC及其兼容机上运行.对PDP11计算机要求其内存不少于64K,而对IBM-PC计算机,要求其内存不少于256K.两种机器上的程序功能是相同的.要求填写的数据基本是相同的,只是很小的差别.不同的

2、地方在后面分别列出,相同的就不在分别说明.本说明适用于这两种机器上运行ODP841程序. ODP841程序运行所需的数据和输出结果,均组织成文件的形式.当程序运行时,显示器上提示你打入你所建立的数据文件名,这时程序从指定文件提取数据,若数据填写正确,显示器上接着提示你打入输出数据文件名,输出数据文件用来存放程序计算结果,文件名的规则同一般文件名,但对PDP11 计算机,要求其文件名连同其扩展名(包括"."),总共不超过8个字符.对IBM -PC计算机无此限制,它的文件名也可包括驱动器号和指定路径,但一共不超过40个字符.正确的回答了系统提示后,程序即开始运行.运行结束之后,

3、 可通过操作系统的打印或显示命令来看到输出数据文件的内容,即计算结果.而输入数据文件是利用操作系统提供的编缉程序建立的. 另外ODP841程序中也提供了一种辅助的输入数据文件的方法,即直接对话式输入.当显示器上提示你打入数据文件名时,不打入输入数据文件名而直接打入ENTER键时(对PDP11打入RETURN键),即进入此种数据输入方式, 显示器顺序的提示你输入各种数据,这种方法只是做为熟悉输入数据填写格式的一种辅助方法. PDP11计算机中采用有格式的数据读入,一般一个数据项不超过10个字符.特殊的具体指出.对IBM-PC计算机上的读入数据无此限制.两种机型读入的数据类型都要符合要求,整型量不

4、能有小数点,实型量要求小数点.数据与数据之间用","分隔.出现在同一行的数据必须在一行之内填写. 第一部分 几何像差的计算 光学系统结构参数和光学特性是几何像差计算所必须的数据.而几何像差计算是整个程序的基础,必须首先填写,其它计算都在几何像差计算之后进行的.几何像差计算时需要填写下列数据,它的意义将在后面解 释(每行前面的序号1,2等是不填写的,为叙述方便而加入的): 1)JS,NI,K,M,LAS,FM,除FM为实型量外,其余为整型量. 2)L,WY,HU,全部为实型量. 3)R1,D1,ND1,NF1,NC1, R2,D2,ND2,NF2,NC2, 全部为实型量. R

5、k+1,Dk+1,NDk+1,NFk+1,NCk+1, 4)NO1,1,A21,A41,A61,A81,A101,NO2,2,A22,A42,A62,A82,A102,LAS=0则不填写. NOLAS,uLAS,A2LAS,A4LAS,A6LAS,A8LAS,A10LAS, 除NOi为整型量外,全部为实型.NO最多3个字符,其它不超过15个字符. 5)KWY1,KHV1, KWY2,KHV2, 全部为实型数,最多不超过30行. 6)4444,几何像差计算部分数据结束标记. JS-计算内容控制标记.其有下述几种情况: 1>JS=0,只计算近轴参数.(f',f,Lf',Lf,

6、I',Y') 2>JS=2,除上述内容外,还计算1,0.7071,两个口径和两个视场的单项几何像差. 3>JS=一个四位数,Ji为1或0时,表示要或不要这部分计算, 具体如下: J1:计算近轴参数和1,0.85,0.7071,0.5,0.3,五个轴外视埸和轴上点的单项几何像差. J2:计算D光子午和孤失的垂轴像差. J3:计算FC光的单项几何像差和垂轴像差. J4:计算指定视场和孔径的光线在系统中各面上的投射高和各面之间的斜厚度.各光线视埸孔径由使用者给出. *.*对1>-6>中字符具体说明: NI色光数.只是一种或三种色光. K 系统的总面数,不包括入

