應(yīng)用光學(xué)簡(jiǎn)明教程 課件【ch17】光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例

應(yīng)用光學(xué)簡(jiǎn)明教程光電&儀器類(lèi)專(zhuān)業(yè)教材光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例第十七章中倍平場(chǎng)顯微

物鏡設(shè)計(jì)01一、中倍平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì)用PW方法進(jìn)行中倍平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì)011.按技術(shù)要求選取合適的結(jié)構(gòu)形式通常消色差的雙膠合物鏡所能負(fù)擔(dān)的偏角小于0.15，單透鏡所能負(fù)擔(dān)的偏角小于0.20，否則將引起大量的高級(jí)像差。因此，上述系統(tǒng)最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)雙膠合透鏡加上一個(gè)單透鏡組成的，如圖17.1所示。一、中倍平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì)用PW方法進(jìn)行中倍平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì)012.系統(tǒng)的高斯光學(xué)計(jì)算(1)偏角分配物鏡總偏角δ=0.416，取負(fù)透鏡偏角-0.1，正透鏡偏角為0.18，雙膠合透鏡偏角為0.13，厚透鏡偏角為0.206，并取物距l(xiāng)=-167mm，透鏡之間空氣間隔如圖17.4所示?？讖焦怅@暫放在負(fù)透鏡上。以上數(shù)據(jù)的選取要使各透鏡不致有過(guò)大的φ值(有過(guò)小r值而產(chǎn)生大的高級(jí)像差)，也不應(yīng)使厚透鏡有過(guò)小的后工作距離，否則，需重新分配偏角。一、中倍平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì)用PW方法進(jìn)行中倍平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì)012.系統(tǒng)的高斯光學(xué)計(jì)算(2)高斯光學(xué)計(jì)算由幾何光學(xué)可知，透鏡組偏角和光線(xiàn)在透鏡上的高度可求得：求各薄透鏡的光焦度及第一近軸光線(xiàn)在各薄透鏡組上的高度。一、中倍平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì)用PW方法進(jìn)行中倍平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì)013.列出系統(tǒng)的初級(jí)像差方程組一、中倍平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì)對(duì)各透鏡組PW規(guī)范化02一、中倍平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì)對(duì)各透鏡組PW規(guī)范化02一、中倍平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì)對(duì)各透鏡組PW規(guī)范化02雙高斯型物鏡設(shè)計(jì)02二、雙高斯型物鏡設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的非球面方程01(1)玻璃選擇原則攝影物鏡選取正、負(fù)透鏡分離式結(jié)構(gòu)時(shí)，不可能有任意大的間隔，又要求系統(tǒng)總光焦度為正，為使

