光学设计指导书

1、光学设计指南刘东梅王文生等主编张俊雄技术学院光电技术学院2005年全言根据应用光学课程大纲中规定的设计要求，结合光电大学的应用光学教育特性和具体情况，编写了光学设计指导书。本指导教程重点介绍了应用光学的基本理论知识、光学设计基本理论和方法，重点介绍了典型系统具体设计的思维和过程，加强了学生对光学设计的迫切理解和理解，融合和统一了理论和实际，提高了学生综合分析和解决问题的能力的培养。本实验地图教程包含三个部分：光学设计的PW方法、望远系统PW方法的具体计算过程，以及ABR程序的介绍和使用。在编写过程中，我们接受了过去课程设计的经验和优点，内容深刻，文字流畅，易于阅读，易于理解，具有自己的特色。本

2、教程由光电大学刘冬梅、王文生、刘智英、胡武英等编辑。本人水平有限，在教学过程中难免有不足之处，衷心希望广大读者批评和纠正教学过程中的不足。编辑2005年1月目录第一章光学设计的PW方法.41-1光学系统的基本图像差分参数.41-2光学系统基本图像差异参数的标准化.7与1-3双粘合薄透镜组结构参数的关系.9佐原健二望远系统PW法的具体计算过程.152-1望远系统的原理.152-2课程设计的内容和要求.152-3望远系统PW法的具体设计过程。16第三章ABR程序的介绍和使用.323-1abr计划简介.323-2构建数据文件和运行ABR程序.32第一章光学设计的PW方法1-1光学系统的基本图像差分参

3、数所有光学系统都由许多灯光组组成，每个灯光组都有自己的性能要求。例如，显微镜系统、望远系统至少要由物镜和目镜两部分组成，摄影系统大部分是摄影物镜。光学设计过程主要是根据灯光组的光学特性要求(等)，选择相应的结构样式，然后解决初始结构参数。但是，无论是基于初级非差理论解释的初始结构参数，还是根据现有数据选择的初始结构参数，非差都不一定能满足要求，因此必须进行非差修正。要应用初级像差理论解释光学系统的初始结构参数，必须使以前易于实际计算初级像差系数的基本公式组(1-2)成为必要的变换，以便与透镜或透镜组的结构参数相关联。用p，W表示的初级像差系数表达式是解决这个实用问题的更好的形式。现在，在一阶像

4、差系数的公式组(1-2)中，符号P，W:(1-1)相反，您可以得到用P和W表示的一阶像差系数表达式(1-3)。(公式中涉及的每个量的物理意义与应用光学中所述一致，此处不另行说明。带有下边缘的标记表示与主光线相关的每个物理量。)，以获取详细信息(1-2)(1-3)格式中，(1-4)公式组(1-3)将每个主要系数表示为折射面上两条近轴光线的高度和三个参数的函数。这些参数表征折射面的差异贡献度，仅由第一根近轴光线的数量决定，因此在实用上非常方便。使用光路计算方法，通过获取光学系统的图像差异来确定图像质量，首先需要知道该系统的结构参数。该结构可以是像差校正的可用结果，也可以是像差校正的初始结构，本章的

5、目的是根据一阶像差理论，用光路计算进行校正。求解光学系统初始结构时，根据一阶像差公式计算，省略透镜的厚度，因此根据设计系统的视口和孔径确定近似。在光学系统中的每个薄透镜组的光焦度和相互位置已知的情况下，还确定了每个光组中第一根轴和第二根轴光线的入射高度。根据表达式(1-3)，每个薄透镜组的主差由两个参数确定，因此称为薄透镜组的像差参数或像差特性参数。利用薄透镜系统初始解的过程是首先计算整个光学系统的外形系数，求出每个光组的光入射高度、光聚焦、lach不变量等。根据每个薄透镜组的像差要求，根据薄透镜系统像差公式(1-3)，求出每个薄透镜组的像差参数。最后，确定每个薄镜头组的结构参数。光学系统或灯

6、光组的像差参数表达式可以分为两部分。一个称为内部参数，它表示灯光组中每个折射面的曲率半径、折射面之间的间距以及折射面之间的介质折射率。参数的另一部分称为外部参数，表示水沫、焦距、半场角度、相对孔径等。以上内容不仅与内部参数相关，还与外部参数相关。也就是说，值取决于外部参数。为了确定光学系统的结构，使值仅通过内部参数确定，光学系统计算值的特定条件称为规范化条件。放大焦距的光学系统后，根据表示光学系统基本像差参数的归一化条件计算光路。这样，光学系统的基本像差参数值仅与系统的内部参数相关，不受外部参数的影响。1-2光学系统基本图像差异参数的标准化为了便于解释值中的灯光组结构参数，需要将与内部参数相关

7、的量和与对象位置相关的量分开。具体方法是将特定位置，即无限远的物体的值作为薄透镜组的基本像差参数，建立与设定任意物体位置的值之间的关系。一、物体在有限距离内的归一化从薄透镜的焦距公式中可以看出，除以每个折射曲面曲率半径，系统的焦距规范化为1，计算的薄透镜系统的像差参数表示为当前总和之间的关系。由高斯公式得出。分享常识两边。设置高考常识。从上述关系中可以看出，喝醉了的话，每个都是原来的乘法。另外，考虑到与的3次幂成正比，与的平方成正比，标准化时存在以下关系：识别(1-5):(1-5)根据相关公式，规范化焦距可以看出比例不变，即物体的相对位置不变。第二，标准化物体的位置。但是在实际的光学系统中，物

