应用光学非球面课件

应用光学_非球面.应用光学_非球面.1旅球面设计2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设验与加工旅球面设计2绕述x非球面系统的作用●简化票结构、缩短筒长、减小系鏡重量●提高系就成像质量●使光学票统向红外和紫外波段扩晨■透红外及紫外的材料制造困难、品种少大尺寸透射材料制造更困难且体积大■在极紫外(XUV)波段根本没有透射材料,只能用反射非球面系统消像差。随着非球面加工、检测设备的研制、开发与使用,非球面加工成本不断降低,应用越来越多,尤其在航天、科技、光盘读数头、数码相机、手机相机等众多领域2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工绕述3ChaptI旅球面的飘学模塑与性质1轴对称非面的数学表达式非球面的两种表达形式设为非球面的旋转对称轴,y表示入射光线在非球面上的入射高度,则其子午曲线的两种表达形式1>表达形式1a1rta2x+agx+a1=2R为顶点曲率半径x这种形式的特点对于二次曲面,取前两项即能严格表达曲面形状对于相对孔径很大的非球面,逼近得很快,高次项很少;缺点:当含κ以上项时,给定y值求x繁杂,需逐次逼近。2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工ChaptI旅球面的飘学模塑与性质4表达形式2Ay+By+cyRo这种形式常用在偏离平面很小的校正板的非球面光学元件这种形式的特点:由于总的偏离量一般不大,故逼近很快;实际需要的项数和系统的相对孔径有关,D∥f′=1:3的施密特校正板,实际用到y4项即可-这只需要用初级像差理论求解即能满足要求:孔径特别大时,最多用到y6项即可。≥说明:设计时,力求做到取最少的项数满足要求。因为均为的增加项数有时会给加工和检验带来困难,或者做出的实物与设计的曲线不一致。当然,如果从设计角度必须取多项则一定得考虑检验与加工方法。2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工表达形式25二、二次曲面(圆锥曲面)实际光学系统在很多情况下用到二次曲面即能满足要求,且其检验相对方便,故从工艺角度考虑,应尽量采用之。二次曲线方程有四种表达形式形式1±,=1(椭圆及双曲线)y2=2px(抛物线)参数a、b为椭圆或双曲线的长半轴和短半轴,p为抛物线的焦点到的距离,也是抛物线顶点的曲率半径。岁这种形式方便从数学上讨论曲线性质及一些衍生数学关系求曲线的几何焦点,但从几何光学的角度看是不方便的。2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工二、二次曲面(圆锥曲面)6少形式22R0x-(1-e)x>这是讨论光学问题常用的、最方便的形式之无论是哪种二次曲线,其坐标原点都在曲线顶点R0是曲线顶点的曲率半径,偏心率e决定了曲线的形状包含了扁球面-即绕椭圆的短轴旋转而成的二次曲面-在非球面光学中经常要用到。形状参数e与曲线的对应关系e2<0扁圆△e2=0e2<00<e2<1,椭圆e2=1抛物线△e2>1,双曲线R相同2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工少形式27形式3a,+.x≯这种形式与形式2是一致的,即a1=2R0有些人喜欢用这种形式。4)形式4例:一个F3的双曲面,设2=5,则当y=1时,穷级数第三项值为40m,如果这个面的通光孔径)+为200mm,即y=-100,则第三项对x的贡献为04um,这个大小是不可忽略的。算x比较方便取多’一取决于所要求的精度、相对孔径和面形参数。2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工形式38、一般形式的非赇面现在国际上通行的表达形式是+dytey+1+√1(K+1)k2Rx(1e2)x2)曲线常数、、…为系数项,则为严格的二次曲线,从形式2甲解出x,得对分母有理化后用R除分子分母,令c=1R0,K=e2,即得这种形式表示高次非球面对二次曲面的偏离程度。而1+√1(K+lcyAy2+By4+Cy+…适用于平板型非球面。2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工、一般形式的非赇面9ZEMAX中的偶次非球面表达式1+√1-(K+1)k式中第1项为一般的二次非球面,第2项为二次抛物面方程第1项的顶点曲率半径R1=1/,第2项的R2=1/2ax1ZEMAX程序中偶次非球面“曲率半径”是指R1;如果a1≠0,则实际曲面顶点曲率半径R决定于R1和R2,即RRR1+R2如果c和a1异号,数值上又是R>R2,则R将与R1异号2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工ZEMAX中的偶次非球面表达式102二次非球面的重要光学性质与法线有关的重要性质>P(x,y)为曲线上的点,PC为P点法线,C为顶点的曲率中光学上记△R=CC,称为法线像差。由解析几何求得△R=e从而:OCx=R0(1-e2)xpp=arctan用补偿法检验非球面时,yRo(I-e)x特别是自准光路中,需要设P(,y)计折射或反射系统,往往将非球面法线看作光线,需要先计算法线与光轴的交点位置及角度。R2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工2二次非球面的重要光学性质11应用光学非球面课件12应用光学非球面课件13应用光学非球面课件14应用光学非球面课件15应用光学非球面课件16应用光学非球面课件17应用光学非球面课件18应用光学非球面课件19应用光学非球面课件20应用光学非球面课件21应用光学非球面课件22应用光学非球面课件23应用光学非球面课件24应用光学非球面课件25应用光学非球面课件26应用光学非球面课件27应用光学非球面课件28应用光学非球面课件29应用光学非球面课件30应用光学非球面课件31应用光学非球面课件32应用光学非球面课件33应用光学非球面课件34应用光学非球面课件35应用光学非球面课件36应用光学非球面课件37应用光学非球面课件38END16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿

17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克

18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云

19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋

20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃END16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿39应用光学_非球面.应用光学_非球面.40旅球面设计2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设验与加工旅球面设计41绕述x非球面系统的作用●简化票结构、缩短筒长、减小系鏡重量●提高系就成像质量●使光学票统向红外和紫外波段扩晨■透红外及紫外的材料制造困难、品种少大尺寸透射材料制造更困难且体积大■在极紫外(XUV)波段根本没有透射材料,只能用反射非球面系统消像差。随着非球面加工、检测设备的研制、开发与使用,非球面加工成本不断降低,应用越来越多,尤其在航天、科技、光盘读数头、数码相机、手机相机等众多领域2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工绕述42ChaptI旅球面的飘学模塑与性质1轴对称非面的数学表达式非球面的两种表达形式设为非球面的旋转对称轴,y表示入射光线在非球面上的入射高度,则其子午曲线的两种表达形式1>表达形式1a1rta2x+agx+a1=2R为顶点曲率半径x这种形式的特点对于二次曲面,取前两项即能严格表达曲面形状对于相对孔径很大的非球面,逼近得很快,高次项很少;缺点:当含κ以上项时,给定y值求x繁杂,需逐次逼近。2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工ChaptI旅球面的飘学模塑与性质43表达形式2Ay+By+cyRo这种形式常用在偏离平面很小的校正板的非球面光学元件这种形式的特点:由于总的偏离量一般不大,故逼近很快;实际需要的项数和系统的相对孔径有关,D∥f′=1:3的施密特校正板,实际用到y4项即可-这只需要用初级像差理论求解即能满足要求:孔径特别大时,最多用到y6项即可。≥说明:设计时,力求做到取最少的项数满足要求。因为均为的增加项数有时会给加工和检验带来困难,或者做出的实物与设计的曲线不一致。当然,如果从设计角度必须取多项则一定得考虑检验与加工方法。2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工表达形式244二、二次曲面(圆锥曲面)实际光学系统在很多情况下用到二次曲面即能满足要求,且其检验相对方便,故从工艺角度考虑,应尽量采用之。二次曲线方程有四种表达形式形式1±,=1(椭圆及双曲线)y2=2px(抛物线)参数a、b为椭圆或双曲线的长半轴和短半轴,p为抛物线的焦点到的距离,也是抛物线顶点的曲率半径。岁这种形式方便从数学上讨论曲线性质及一些衍生数学关系求曲线的几何焦点,但从几何光学的角度看是不方便的。2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工二、二次曲面(圆锥曲面)45少形式22R0x-(1-e)x>这是讨论光学问题常用的、最方便的形式之无论是哪种二次曲线,其坐标原点都在曲线顶点R0是曲线顶点的曲率半径,偏心率e决定了曲线的形状包含了扁球面-即绕椭圆的短轴旋转而成的二次曲面-在非球面光学中经常要用到。形状参数e与曲线的对应关系e2<0扁圆△e2=0e2<00<e2<1,椭圆e2=1抛物线△e2>1,双曲线R相同2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工少形式246形式3a,+.x≯这种形式与形式2是一致的,即a1=2R0有些人喜欢用这种形式。4)形式4例:一个F3的双曲面,设2=5,则当y=1时,穷级数第三项值为40m,如果这个面的通光孔径)+为200mm,即y=-100,则第三项对x的贡献为04um,这个大小是不可忽略的。算x比较方便取多’一取决于所要求的精度、相对孔径和面形参数。2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工形式347、一般形式的非赇面现在国际上通行的表达形式是+dytey+1+√1(K+1)k2Rx(1e2)x2)曲线常数、、…为系数项,则为严格的二次曲线,从形式2甲解出x,得对分母有理化后用R除分子分母,令c=1R0,K=e2,即得这种形式表示高次非球面对二次曲面的偏离程度。而1+√1(K+lcyAy2+By4+Cy+…适用于平板型非球面。2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工、一般形式的非赇面48ZEMAX中的偶次非球面表达式1+√1-(K+1)k式中第1项为一般的二次非球面,第2项为二次抛物面方程第1项的顶点曲率半径R1=1/,第2项的R2=1/2ax1ZEMAX程序中偶次非球面“曲率半径”是指R1;如果a1≠0,则实际曲面顶点曲率半径R决定于R1和R2,即RRR1+R2如果c和a1异号,数值上又是R>R2,则R将与R1异号2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工ZEMAX中的偶次非球面表达式492二次非球面的重要光学性质与法线有关的重要性质>P(x,y)为曲线上的点,PC为P点法线,C为顶点的曲率中光学上记△R=CC,称为法线像差。由解析几何求得△R=e从而:OCx=R0(1-e2)xpp=arctan用补偿法检验非球面时,yRo(I-e)x特别是自准光路中,需要设P(,y)计折射或反射系统,往往将非球面法线看作光线,需要先计算法线与光轴的交点位置及角度。R2018年10月3日星期三11时45分16秒非球面设计、检验与加工2二次非球面的重要光学性质50应用光学非球面课件51应用光学非球面课件52应用光学非球面课件53应用光学非球面课件54应用光学非球面课件55应用光学非球面课件56应用光学非球面课件57应用光学非球面课件58应用光学非球面课件59应用光学非球面课件60应用光学非球面课件61应用光学非球面课件62应用光学非球面课件63应用光学非球面课件64应用光学非球面课件65应用光学非球面课件66应用光学非球面课件67应用光学非球面课件68应用光学非球面课件69应用光学非球面课件70应用光学非球面课件71应