光学设计pw法及例子课件4

光学设计光学系统的特性参数：••象差：初始结构参数，象差校正'',/,2fDf光学设计中的P.W法•一、光学系统的基本象差参量及规化•已知，相互位置，初级象差由确定。•求解过程••确定结构参数内部参数•外部参数•规定•令•（规化条件）'f,zhh.PW,,,.(,,,)zzhhJPWhhJ'',,,/lfWDf.(..)PWrdn''1110,1,1,1kuhfu:PW..rdnr.d.n3、物体在有限远时uuh03()pph02()h1.对物体位置的规化Ａ点：,AAPWB点：,BBPW'212[4()]2(32)2(2)BAAAkABAPPWhuuhWWhuB在无限远'2111[4()]2(32)(2)AAAAkAAAPPuWhuuhWWuhu求任意物面位置Ｂ的参量'2111[4()]2(32)(2)BBAAkABBPPuWhuuhWuuhu•三、薄透镜组的象差参量•将P.W规化为P.W•将P.W规化为•由规化下的求P.W•规化下的基本象差.PW.PW2111(41)(32)(2)PpuWuuWWuu.(..)PWrdn四、用Ｐ，Ｗ，Ｃ表示的初级象差系参量和初级象差4313322222322324232252112223(3)zzzzzzzShPShhPJhWShhPJhhWJSJhShhPJhWJuhChCChhC双胶合透镜组的和与结构参数的关系一、求解方程•给定求找结构参数•结构参数•规化条件.PW1C''1,,/,,,hfDfPWC1,,PWC，（）（1）、阿贝零不变量（2）、与结构参数的关系1,,PWC1211221122'111'222'3'1''3'1'211222211222332112222111()1(1)1(1)()()11()()112(1)CrrrCrrruQnuQnuuuuPnnnnuuuuWnnnnPAQBQCWKQCAaaBbbCccP1122331122112122222121213131(1)(1)anananbnbnncnncn200002001000200222020()()4211234()(1)4(1)2.350.850.85(0.1)0.85(0.2)PAQQPuQQWBPCABQAQBAWKQLQAPPWWAAPAAPPPWPPW（火石玻璃）（冕光玻璃）•（1）、由求•（2）、由求找玻璃组合找•（3）、求形状参数•（4）、由求•（5）、时，.PW0P01,PC1000,,,QPWQ0000PPQQAWWQQKQ1ρ1,ρ2,ρ3ρ1,ρ2,ρ3单薄透镜的与结构参数的关系•看作双胶透镜的特例1,,PWC•单透镜各参数222000020020200022331,,1(1)111,1()()()9[1]4(1)4(2)322(1)(2)12(2)411(1)(1)nabcnnnKlnnPaQbQcWKQlPaQQPWKQQWPPPWWbnPcannbnQannWKQlnnPan•选玻璃为定值000,,PQu及P12min1221min011(2)11[1][(12)](1)2(1)()22WWunPPWunnunPPun用Ｐ.W法求解简单物镜的结构方法•（1）、小视场、大孔径、球差、正弦差、位置色差（双胶、双分离）•（2）、用PW方法解出双胶，双分离物镜的初始结构（薄变厚）象差的微量校正•例1：设计一个焦距为1000mm，相对孔径1：16的望远物镜，象高，令物镜框为孔阑（尺寸为mm）'13.6ymm'''1000/1/1613.6fmmDfy选型•视场范围小（），孔径角（）•校正：球差、正弦差、轴向色差，由选双胶合22u'/Df确定基本象差参量•球差•正弦差•位置色差'''1''2102KKLLlSnu''''1''102SKZZKKKSCYySnu'''1''210FCFCKKlllCnu求的极小值P0P20020(),0.8500.85(00.1)0.00850.1PPPWWPP0令W由求玻璃组合01,PC9120730320920001,0,0.038.,0.012.,0.029.,0.0383194.2840740.060992.0094042.44,1.72KCZFPKZFPKZFPKZFPQWAK求形状系数Q0000000,4.2840740.06099PPQQAWWQQKPPQQWW求透镜各面的曲率ρ1ρ2ρ3求薄透镜各面的曲率半径及象差ρ1ρ2ρ3f’2薄变厚•凸透镜•凹透镜37614dtDdtD821640.03dtDdtDdD•例：设计一个焦距为1000mm，相对孔径1：16的望远物镜，象高，令物镜框为孔阑（尺寸为mm）'13.6ymm'''1000/1/1613.6fmmDfy〔一〕、查光学设计手册•，校正球差、正弦差•轴向位置色差、双胶22u〔二〕、确定基本象差参量•球差•正弦差•位置色差•基本象差参量'''1''2102KKLLlSnu''''1''102SKZZKKKSCYySnu'''1''210FCFCKKlllCnu0,