7、瞳和像面. M 实际光栏所在的面数.若给出入瞳距则M为零. LAS非球面的个数.无非球面则为零. FM理想系统的焦距.对无焦系统或后工作距系为无限远的系统, 本程序是加入一不产生像差的理想系统,使其成像在有限距系,这时系统即可作一般系统处理. L 物距.物位在无限远时填零. WY视场角或物高.当物位在无限远时,填角度,单位为度.当物位在有限距系时,填物高. HV当物在无限远时,为1/2光束口径HV=D/2.当物位在有限远时, 为SinV,V为物方孔径角,一律填正值. R 半径.平面填零.第K+1个半径填零. D 厚度或间隔.当给出入瞳时(M=0),d1值-L&,表示由入瞳面至第一面的距

8、离.当给出实际光栏时(M=0),d1填零,dK=1为零. N 折射率.NI=1时,只填ND;当NI=3时,需写NO,NF,NC. NO表示非球面所在面序号. u 为二次曲面的压缩系数,u=1-2,为二次曲面的偏心率. A2,A4.A10为非球面的高次项的系数.非球面的面型用下述公式表示: X=CH2/1+(1-C2H2u)(1/2)+A2H2+A4H4+A6H6+A8H8+A10H10+A12H12 最后一项是加上的.其中C为基准二次曲面的顶点曲率.程序最多可含5个非球面,每个非球面对应一行数据.无非球面则不填写. KWY,KHV需计算投射高和斜厚度的光线对应的视场和孔径.KMY必须是下面六个

9、数之一:1,0.85,0.7071,0.5,0.3,0 口径则可任意指定.例如: 计算轴上点边缘光线的投射高和斜厚度,则填(0,1), 全视场0.85孔径的上光填(1,0.85),全视场0.85孔径的下光填(1,-0.8).填(0.70,0.8)这一对数是错的,因 为允许的视场中没有0.7这个数,程序允许最多计算30条光线的投射高和斜厚度. 第二部分 几何传递函数计算 当选择此项计算内容时,首先填写2222,做为标记,接着填写所需的各项数据,最后以4444结束,如下所示: 2222, nw,HK1,.HKnw,nw为整型,其它为实型. nim,DSK1,.DSKnim,nim为整型,其它为实型

10、. Fmin,Fmax,CW1,CW2,CE3,全部为实型. 4444, *.*有关字符说明: nw轴外视场个数.有2和5两种情况: 1>nw=2时,计算(1,0,7071,0)三个视场的传递函数. 2>nw=5时,(1,0.85,0.7071,0.5,0.3,0)六个视场,其中0表示轴上点. HKi代表每个轴外视场的渐晕系数.个数必须等于nw. nim像面位置数.即要求对几个像面位置计算传递函数最多不超过5个像面. nim表示每个计算传递函数的像面相对理想像面的位移.个数等于nim. Fmin,Fmax为计算传递函数的最低空间频率和最高空间频率频率间隔为Fmin,另外要求Fmax

11、/Fmin15.即所计算的频率数不超过15. CWi色光的权因子.如果只计算单色传递函数,可令CWi=1,CW1 =CW3=0;计算白光传函数时,把三种色光的传递函数值加权平均. 如果系统结构参数修改后,又需要计算传递函数,则只要在该数组数据后面填写2222,其余数据仍然有诚效,不必重新填写,对其它各项计算内容也有同样功能. 第三部分 适应法像差自动校正 本自动校正程序采用适应法.受控像差为单项几何像差,程序中提供了37种像差,以供选择.当进行像差自校正时,填写3333做为标记,后面接所需数据,最后以4444结束.具体内容如下: 3333, NX,JMA,MA1,.MAJMA,全部为整型数 J

12、A,AM1,AD1,JA为整型数,其余为实型. . JAn,AMn,ADn, DO,DD,DN,DDN,DAS,HAS,全部为实型. KH1,KH0.7,HH(+),HH2(-),全部为实型 . Xc1,Xc2,.Xc10,全部为实型数. Xc11.Xc20, .Xcnx, DMIN1,DNIN2,.DMIN10,全部为实型. . .DMINk, DMAX1,(DMAX2,.DMAX10.DMAXk,全部为实型.) BJN1,(BJN2,.BJN5,)全部为实型. 4444 *.*有关字符说明: NX自变量个数.即采用多少个变量进行自动校正. JMA校正阶段.即所要校正的像差,分为几个阶段进行

