PW初始結構設計

1、1a) 光學系統(tǒng)的外形尺寸、光學系統(tǒng)的外形尺寸、b) 初始結構參數(shù)、初始結構參數(shù)、c) 像差校正、像差校正、d) 像質評價、像質評價、e) 確定各光學元件的公差，確定各光學元件的公差，f) 和繪制光學系統(tǒng)圖等。和繪制光學系統(tǒng)圖等。光學系統(tǒng)的光學系統(tǒng)的 7 7 種初級像差，分別被種初級像差，分別被 7 7 個和數(shù)決定個和數(shù)決定I11II11122III11112IV113223V222211111PP1P2311P3kkkkkzkkkkzzkkkkkkkzzzShShJWhhuSJWJhhhnnnSJn n rhhhunnSJWJJhhhhnn n rhn 11n unuhrnn n 初級像差初

2、級像差二條近軸光線在折射面上的高度和二條近軸光線在折射面上的高度和 P P，W W 的函數(shù)的函數(shù)22(1/ )1/1/(1/ )1/1/uuuuuuPnnnnnnuuuuuuWnnnn nn 兩種特殊情況：兩種特殊情況：1 1） 相接觸的單組薄透鏡（雙膠合）相接觸的單組薄透鏡（雙膠合） 光線的高度光線的高度 h 相同相同III22III2IV322V22PPP2P33zzzzzzShShJWhhSJWJhhSJhhhSJWJhhh 總總兩種特殊情況：兩種特殊情況：2 2） 與光闌重合的接觸薄透鏡與光闌重合的接觸薄透鏡 第二近軸在鏡組上的高度第二近軸在鏡組上的高度 hz =0 相同相同III2I

3、II22IVVP/0ShSJWSJSJJnS 總（）當光闌與薄透鏡組重合，參量當光闌與薄透鏡組重合，參量P P僅表示初級球差，僅表示初級球差，W W僅表征初級彗差，僅表征初級彗差，像散為常數(shù)，畸變?yōu)橄裆槌?shù)，畸變?yōu)?. 0. 色差中初級倍率色差也自動為色差中初級倍率色差也自動為0.0.所以單個所以單個雙膠合鏡組在校正好位置色差的基礎上，同時雙膠合鏡組在校正好位置色差的基礎上，同時P=W=0 P=W=0 可行?？尚?。22(1/ )1/1/(1/ )1/1/uuuuuuPnnnnnnuuuuuuWnnnn nn P W = =鏡組的內部結構參數(shù)，物體的位置沒有關。鏡組的內部結構參數(shù)，物體的位置沒

4、有關。 分離方法求分離方法求兩類兩類 （1 1） 任意位置是的任意位置是的P WP W；（；（2 2） 物無窮遠處的物無窮遠處的WPP 注意：無窮遠軸上點發(fā)出的光線與軸的夾角用注意：無窮遠軸上點發(fā)出的光線與軸的夾角用 表示，表示， 應在應在 =0 =0 時所求。時所求。 無窮遠和有限遠物距鏡組的相對孔徑應不變，即使無窮遠和有限遠物距鏡組的相對孔徑應不變，即使 P W 的光線的光線與與 的光線具有相同的高度。的光線具有相同的高度。uPWuWPh1u10u kuku1222112432WWuhPPuWhuh實際應用：歸一化條件下的實際應用：歸一化條件下的 的值作為基本參量，的值作為基本參量， 對于

5、無窮遠物距，對于無窮遠物距， 歸一化條件：歸一化條件：PWu1,1,1khfu對于有限遠物距，對于有限遠物距， 歸一化條件：歸一化條件：11,1,1khfuuh11n unuhrnn n 歸一化條件下對應的像差參量：歸一化條件下對應的像差參量： ,PWP W121124132WWuPPuWu 實際條件下對應的像差參量實際條件下對應的像差參量P W 歸一化條件下的像差參量歸一化條件下的像差參量的關系：的關系：,P W32()()PhPWhW433322232223322223(3)IIIzIIIzzIVzVzzShPSh hPJhWSh hPJhhWJSJhShhPJhWJh1221122211

6、111nnnPnnnnnWnn3. 單單薄透鏡和雙膠薄透鏡和雙膠合透鏡組的基本像差參量：合透鏡組的基本像差參量： 基本像差參量基本像差參量鏡組的結構參數(shù)：鏡組的結構參數(shù)：原則：原則： 像差參量能夠以單片透鏡滿足，就應取單片像差參量能夠以單片透鏡滿足，就應取單片 不能滿足，才考慮用雙膠合或分離透鏡組不能滿足，才考慮用雙膠合或分離透鏡組1) 1) 單薄透鏡單薄透鏡歸一化：歸一化：121,0,1huu如圖：如圖：n=1.5單薄透鏡，參量函數(shù)單薄透鏡，參量函數(shù)110(21)2 (2)(1)nnn nn110(21)2 (2)(1)nnn nn02(41)4(2)(1)nnPnnP取極小值取極小值00W

7、202(2)1(1)2(2)n nPPWnn當當n=1.51.7，200.85(0.14)PPW01.362.14P10(1) 當當 =-0.14, 有極值，有極值，11IIchIIlC WP(2) 當當 關系如圖關系如圖WP(3) 同時滿足有局限性同時滿足有局限性WP(4)(4)還要考慮色差參量還要考慮色差參量雙膠合：定義 f =1時，色差參量11II此參數(shù)完全決定鏡組的色差此參數(shù)完全決定鏡組的色差1121123IPAQBQCBAWQ 歸一化條件：歸一化條件：WP2) 2) 雙膠合薄透鏡歸一化：雙膠合薄透鏡歸一化：112233131223111,1:0,1,1,IIIhflfnnnnnnnn

8、421ISh Qnl32211IIpSh h QJh QnlnlQ 是膠合面的阿貝不變量是膠合面的阿貝不變量, ,有稱有稱 形狀因子形狀因子12121Qr12223232211212331221111(1)(1)1IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIAnnnBnnnnnCnnn 其中其中玻璃組合和色差參量，選取合適的玻璃對，光焦度玻璃組合和色差參量，選取合適的玻璃對，光焦度20000()1()2PPA QQAWWQQ200024()(1)APPWWA13第一塊透鏡玻璃選取不同，極值不同，但第一塊透鏡玻璃選取不同，極值不同，但 變化很小變化很小0W200.85(0.1)PPW冕牌玻

9、璃在前冕牌玻璃在前200.85(0.2 )PPW火石玻璃在前火石玻璃在前一、像差特性參數(shù)的歸化151. P、W對入射高度對入射高度h和焦距和焦距f的歸化的歸化 新的透鏡組對應焦距為新的透鏡組對應焦距為1，入射高度：，入射高度： ，兩透，兩透鏡組內部各折射面上的角度鏡組內部各折射面上的角度u，u都不變。則都不變。則P、W不變。不變。hfh16 1. P、W對入射高度對入射高度h和焦距和焦距f的歸化的歸化 f=h=1時的像差特征參數(shù)表示為時的像差特征參數(shù)表示為 ：17 2. 對物距的歸化對物距的歸化 f=h=1時的規(guī)劃條件下，物距時的規(guī)劃條件下，物距 對應于第一近軸光線與對應于第一近軸光線與光軸夾角：光軸夾角：18 2. 對物距的歸化對物距的歸化規(guī)劃條件：規(guī)劃條件：1 hf無限遠距時：無限遠距時：1, 021huu反之有：反之有：1h193. C的歸化的歸化iiC fCC把任意焦距、入射高和物距的透鏡組的像差特性參