幾何光學基本定律和成像概念課件

光學設計成象理論（外形尺寸計算）象差理論（完善光學系統(tǒng)）設計典型光學系統(tǒng)光學設計的理論光學設計成象理論（外形尺寸計算）1設計報告：系統(tǒng)設計說明書象差曲線圖光學零件圖紙計算的打印結果完成：雙筒棱鏡望遠系統(tǒng)設計

設計報告：系統(tǒng)設計說明書完成：2第一節(jié)對光學系統(tǒng)的要求光學系統(tǒng)設計一光學系統(tǒng)的基本特性

NA,D/f′,f′,β,L,L′Y,Y′,2w，2w′,D入瞳,D出瞳

,Lz′外形尺寸:計算垂軸與沿軸尺寸三成象質(zhì)量:滿足第一節(jié)對光學系統(tǒng)的要求光學系統(tǒng)設計3第二節(jié)光學系統(tǒng)設計概述由使用要求決定光學系統(tǒng)的性能參數(shù)、外形尺寸和各光組結構分四個階段：外形尺寸計算初始結構計算象差校正象差平衡及象質(zhì)評價第二節(jié)光學系統(tǒng)設計概述由使用要求決定光學系統(tǒng)的性能參數(shù)、4

對光學系統(tǒng)要求光學系統(tǒng)的基本特性外形尺寸：橫向及縱向尺寸各組光瞳之間的銜接三成象質(zhì)量對光學系統(tǒng)要求光學系統(tǒng)的基本特性5光學系統(tǒng)的外形尺寸計算由物鏡和目鏡組成的望遠系統(tǒng)結構和光束限制望遠鏡光路圖：出射光瞳目鏡視場光闌物鏡Df1'-f2lZD'w'光學系統(tǒng)的外形尺寸計算由物鏡和目鏡組成的望遠系統(tǒng)出射6三、開普勒望遠鏡的外形尺寸計算已知筒長L、Γ、ω，求開普勒望遠鏡外形尺寸。三、開普勒望遠鏡的外形尺寸計算已知筒長L、Γ、ω，求開普勒望7y'xyzz'y'x'y"x"z"F(F2)'1y'xyzz'y'x'y"x"z"F(F2)'18反射棱鏡成像特性:在光路中相當于平行平板軸向位移△L′=d(1-1/n)簡單棱鏡棱鏡復合棱鏡屋脊棱鏡｛反射棱鏡成像特性:在光路中相當于平行平板｛9棱鏡展開：沿反射面的次序依次展開等效空氣層的厚度棱鏡展開：沿反射面的次序依次展開10xyzz'y'x'y"x"z"Dxyzz'y'x'y"x"z"D11簡單望遠系統(tǒng)結構不考慮反射倒象棱鏡結構計算：物鏡與目鏡的焦距物鏡的通光孔徑、孔闌、出瞳直徑、視場光闌直徑、目鏡視場角、鏡目距、目鏡通光孔徑、視度調(diào)節(jié)量、物鏡目鏡結構簡單望遠系統(tǒng)結構不考慮反射倒象棱鏡結構計算：物鏡與目鏡的焦距12視度調(diào)節(jié)△=mm帶有棱鏡轉(zhuǎn)象系統(tǒng)的望遠系統(tǒng)結構圖：視度調(diào)節(jié)△=mm132D/n(等效空氣層厚度）25％目鏡擋住了25％棱鏡擋住了目鏡y'2D/n(等效空氣層厚度）25％目鏡擋住了25％棱鏡擋住了目14設計要求：雙筒棱鏡望遠系統(tǒng)的設計（采用普羅I型棱鏡結構轉(zhuǎn)象）

г=6，D/f′=1/4，2w=8?設計要求：雙筒棱鏡望遠系統(tǒng)的設計15視場邊緣有50%的漸暈棱鏡漸暈25%目鏡漸暈25%棱鏡最后一面到分劃板距離>14mm可以為15、16、17、18mm.視場邊緣有50%的漸暈棱鏡最后一面到分劃板距離>14mm16否則第一個棱鏡會擋住平行光束出瞳距離Lz′>8-10mm否則第一個棱鏡會擋住平行光束17目鏡F目望遠物鏡目鏡F目望遠物鏡18物鏡要與棱鏡產(chǎn)生的象差平衡（五角屋脊棱鏡要考慮與物鏡的象差平衡）△l′=d(1-1/n)等效空氣層厚度d=d/n

