第五章-光学系统初始结构计算课件

,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,P,i,、,W,i,，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,）,r,D,时,3,、计算第一近轴光线的入射高度,h,i,（,1,）计算第一近轴光线射高度,h,i,（,2,）,计算曲率半径,r,i,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,S,IV,（,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,（,a,）孔径高级彗差,（,b,）视场高级彗差,（,3,）场曲,（,4,）畸变,5,、检查边界条件,算出通光口径、透镜的厚度、透镜的间隔、系统总长度等边界参数（参考系统外形尺寸计算方法）,