13、校正.程序规定最多为3个阶段,当第一阶段要校正的像差全部进入公差后,第二阶段的像差才能加入校正,只有第一,二阶段的像差都进入公差之后,第三阶段的像差才加入校正. MAi每个校正阶段参加校正的像差个数.JMA=1只需填写MA1;JMA=2,需填写MA1和MA2;JMA=3须填写MA1,MA2和MA3.例如: 分3个校正阶段,第一阶段校正5种像差,第二阶段7种,第三 阶段8种.则填写3,5,7,8,表示,当第一阶段校正的5种像差进入公差之后,再加入2种像差进行校正,当这7种全部进入公差之后,再加入1种,共要求控制8种像差. AMi目标值.即参加校正的各种像差的目标值. ADi公差.参加校正的各种像

14、差的公差. 如果该像差必须达到指定的目标值,则公差填零.若像差公差不变, 则公差填正值.但并非只有正公差,同样表示正负公差,如果要求在全部像差达到目标值或进入给定公差带之后,收缩该像差的公差,则公差填负值.这时同样表示正负公差.程序在可能校正的情况下,能 收缩6次公差,每次将公差乘0.9. DC自动校正中,计算像差微分矩阵时,采用的曲率增量,一般取为总光焦度的百分之一到五百分之一.即1/1001/500. DD间隔或厚度的增量.一般为总焦距f'的1/20001/5000. DN折射率的增量.一般取为0.00050.001. DDN色散的增量.一般取为0.000050.0001. DAS

15、非球面系数的增量.可取为DC的1/2. HAS光线在非球面上的投射高.取轴上点边缘光线的投射高.若有几个非球面,则取其平均高度. KH1计算全视场宽光束子午像差(子午球差和子午慧差)时规定的渐晕系数. KH7计算0.7071视场子午宽光束像差的渐晕系数. HH1(+)在边界条件中,用来规定系统中各透镜通光口径的全视场宽光束的上光线渐晕系数. HH2(-)为全视场宽光束下光线渐晕系数,上光和下光对主光线可以是不对称的. DMINi透镜边缘或中心的厚度(间隔)最小值.个数同面数相同.DMIN1不起作用,可填零.DMIN表示在HH1(+)和HH2(-)指定的通光口径下,正透镜允许的边缘最小厚度,负透

16、镜允许的中心最小厚度.空气间隔的意义也与此类似. DMAXi透镜中心的最大厚度或间隔.当不限制时,只填一个零.当受限制时,DMAX1不能是零,需任给一数值总个数同面数. BJNi玻璃三角形的座标.当采用折射率和色散作为变量时,用该三角形所确定的范围对玻璃的光学常数进行限制.共填五个数.如果玻璃常数不作变量时,这五个数的意义如图所示: 填写顺序为n1,n1,n2,n2,n3, 例如对C,F光消色差,对D光校正单色像差可填写:1.5046,0.0078,1.7550,0.0148,0.0274, 对cg消色差,对D光校正单色像差右填:1.5046, 0.0128,1.7550,0.0240,0.0

17、512.对其它谱线消色差,或者对玻璃材料有严格的限制的情况给出相应的数值. XCi自变量类别.个数同自变量个数NX一致.自变量可分为三类: 非球面系数作为参数,这时用一个两位数表示.如MN,其中M 表示是第几个非球面系数.对于u1,A2,A4,A6,A8,A10,n依次为1,2,3,4,5,6.因此若第一非球面的压缩系数u为变量,则表示为11. Xc为一个三位数,表示单个结构参数作为变量用MN1N2表示 M可为1,2,3,4,分别表示曲率,间隔(厚度),折射率和色散. N1,N2构成的两位数表示对应变量的序号.台第12个曲率为变量,表示为112,而第3个间隔作变量,则表示为203,等等. Xc

18、为一个五位数,表示一个组合变量.用MN1N2K1K2来表示. M=1,2,3,4,8,9分别表示曲率,间隔(厚度),折射率,的结组,两个折射面间交换光焦度及整组弯曲透镜.用两个两位数N1 N2和和K1K2分别表示结组的两个参数,当M=8时表示交换光焦度的两个折射面的序号.M=9时表示整组的起始面和终止 面的序号.当结组的两个参数永远相等时这个五位数为正数. 当两个参数大小相等,符号相反时,这个五位数为负数.例如: 第2第5个曲率要求在校正像差过程中,二者保持相等,因此它们构成了一个组合变量,表示为10205.如果要求它们绝对值相等,而符号相反时,则表示为-10205. JAi参加校正的像差种类