，即滿(mǎn)足校正場(chǎng)曲，取正透鏡用高折射率玻璃，而負(fù)透鏡用低折射率玻璃。在滿(mǎn)足這n一要求的前提下，正、負(fù)透鏡盡可能選用高折射率玻璃，使折射面曲率減小，減小高級(jí)像差。另外，采取正、負(fù)透鏡分離結(jié)構(gòu)時(shí)，無(wú)論正透鏡或負(fù)透鏡在前，在正透鏡上入射高度比在負(fù)透鏡上入射高度要高。二、雙高斯型物鏡設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的非球面方程01(2)對(duì)稱(chēng)的原則對(duì)稱(chēng)式光學(xué)系統(tǒng)的彗差、畸變和倍率色差均可自動(dòng)校正。在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，可首先對(duì)即后半個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，只考慮校正球差、像散、場(chǎng)曲和位置色差，然后再合成一個(gè)整個(gè)的系統(tǒng)。(3)同心原則折射面符合同心原則是光闌處于折射面的球心處，只有球差、場(chǎng)曲和位置色差，無(wú)其他像差。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使多數(shù)折射面彎向光闌，即考慮了同心原則，像差便于校正，廣角物鏡注意的原則。二、雙高斯型物鏡設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的非球面方程01(4)系統(tǒng)的復(fù)雜化選取初始結(jié)構(gòu)在像差校正過(guò)程中，難于取得滿(mǎn)意的像質(zhì)，用復(fù)雜化的方法提高其光學(xué)性能。復(fù)雜化的方法有：一種方法為分裂透鏡，即把高級(jí)像差貢獻(xiàn)很大透鏡分裂為二，重新校正像差；另一種方法是在透鏡中加膠合面，有三種情況：①消色差膠合面把一塊透鏡變?yōu)槟z合透鏡，選取兩種折射率相等而色散不相等的玻璃進(jìn)行組合，使系統(tǒng)單色像差不變，而色差得到校正。②消球差膠合面可用膠合面產(chǎn)生球差來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)的微量球差。③消像散膠合面由這種膠合面產(chǎn)生像散以補(bǔ)償系統(tǒng)的微量像散。二、雙高斯型物鏡設(shè)計(jì)雙高斯型物鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定021.以彎月形厚透鏡校正匹茲萬(wàn)和數(shù)二、雙高斯型物鏡設(shè)計(jì)雙高斯型物鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定021.以彎月形厚透鏡校正匹茲萬(wàn)和數(shù)二、雙高斯型物鏡設(shè)計(jì)雙高斯型物鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定021.以彎月形厚透鏡校正匹茲萬(wàn)和數(shù)二、雙高斯型物鏡設(shè)計(jì)雙高斯型物鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定022.加入無(wú)光焦度雙薄透鏡組校正SI如圖17.12所示，a，b為無(wú)光焦度薄透鏡組，并使負(fù)透鏡b和厚透鏡合成一體(透鏡c和厚透鏡取同一材料，即nc=nb)。以正透鏡彎曲來(lái)校正半部系統(tǒng)的初級(jí)球差，必須滿(mǎn)足下式：二、雙高斯型物鏡設(shè)計(jì)雙高斯型物鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定023.選取孔徑光闌位置以校正像散取上述球差比較小的結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后取三個(gè)不同的入瞳距I值，計(jì)算它的像散，從而可確定最佳入瞳位置，而球差和位置色差對(duì)不同入瞳距是不變的。但入瞳距不能太大，否則，結(jié)構(gòu)尺寸將過(guò)大。4.加入膠合面在經(jīng)過(guò)了初步校正的基礎(chǔ)上，就可以加入膠合面以校正色差。此外，還可以給膠合面兩邊的玻璃以一定的折射率差，用來(lái)校正單色像差，特別是用來(lái)改善高級(jí)像差特性。二、雙高斯型物鏡設(shè)計(jì)雙高斯物鏡設(shè)計(jì)實(shí)例031.雙高斯物鏡半部系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1)半部系統(tǒng)的規(guī)范化雙高斯物鏡的半部系統(tǒng)如圖17.13所示。二、雙高斯型物鏡設(shè)計(jì)雙高斯物鏡設(shè)計(jì)實(shí)例031.雙高斯物鏡半部系統(tǒng)設(shè)計(jì)(2)以厚透鏡校正SⅣ考慮高級(jí)像散及場(chǎng)曲平衡，取規(guī)范化值SⅣ=0.0556(3)加無(wú)光焦度雙薄透鏡校正SI(4)半部系統(tǒng)焦距確定半部系統(tǒng)合成完全對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)如圖17.14所示.二、雙高斯型物鏡設(shè)計(jì)雙高斯物鏡設(shè)計(jì)實(shí)例031.雙高斯物鏡半部系統(tǒng)設(shè)計(jì)(5)半部系統(tǒng)實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)的決定首先將規(guī)范化半部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)r，d乘以半部系統(tǒng)的實(shí)際焦距，然后將薄透鏡a，b加上厚度和空氣間隙。(6)半部系統(tǒng)相對(duì)孔徑和視場(chǎng)角確定(7)半部系統(tǒng)ΣSⅣ和ΣS值的確定(8)半部系統(tǒng)孔徑光闌位置的確定(9)加入不等折射率膠合面以校正位置色差并降低高級(jí)像差(10)半部系統(tǒng)的像差校正二、雙高斯型物鏡設(shè)計(jì)雙高斯物鏡設(shè)計(jì)實(shí)例032.全系統(tǒng)的合成半部系統(tǒng)實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)確定以后，構(gòu)成一個(gè)完全對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)。其前半部結(jié)構(gòu)參數(shù)如表17.12所示。經(jīng)過(guò)光線(xiàn)追跡