雙高斯物鏡的設(shè)計(jì)

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1、燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：雙高斯物鏡的設(shè)計(jì)系別：工業(yè)自動化儀表年級專業(yè)：08級儀表學(xué)號：08010學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：童凱朱丹丹教師職稱：副教授講師-20-燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書電氣工程學(xué)院《課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書課程名稱：光學(xué)儀器基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)基層教學(xué)單位：自動化儀表系指導(dǎo)教師：童凱朱丹丹學(xué)號學(xué)生姓名（專業(yè)）班級儀表3班設(shè)計(jì)題目雙高斯物鏡的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)焦距mm，相對孔徑為1:2。視場為。要求物鏡本身校正球差、色差、場曲、像散。設(shè)計(jì)要求計(jì)算雙高斯物鏡的各個參數(shù)；上機(jī)用軟件進(jìn)行優(yōu)化，確定最后的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，滿足像差要求。參考資料1、劉鈞，高明編著，《光學(xué)設(shè)計(jì)》

2、，2006，西安電子科技大學(xué)出版社，西安2、《光學(xué)儀器設(shè)計(jì)手冊》，1971，國防科技出版社，北京3、光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX周次第一周第二周應(yīng)完成內(nèi)容計(jì)算設(shè)計(jì)的雙高斯物鏡的各個參數(shù)上機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定最后的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說明：1、此表一式三份，系、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份。2、學(xué)生那份任務(wù)書要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。電氣工程學(xué)院教務(wù)科-20-燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書目錄一、介紹-3-二、用初級像差理論確定初始結(jié)構(gòu)-4-三、用ZEMAX優(yōu)化-9-四、結(jié)論-16-五、心得體會-16-參考文獻(xiàn)-18--20-燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書一、介紹雙高斯物鏡是一種中等

3、視場大孔徑的攝影物鏡。雙高斯物鏡是以厚透鏡矯正匹茲萬場曲的光學(xué)結(jié)構(gòu)，半部系統(tǒng)是由一個彎月形的透鏡和一個薄透鏡組成，如圖1所示。圖1雙高斯物鏡由于雙高斯物鏡是一個對稱的系統(tǒng)，因此垂軸像差很容易校正。設(shè)計(jì)這種類型的系統(tǒng)時(shí)，只需要考慮球差、色差、場曲、像散的校正。在雙高斯物鏡中依靠厚透鏡的結(jié)構(gòu)變化可以校正場曲，利用薄透鏡的彎曲可以校正球差，改變兩塊厚透鏡之間的距離可以校正像散，在厚透鏡中引入一個膠合面可以校正色差。雙高斯物鏡的半部系統(tǒng)可以看作是由厚透鏡演變而來，一塊校正了匹茲萬場曲的厚透鏡是彎月形的，兩個球面的半徑相等。在厚透鏡的背后加上一塊正、負(fù)透鏡組成的無光焦度薄透鏡組，對整個光焦度

4、的分配和像差分布沒有明顯的影響，然后把靠近厚透鏡的負(fù)透鏡分離出來，且與厚透鏡合為一體，這樣就組成了一個兩球面半徑不等的厚透鏡和一個正光焦度的薄透鏡的雙高斯物鏡半部系統(tǒng)。這個半部系統(tǒng)回來了承受無限遠(yuǎn)物體的光線時(shí)，可用薄透鏡的彎曲校正其球差。由于從厚透鏡射出的軸上光線近似平行與光軸，因此薄透鏡越向后彎曲，越接近與平凸透鏡，其上產(chǎn)生的球差及高級量越小。但是，該透鏡上的軸外光線的入射狀態(tài)變壞，隨著透鏡向后彎曲，軸外光線的入射角增大，于是產(chǎn)生了較大的像散。為了平衡，需要把光闌盡量地靠近厚透鏡，使光闌進(jìn)一步偏離厚透鏡前表面的球心，用該面上產(chǎn)生的正像散平衡。于此同時(shí)，軸外光線在前表面上的入射角急

5、劇增大，產(chǎn)生的軸外球差及其高級量也在增大，從而引出了球差校正和高級量減小時(shí)，像散的高級量和軸外球差增大的后果。相反，若將光闌離開厚透鏡，使之趨向厚透鏡的前表面球心，則軸外光線的入射狀態(tài)就能大大的好轉(zhuǎn)，軸外球差很快下降，此時(shí)厚透鏡前表面產(chǎn)生的正像散減小。為了平衡-20-燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書，薄透鏡應(yīng)該向前彎曲，以使球面與光闌同心。這樣一來，球差及其高級量就要增加。以上分析表明：進(jìn)一步提高雙高斯物鏡的光學(xué)性能指標(biāo)，將受到一對矛盾的限制，即球差高級量和軸外球差高級量的矛盾。解決這對矛盾的方法有三種：第一，選用高折射率低色散的玻璃做正透鏡，使它的球面半徑加大。第二，把薄透鏡分成兩個，使每

6、一個透鏡的負(fù)擔(dān)減小，同時(shí)使薄透鏡的半徑加大。第三，在兩個半部系統(tǒng)之間引入無焦度的校正板，使它只產(chǎn)生和，實(shí)現(xiàn)拉大中間間隔的目的，這樣，軸外光束有更好的入射狀態(tài)。二、用初級像差理論確定初始結(jié)構(gòu)1、半部系統(tǒng)的規(guī)劃半部系統(tǒng)如圖2所示，計(jì)算時(shí)把焦距規(guī)化為1，同時(shí)取規(guī)化條件2、以厚透鏡校正考慮到對高級像散的平衡，取。按相對孔徑需要選。玻璃可取BaF7和ZK8的組合。由式子可得-20-燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書1、加無光焦度雙薄透鏡校正?。▽?shí)踐表明取值在1.2到1.5之間為好）。（1）求。（2）求個面曲率半徑由式子，及式子可求得半部系統(tǒng)焦距規(guī)化為1時(shí)各面的曲率半徑分別為：4、求校正的孔徑光闌位置根據(jù)

7、校正的要求，有令，則-20-燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書由以上各式可得從上述計(jì)算可知，由于透鏡合成后球差系數(shù)，所得方程的二次項(xiàng)系數(shù)一定為零，也就是說只有一個根。4、厚透鏡中加入消位置色差系數(shù)的膠合面為了使得引入膠合面后，所以取膠合面初級位置色差系數(shù)由此可得而第一近軸光線在膠合面上的入射高度膠合面入射角為求膠合面的曲率半徑，用近軸光光路計(jì)算公式的膠合面曲率半徑5、半部系統(tǒng)焦距確定半部系統(tǒng)合成完全對稱系統(tǒng)，由光焦度公式知，當(dāng)時(shí)，。實(shí)際上系統(tǒng)間不可能等于零，計(jì)算表明，當(dāng)半部系統(tǒng)的