0PW〔三〕、求的极小值〔四〕、由查表，求玻璃组合，配对01.PC92.KZF〔五〕、求形状系数Ｑ0000000,4.2840740.06099PPQQAWWQQKPPQQWW〔六〕、求透镜各面的曲率半径ρ2ρ1ρ3〔七〕、求薄透镜各面的曲率半径及象差ρ1ρ2ρ3〔八〕、薄透镜的结构参数及象差•外径•内参数0.0136tg,500ZLhL〔九〕、求厚透镜各面的厚度•（1）、•（2）、光学零件的中心厚度与边缘厚度的确定•正透镜：高精度•中精度•负透镜：高精度•中精度•凸透镜的边缘厚度：最小•最小中心厚度•凹透镜••最小中心厚度''1000,/1/10,100fDfD37dtD614dtD82,0.05dtDdD164,0.05dtDdD21dtxx32810Dxxt32dtxxt=(D+3x2+x1)/10•例2．设计一个的平行光管，，物镜框作为孔阑，用PW方法，求其初始解'1000fmm'/1/12,21.50Df〔一〕、选型•视场小，相对孔径不大，校轴上象差，球差，正弦差，位置色差，选双分离。〔二〕、确定基本象差参量•球差•正弦差•位置色差'12''2'121()20,0lhPPnulPP'212'1211()220,0CSWWJCWW'12'''12'12121()20,0FCFClnuhrrlrr〔三〕、选玻璃材料•一般用双胶物镜的玻璃组合•原则：•正透镜低色散•负透镜高色散,nr大,nr小〔四〕、解结构参数•（1）、由消色差条件92,KF•（2）、n=1，对透镜象差参量进行规化11331111112111122223322222222222222222222.35662,()()1.35662()()2(41)(3)1(2)lPPhPPWWhWPPPh•（3）、由象参求形状系数12,QQ211111111112222222222222111122221122311132223111322221222311122222112212233211221204,1(2)PaQbQcWkQlPaQbQcWkQlPaQbQaQbQcWkQkQlAaAaBbBbkkkkkLllnCcc221222(41)(3)lQQn•查表，的值92,KF111112222212121222121,,,,,,,,3.03503,5.5929376.048,40.32859.21625,2.9805322.13632,0.51064,0.51064abcklabcklAABBkkLCkQQQk•（４）、由形状系数求球面半径•由消色差分配ρ2ρ2ρ2ρ1ρ1•第二块透镜的球面半径42'42342'23310.51016410.489836737.126110.4898362.12168511.61284737.126747.4242.121685lQfrPPnfrP•〔五〕、象差计算0.0131,40,0Ztglhmml''''0.7''0.7''0.71000.42,0.0399930.01538,0.003790.00003,0.000010.00001,0.00001kmhmhFCMFChfullscscWW•例3、设计一个共轭距离为195mm，垂轴放大率为－3倍，数值孔径为0.1的显微物镜，物镜框为孔阑，物高为1mm，用ＰＷ方法求其初解，并进行象差校正。〔－〕列方程组•解出''''3195111llllllf''36.562548.75144.25fll〔二〕、选型，确定基本象差量•校正球差、正弦差、位置色差、选双胶型2,NA11111'11111232211110,0,0sin0.1sin0.10.10.03333330.10.750.1333300()0()(41)(52)00.750.5625(520.7)2.85(2)2.025sCPWNAnuuuuuuuhCCnPPnPWWnPPPuWuuWWuu〔三〕、选择玻璃•由选玻璃•双胶2200.85(0.2)2.850.85(2.0250.2)0.01896875PPW01,PC33,FQK1000121.0958082.46222025.3831565.444751.7311109.1596555.1545260.0256700.2766020.8216321.61641.4874ABCKLQPWPnn〔四〕求形状系数Q00002.850.025675.1545262.4622204.2835140.2255384.1214334.08351412QQPPQWWQQQA或或〔五〕、由Q求透镜各面曲率ρ1ρ2ρ3〔六〕计算各面曲率半径'11'22'3336.562530.21871.20995136.562512.237652.98770636.562527.862051.312269frfrfr〔七〕、象差计算1111,42.75sin0.1,0.001zyLuL''3''0.7''0.70.736.56250.033334.209611.157020.001260.000390.000