19、.本程序提供了37种像差选择,受控像差用其序号表示.具体如下: 1>(1/F')系统的总光焦度.括号内为程序输出数据所用标记. 2>(MY)共轭面的垂轴放大率. 3>1/LZM(1/SZM)全视场主光线对应的出瞳距离的倒数. 4>LK'/f'(SK/F)相对后工作距离. 5>L'm(DL)全孔径轴向球差. 6>S'cm(SC)全孔径的正弦差. 7>X'tm(XT)全视场细光束子午场曲. 8>X'sm(XS)全视场细光束弧矢场曲. 9>X'tsm(XTS)全视场像散. 10>

20、;Y'zm(DY)全视场畸变. 11>L'fc(DLFC)(L'fcm+Lcm)/2.边缘和近轴轴色差的平均值. 12>Y'fcm(DYFC)全视场垂轴色差. 13>Lsn(DLSN)(L'0.7071+L'm/2),0.7071口径的球差减小1/2的边缘.相当于0.7071孔径的剩余球差. 14>SC'sm(SCSM)(SC0.7071-SC'm/2),0.7071孔径的正弦差.减小1/2的边缘正弦差.相当于0.7071孔径的剩余正弦差. 15>XT'sn(STSN)(ST'0.70

21、71-ST'm/2).0.7071视场的剩余子午场曲. 16>XS'sn(XSSN)(XS'0.7071-XS'm/2),0.7071视场的剩余孤矢场曲. 17>yz0.7071(DY0.7)0.7071视场的畸变. 18>L'fc(DDLFC)(L'fcm-L'fc)色球差. 19>Y'fc(Yfc0.7071-0.7071Yfcm),0.7071视场的剩余垂轴色差. 20>K'tmKT(1,1)在给定渐晕系数下,全视场全孔径的子午慧差. 21>K't0.7071hkt(1,2

22、)在给定渐晕系数下,全视场0.7071孔径的子午慧差. 22>K't0.7071wKT(2,1,)在给定渐晕系数下,0.7071视场全孔径的子午慧差. 23>K't0.7071w0.7071hKT(2,2)在给定渐晕系数下,0.7071视场0,7071孔径的子午慧差. 24>L'tDLT(1,1)在给定渐晕系数下,全视场全口径全子午球差.(XT'-Xt'). 25>L't0.7071hDLT(1,2)在给定渐晕系数下,全视场0.7071口径的子午球差. 26>L't0.7071wDLT(2,1)在给定渐晕系数

23、下,0.7071视场全孔径的子午球差. 27>L't0.7071w0.7071hDLT(2,2)在给定渐晕系数下, 0.7071视场0.7071孔径的子午球差. 28>K'smKS(1,1)全视场全孔径孤矢慧差. 29>K's0.7071hKS(1,2)全视场0.7071孔径的孤矢慧差. 30>L'smDLS(1,1)全视场全孔径的孤矢球差. 31>L's0.7071hDLS(1,2)全视场0.7071孔径的孤矢球差. 32>L0.85h(DL0.85)轴上点0.85孔径的球差. 33>SC0.85h(SC0.8

24、5)轴上点0.85孔径的正弦差. 34>L0.5h(DL0.5)轴上点0.5的球差. 35>SC0.5h(SC0.5)轴上点0.5的正弦差. 36>DLfc0.7071h(DLF0.707)轴上点0.7071孔径的轴向色差. 37>DLfd0.7071h(DLF0.7)轴上点0.7071孔径的D光和F光间的色差. 对4>进行说明:相对后工作距离的公差的意义同前有所不同, 这里分为三种情况: 如果要求相对后工作距离不小于下限值,则目标值填写它的下限值.公差填+1. 如果要求它不大于上限值,则目标值填它的上限值,公差填-1. 如果要求它达到指定的数值,则公差填零. 每

