光学设计pw法及例子课件4

1、光学设计光学设计光学系统的特性参数：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,zh h.PW, ,.( , ,)zzh hJP W h hJ, , , /l f WD f.( . . )PW r d n1110,1,1,1kuhfu:PW.r d nr. d. n3、物体在有限远时uuh03()pph02()h对物体位置的规化点： ,AAP WB点： ,BBP W2124()2(32 )2(2)BAAAkABAPPW

2、huuhWWhuB在无限远 21114() 2(3 2 )(2)AAAAkAAAPPuWh uuhWWu hu求任意物面位置的参量 21114() 2(3 2 )(2)BBAAkABBPPuWh uuhWuu hu 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.P W.P W2111(41)(32 )(2)PpuWuuWWuu.( . . )P Wr d n四、用，表示的初级象差系参量和四、用，表示的初级象差系参量和初级象差初级象差4313322222322324232252112223(3)zzzzzzzShPSh hPJhWSh hP

3、JhhWJSJhShhPJhWJuhChCChhC双胶合透镜组的双胶合透镜组的 和和 与结构参数的关与结构参数的关系系 一、求解方程给定求找结构参数结构参数规化条件.P W1C1,/,h fDfP W C1,PWC，（）（1）、阿贝零不变量）、阿贝零不变量（2）、与结构参数的关系1,PWC12112211221112223131211222211222332112222111()1( 1)1( 1)() ()11() ()112(1 )CrrrCrrruQnuQnuuuuPnnnnuuuuWnnnnPA QB QCWKQCAaaBbbCccP11223311221121222221212131

4、31(1)(1)anananbnbnncnncn200002001000200222020()()4211234()(1)4(1)2.350.850.85(0.1)0.85(0.2)PA QQPuQQWBPCABQAQBAWK QLQAPPWWAAPAAPPPWPPW （ 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，.PW0P01,P C1000,Q P WQ0000PPQQAWWQQKQ1 1, 2, 31, 2, 3单薄透镜的与结构参数的单薄透镜的与结构参数的关系关系 看作双胶透镜的特例1,PWC 单透镜各

5、参数222000020020200022331,1(1)111,1()()()914(1)4 (2 )322 (1)(2 )12 (2 )411(1)(1)nabcnnnKlnnPa Qb QcWK QlPaQQPWKQQWPPP WWbnPcannbnQannWK QlnnPan 选玻璃为定值000,P Qu 及P12min1221min011(2)111(12 )(1)2(1)()22WWunPPWunnunPPun用用.W法求解简单物镜的结构方法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

6、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）13.6ymm1000/1/1613.6fmmDfy选型选型 视场范围小（），孔径角（）校正：球差、正弦差、轴向色差，由选双胶合22u /Df 确定基本象差参量确定基本象差参量 球差 正弦差 位置色差12102KKLLlSn u 1102SKZZK KKSCYySn u1210FCFCKKlllCn u 求的极小值求的极小值P0P20020() ,0.8500.85(00.1)0.00850.1PPP WWPP 0令W由求玻璃组合由求玻璃组合01,P C9120730320920

7、001,0,0.038.,0.012.,0.029.,0.0383194.2840740.060992.0094042.44,1.72K CZF PK ZF PK ZF PK ZF PQWAK 求形状系数求形状系数Q0000000,4.2840740.06099PPQQAWWQQKPP QQWW 求透镜各面的曲率求透镜各面的曲率123求薄透镜各面的曲率半径及象差求薄透镜各面的曲率半径及象差123f 2薄变厚薄变厚 凸透镜 凹透镜 37614dtDdtD821640.03dtDdtDdD 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