8、体可能位于不同的位置，如果物体的位置发生变化，值也会发生变化。物体处于无限位置时，规格化值可以表示为：(1-6)三、薄透镜组的基本像差参数按如下方式组合上述规格化步骤：第一步：按照表达式(1-5)规格化。第二步：将值规范化为。在这种情况下，值仅与灯光组内部参数相关，与外部参数没有直接关系。当徐璐接触的薄透镜系统在空气中时，在规范化条件下，有：在样式中，薄透镜组的总光焦点时每个薄透镜的光焦点量。因此，在规格化条件下，接触薄透镜组的位置颜色差异等于负位置颜色差异系数。规格化和非规格化接触薄透镜系统的位置颜色差异系数为：(1-7)表达式中薄镜头组的实际光聚焦程度。为了规范色差，习惯性地表达，同样是薄

9、透镜组的基本像差参数之一。同样，可用比例的色差系数之间的关系如下：(1-8)四、主图像差分系数的表示用表示的主要像差系数公式为：在上面列出的公式中，您可以根据设计时实际需要的主要像差系数求解每组薄透镜的值。这是每个灯光组的规格化条件值。1-3双粘合薄透镜组与结构参数的关系1.双粘合薄透镜组的独立结构参数和球面曲率半径公式在薄镜头组中更多使用的是双粘合镜头组，这是满足特定要求的最简单的形式。设计需要给定和的双粘合镜头组时，首先使用上一节的规格化公式找到相应的公式，然后求解镜头组的结构参数。本节重点介绍了解双胶透镜的结构参数。“双粘合薄透镜”组的结构参数包括三个折射球体的曲率半径()、两个玻璃材质

10、的折射率()和平均漫反射()。规范化条件下，双粘合薄透镜如下：表达式中每个都是两个镜头的光焦程度，上面可以达到以下效果。显然，中只有一个独立变量，现在用作独立变量。选择玻璃材质时，如果在还确定了焦点的条件下确定了三个折射球体曲率半径之一，则还确定了另外两个。因此，三个半径也只有一个独立变量，所以双粘合薄透镜组是或独立变量，用阿贝不变Q表示。(1-9)镜头弯曲的形状由Q决定，因此Q称为形状系数。总之，用于表示双粘合薄镜头的所有独立结构参数如下：对于球形半径或曲率，可以从下面(1-10)获取。(1-10)二、与结构参数的关系除了玻璃的折射率外，还与第一根根轴光线和光轴的角度有关，可以显示为结构参数

11、的函数。简化和清理后可用：(1-11)在样式中，与表达式相关的每个系数都是与折射率相关的量，这里不一一介绍。q对于配方：(1-12)在样式中，常识是双粘合薄透镜组的结构参数和基本像差参数的关系。Q是抛物线函数，是抛物线的顶点。当时，是极少数。q是没有极点的线性函数。与玻璃材质相关，与位置色差相关。为了讨论与玻璃材料的关系，从(1-12)表示式中移除与造型相关的系数，以取得：(1-13)命令组合光学玻璃并使用其他值计算A值时，A值的范围不大，平均值用常识值表达式替换此值，因此：变化的范围很小，所以当燧石玻璃在前面的时候，当冠冕玻璃在前面的时候。这两种情况的近似值分别指定为赋值表达式(1-13)，

12、如下所示：(1-14)如上所述，值取决于玻璃组合和值。因为是抛物线函数关系，所以材料和变更会变更，抛物线的外观不会变更，只有位置会上下移动。为了便于根据徐璐不同的值和值找到满足设计要求的玻璃组合，光学仪器设计手册上圈对常用玻璃根据冠冕玻璃的前面和燧石玻璃的前面两个组合计算和列出了值。表格中的每个值均计算为7个不同的值，并与每个系数一起计算。请参阅表1-1、1-2。三、双胶合透镜结构参数的相位计算双粘合透镜的结构参数计算步骤如下。1，由公式(1-14)求2、在值和值清单1-1(仅反映极小部分)中找到所需的玻璃组合，然后再次检查表1-2，根据选定的玻璃组合查找。3，请：(1-15)(1-16)将从

13、表达式(1-15)中得出的两个Q值与从表达式(1-16)中得出的Q值进行比较，以获得接近的值。根据4，q查找折射球体的曲率。5.上述求出的曲率是在总焦距为1的规格化条件下获得的曲率，由薄透镜的焦距公式得出，在实际焦距为的情况下，半径与成正比。也就是说：表1-1K3(冠冕玻璃前面)ZF1ZF2ZF3ZF5ZF61.9491.9792.0242.0442.0631.1951.3341.5351.6241.6660.3450.6160.9921.1561.234-0.0030.3110.7610.9581.051-0.402-0.0290.5050.7370.846-1.602-1.050-0.26

14、20.0770.237-3.117-2.334-1.227-0.750-0.526F3(火石玻璃前面)QK3K3K7K9K102.1261.9751.7711.9121.6541.5601.1390.6251.1490.3110.7710.162-0.6390.268-1.1370.422-0.260-1.176-0.112-1.7500.025-0.736-1.778-0.539-2.433-1.192-2.179-3.585-1.833-4.479-2.771-4.024-5.872-3.483-7.057表1-2K9(冠冕玻璃前面)符号ZK21.672532.2abckl1.362372.3636310.923714.53431.681813.76205-2.310791.91303-0.124290.835641.685892.4034915.788127.23311.701745.49133-3.284411.30581-0.097890.829951.87992.4274018.84233