25、行的JA指定了一个要求校正的像差.AM为其相应的目标值,AD为其公差,共计几行.n为要校正的像差总数. 当JMA=1时,n=MA1 当JMA=2时,n=MA2 当JMA=3时,n=MA3 以上介绍了像差自动校正时所应填写的数据及其意义.特别需要指出的是,由于本程序采用的是适应法,因此要求校正的像差个数应小于或等于自变量的个数. 第四部分 波像差计算 选择此项计算内容时,填写标记6666,接着填写所需各项数据,最后以4444结束.具体内容如下: 6666, NW,HK1,.HKnw,nw为整形,具它全部为实型. DS,WL1,WK2,WL3, 4444. NW轴外视场数.意义同第二部分传递函数计

26、算中相同. HKi轴外每个视场的渐晕系数.意义同前面传递函数计算相同. DS计算波差的基准像平面对理想像面的位移量. WLi计算波差的波长.共填三个数,按照填写折射率(ND,NF, NC)的顺序,分别填写它们的波长. 只计算一种波长.可将后两个波长填为0,0.只同计算一种或三种波长这两种情况.不能只计算两种波长. 第五部分 像差变化量的计算 该项计算以7777为标记,接着填写所需数据,以4444结束.具体如下: 7777, NX,MA, JA1,.JA10, .JAma前面各量均为整形,后面为实型. DC,DD,DN,DDN, XC1,XC2,.XC10, . .XCnx, 4444. NX计

27、算像差变化量表的变量个数. JAi具体的像差序号,共计MA个,每行十个,各像差的序号与像差自动校正中像差的序号相同. DC曲率的变化量. DD间隔的变化量. DDN色散的变化量. XCi变量的类别.共计nx个,每行十个,它的表示方法与像差自动校正中变量 的表示方法相同. 第六部分 结构参数修改 这项计算为对前面给出的结构参数进行修改,然后重新计算像差.以8888为标记.后接着所需数据,以4444结束.具体内容如下: 8888, XC1,DCS1,XC2,DCS2,.XC5,DCS5,全部为实型. ., 4444. XCi为需要修改的结构参数的编号.具体内容除了同像差自动校正之外,还增加了按结构

28、参数的实际值进修改一项.此时参数的编号为一个四位数,形式为mn1 n=0,具中m= 1,2,3,4,5分别代表半径,间隔(厚度),折射率nd,折射率nf,折射率nc,n1,n2为该结构参数的序号.如1020表示按实际值修改第二个半径. DCSi对应的结构参数和增量或实际值.当XCi为一个三位数时,DCSi为对应结构参数的增量.当XCi为四位数时,DC S1为结构参数的实际值.每行填写十个数.例如:1020, 75,103,0.001,210,0.1,3090,1.516分别表示把第二个 半径改为75,把第三个曲率改为0.001,第十个间隔或厚度增加0.1,第九个折射率nd改为1.516,等等.

29、当做了结构参数修改后,其它出现在此项计算后的各项内容,均按修改后的结构参数进行计算. 以上介绍了ODP841各项计算内容所需之数据.除了像差计算所需之数据放在数据文件最后面之外,其它各项计算内容所需之数据可按任意顺序组合.不需做此项计算则不填写这项内容数据.最后填写一个5555 以表示整个数据结束. 第六部分 举例子 例子1:中倍显微物镜: 原始系统的结构参数如下: r d nd nf nc 15.22 1.0 1.0 1.0 3.8 -11.88 1.5163 1.52195 1.51389 (kg) 1.5 -136 1.6140 1.62494 1.6096 (baf7) 12.07 8.55 1.0 1.0 1.0 3.5 -8.63 1.6130 1.62012 1.6100 (zk7) 1.5 -310 1.6725 1.68747 1.6666 (zf2) 1.0 1.0 1.0 光学特性物距L=-140,物高为Y=-10,数值孔径Sin=-0.03.对这一系统计算几何像差.进行像差自动校正,对所得结束计算波像差和几何传递函数.自动校正时,取所有的曲率各一个空气间隔做为变量,共7个变量,控制放大倍率(-0.1×).轴上点球差,正弦差,轴向色差,垂轴色差和像散共计6 个像差