8、1000/1/1613.6fmmDfy一一、查光学设计手册、查光学设计手册 ，校正球差、正弦差 轴向位置色差、双胶22u 二二、确定基本象差参量、确定基本象差参量 球差 正弦差 位置色差 基本象差参量 12102KKLLlSn u 1102SKZZKKKSCYySn u 1210FCFCKKlllCn u 0,0PW三三、求的极小值、求的极小值四四、由查表，求玻璃组合，、由查表，求玻璃组合，配对配对01.P C92.K ZF五五、求形状系数、求形状系数0000000,4.2840740.06099PPQQAWWQQKPP QQWW 六六、求透镜各面的曲率半径、求透镜各面的曲率半径213七七、求

9、薄透镜各面的曲率半径及象差、求薄透镜各面的曲率半径及象差123八八、薄透镜的结构参数及象差、薄透镜的结构参数及象差 外径 内参数0.0136tg ,500ZLhL 九九、求厚透镜各面的厚度、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,/1/10,100fDfD37dtD614dtD82,0.05dtD dD164,0.05dtD dD21dtxx 32810Dxxt32dtxx t=(D+3x2+x1)/10 例2设计一个的平行光管，物镜框作为孔阑

10、，用PW方法，求其初始解1000fmm/1/12,21.50Df一一、选型、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。 二二、确定基本象差参量、确定基本象差参量 球差 正弦差 位置色差122121()20,0lh PPn ulPP 2121211()220,0CSWWJCWW121212121()20,0FCFCln uhrrlrr 三三、选玻璃材料、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小四四、解结构参数、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113311111121111

11、22223322222222222222222222.35662,()()1.35662()()2(41)(3)1(2)lPPhPPWWhWPPPhWWWhPPuWunWWun （3）、由象参求形状系数12,Q Q211111111112222222222222111122221122311132223111322221222311122222112212233211221204,1(2)Pa Qb QcWk QlPa Qb QcWk QlPa Qb Qa Qb QcWk Qk QlAaAaBbBbkkkkkLllnCcc 221222(41)(3)lQ Qn 查表，的值92,KF111112

12、222212121222121,3.03503,5.5929376.048,40.32859.21625,2.9805322.13632,0.51064,0.51064a b c k la b c k lAABBkkLCk QQQk （）、由形状系数求球面半径 由消色差分配22211 第二块透镜的球面半径424234223310.510164 10.489836737.126110.4898362.12168511.61284737.126747.4242.121685lQfrPPnfrP 五、象差计算0.0131,40,0Ztglhmm l 1000.42,0.039993

13、0.01538,0.003790.00003,0.000010.00001,0.00001kmhmhFCMFChfullscscWW 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，用方法求其初解，并进行象差校正。列方程组列方程组 解出3195111llllllf 36.562548.75144.25fll 二二、选型，确定基本象差量、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,NA1111111111232211110,0,0sin0.1sin3333330.10.750.1333300()0(

14、)(41)(52 )00.750.5625(52 0.7)2.85(2)2.025sCPWNAnuuuuuuuhCCnPPnPWWnPPPuWuuWWuu 三三、选择玻璃、选择玻璃 由选玻璃 双胶2200.85(0.2)2.85 0.85( 2.025 0.2)0.01896875PPW01,P C33,F QK1000121.0958082.46222025.3831565.444751.7311109.1596555.1545260.0256700.2766020.8216321.61641.4874ABCKLQPWPnn 四四求形状系数求形状系数Q00002.850.025675.154

15、5262.4622204.2835140.2255384.1214334.08351412QQPPQWWQQQA或或五五、由、由Q求透镜各面曲率求透镜各面曲率123六六计算各面曲率半径计算各面曲率半径11223336.562530.21871.20995136.562512.237652.98770636.562527.862051.312269frfrfr 七七、象差计算、象差计算 1111,42.75sin0.1,0.001zyLuL 36.56250.033334.209611.157020.001260.000390.000420.00010mhmhFCMFChfullSCSlWW 例4、设计一个双分离FT变换物镜，焦距输入面用氦氖激光照射，试求当的双分离物镜的初始解为300,30,30inspfDD0.0006328mm1122,zzSSSS（1）、用玻璃组合，减小）、用玻璃组合，减小69.ZF K4S12121212120.00063281.74969