初級像差理論求解初始結構參數的方法,較多隻能滿足初級像差的要求,並且隨著係統中各組元光焦度的分配、玻璃的選取和對某些參數的選擇的不同,滿足初級像差的解會(hui) 是很多的。而其中往往隻有少數的解有實用意義(yi) 。這就需要進行全麵、係統的計算、分析、歸納,以求得較好的初始解。由於(yu) 光學係統的種類很多,要求不一,其結構型式又千差萬(wan) 別而具各自的像差特征,因此我們(men) 必須了解校正光學係統像差的原則和常用方法。
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像差校正的常用方法
初級像差理論求解初始結構參數的方法,較多隻能滿足初級像差的要求,並且隨著係統中各組元光焦度的分配、玻璃的選取和對某些參數的選擇的不同,滿足初級像差的解會(hui) 是很多的。而其中往往隻有少數的解有實用意義(yi) 。這就需要進行全麵、係統的計算、分析、歸納,以求得較好的初始解。一個(ge) 好的初始解,應該是像差分布合理、透鏡彎曲恰當,特別是高ji像差不能很大。要獲得這樣的解,並非易事。校正了初級像差的解並不是直接能夠国产成人在线观看免费网站的解。特別是當係統比較複雜、相對孔徑和視場都較大時,初始解與(yu) Z後的結果之間,差別就會(hui) 更大。這表明,從(cong) 一個(ge) 初始解到成為(wei) 一個(ge) 可實用的解,尚需進行大量的像差校正和平衡工作。由於(yu) 光學係統的種類很多,要求不一,其結構型式又千差萬(wan) 別而具各自的像差特征,因此我們(men) 必須了解校正光學係統像差的原則和常用方法。
一、
各光組以至各麵的像差分布要合理。在考慮初始結構時,可將要校正的像差列成用P、W表示的方程組,這種方程組可能有多組精確解,也可能是病態的,或無解。若是前者,應選一合理的;若是後者,應取Z小二乘解。總之,有多種解方程組的算法可以利用,在計算機上實現並不困難。然後,應盡量做到各個(ge) 麵上以較小的像差值相抵消,這樣就不致於(yu) 會(hui) 有很大的高ji像差。這此,各透鏡組的光焦度分配、各個(ge) 麵的偏角負擔要合理,要力求避免由個(ge) 別麵的大像差來抵消很多麵的異號像差。
二、
相對孔徑h/r或入射角很大的麵一定要使其彎向光闌,以使主光線的偏角或ip角盡量小,以減少軸外像差。反之,背向光闌的麵隻能有較小的相對孔徑。
三、
像差不可能校正到理想程度,Z後的像差應有合理的匹配。這主要是指:軸上點像差與(yu) 各個(ge) 視場的軸外像差要盡可能一致,以便能在軸向離焦時使像質同時有所改善;軸上點或近軸點的像差與(yu) 軸外點的像差不要有太大的差別,使整個(ge) 視場內(nei) 的像質比較均勻,至少應使0.7視場範圃內(nei) 的像質比較均勻。為(wei) 確保0.7視場內(nei) 有較好的質量,必要時寧願放棄全視場的像質,讓它有更大的像差。因為(wei) 在 0.7視場以外以非成像的主要區域,當畫幅為(wei) 矩形時(如照相底片),此區域僅(jin) 是像麵一角,其像質的相對重要性可以較低些。
四、
挑選對像差變化靈敏、像差貢獻較大的表麵改變其半徑。當係統中有多個(ge) 這樣的麵時,應挑選其中既能改好所要改的那種像差,又能兼顧其他像差的麵來進行修改。在像差校正的Z後階段尚需對某一、二種像差作微量修改時,作單麵修改也是能奏效的。
五、
若要求單色像差有較大變化而保持色差不變,可對某個(ge) 透鏡或透鏡組作整體(ti) 彎曲。這種做法對除色差和匹茲(zi) 凡和以外的所有像差均有效。
六、
利用折射球麵的反常區。在一個(ge) 光學係統中,負的發散麵或負透鏡常是為(wei) 校正正透鏡的像差而設置的,它們(men) 隻能是少數。因此,讓正的會(hui) 聚麵處於(yu) 反常區,使其在對光束起會(hui) 聚作用的同時,產(chan) 生與(yu) 發散麵同號的像差就顯得特別有利。設計者應善於(yu) 利用這一性質。
七、
利用透鏡或透鏡組處於(yu) 特殊位置時的像差性質。例如處於(yu) 光闌位置或與(yu) 光闌位置接近的透鏡或透鏡組,主要用於(yu) 改變球差和彗差(用整體(ti) 彎曲方法);遠離光闌位置的透鏡或透鏡組,主要用來改變像散、畸變和倍率色差。在像麵或像麵附近的場鏡可以用來校正像麵彎曲。
八、
對於(yu) 對稱型結構的光學係統,可以選擇成對的對稱參數進行修改。作對稱性變化以改變軸向像差,作非對稱性變化以改變垂軸像差。
九、
利用膠合麵改變色差或其他像差,並在必要時調換玻璃。可以在原膠合透鏡中更換等折射率不等色散的玻璃,也可在適當的單塊透鏡中加人一個(ge) 等折射率不等色散的膠合麵。膠合麵還可用來校正其他像差,尤其是高ji像差。此時,膠合麵二邊應有適當的折射率差,可根據像差的校正需要,使它起會(hui) 聚或發散作用,半徑也可正可負,從(cong) 而在像差校正方麵得到很大的靈活性。同時,在所有需要改變膠合麵二邊的折射率差以改變像差的性態、或微量控製某種高ji像差,以及需要改變某透鏡所承擔的偏角等場合,都能通過調換玻璃而奏效。
十、
合理的攔截光束和選定光闌位置。孔徑和視場都比較大的光學係統,軸外的寬光束常表現出很大的球差和彗差,使特性曲線上下很不對稱。原則上,應首先立足於(yu) 把像差盡可能校正好,在確定無法把寬光束部分的像差校正好時,可以把光束
值變化大的外圍部分光線攔去,以消除其對像質的有害影響,並在設計的Z後階段,根據像差校正需要Z終確定光闌位置。
Z後
在像差校正過程中,重要的問題是能夠判斷各結構參數,包括半徑、間隔、折射率等對像差變化的影響傾(qing) 向。知道這種傾(qing) 向,像差校正就不致盲目從(cong) 事。一般講,像差隨結構參數而變化的定性判斷是能夠作出,至少是能夠部分作出的。但要把握每一結構參數對所有像差的影響,特別是對Z終像差的綜合影響是不可能的。因此,逐個(ge) 改變結構參數,求出各參數對各種像差影響的變化量表是十分必要的。這也是光學自動設計過程的必經之路。另外,如果像差難以校正到預期的要求,或希望所設計係統在光學性能,即孔徑或視場上要有所擴大,也常采用複雜化的方法,如把某一透鏡或者透鏡組分為(wei) 兩(liang) 塊或者兩(liang) 組,或者在係統的適當位置加入透鏡。
相關(guan) 文獻:
《幾何光學 像差 光學設計》(第三版)——李曉彤 岑兆豐(feng)
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