好處：光線通過厚度為d的空氣層，光線不偏折幾何光學基本定律和成像概念課件19等效空氣平板：光線經(jīng)過MOPN后，在NP面上B點出射情況與光線經(jīng)過MORQ后在T點出射情況完全相同，不同的是經(jīng)過MOPN有折射，經(jīng)過MORQ則沒有，稱MORQ為MOPN的等效空氣平板，令其厚度為。等效空氣平板：光線經(jīng)過MOPN后，在NP面上B點出射情況與光20先定棱鏡口徑外形尺寸：NA,D/f′,f′,β,L,L′Y,Y′,2w,D入瞳,D出瞳,Lz′孔闌的設置：位置、大小。孔闌大小由光照度、分辨率、成像質(zhì)量確定顯微物鏡NA，照相物鏡D/f′先定棱鏡口徑21系統(tǒng)ddbaF1'系統(tǒng)ddbaF1'22不同光學系統(tǒng)孔闌設置｛遠心光路：目鏡：出瞳和眼瞳重合顯微物鏡：孔闌在低倍物鏡框上物方：孔闌在象方焦面上像方：孔闌在物方焦面上不同光學系統(tǒng)孔闌設置｛遠心光路：目鏡：出瞳和眼瞳23視闌的設置：一般在物、像面上圖書館｛光學儀器設計手冊（上）實用光學設計方法與現(xiàn)代光學系統(tǒng)光學設計工程光學設計光學設計手冊視闌的設置：一般在物、像面上圖書館｛光學儀器設計手冊（上）24由任務書畫光路圖、計算光學參數(shù)物鏡：D/f′=1/4，D=30,f1′=120,目鏡：г=6,г=-f1′/f2′,f2′=20.沿軸尺寸較好計算，口徑如何計算？孔徑中心能量最大，要攔邊緣光由任務書畫光路圖、計算光學參數(shù)沿軸尺寸較好計算，口徑如何計算25系統(tǒng)y'漸暈50％cd1d2abf2'lz'whf1'系統(tǒng)y'漸暈50％cd1d2abf2'lz'whf1'26棱鏡設計：形狀

厚度：查光學設計手冊校象差：物鏡和棱鏡象差一起校正｛棱鏡設計：｛27y′=f物′tgω′

г=tgω′/tgωa≥14(不超過20)b定為2mmC=f′–2d–b–a棱鏡2nd=2d=67,2d=67/n=67/1.5162保證不擋軸上光線C≥53.7024目鏡焦距知道，目鏡口徑可由漸暈求出y′=f物′tgω′28幾何計算xf1hhya=14=7.5′′1幾何計算xf1hhya=14=7.5′′129求出h1高，兩塊棱鏡一樣大｛}h1=?棱鏡厚4h1,半口徑8.5，假設高8.5，厚度d=8.5х4=34等效空氣平板厚d=d/nD/f1′=1/4f1

′=120求出h1高，兩塊棱鏡一樣大｛}h1=?棱鏡厚4h1,半口30幾何光學基本定律和成像概念課件31系統(tǒng)等效光路圖f1'cF1'110cb59正視圖俯視圖14F1'(F2)20目鏡物鏡c=f'-d1-b-d2-aa=14b=2Ⅰ

dⅡ

dⅠ

d=Ⅱ

d=34/1.5163系統(tǒng)等效光路圖f1'cF1'110cb59正視圖俯視圖14F32系統(tǒng)結構圖xyzz'y'x'y"x"z"系統(tǒng)結構圖xyzz'y'x'y"x"z"33c=59b=2a≥14f2'=20D1=30k9=1.5163平板的d=4×８.３等效空氣平板厚d=d/nc=59b=2a≥14f2'=20D1=30k9=1.51634c=59b=2a≥14f2'=20D1=30k9=1.5163平板的d=4×８.３等效空氣平板厚d=d/nc=59b=2a≥14f2'=20D1=30k9=1.51635y'漸暈50％cd1d2abf2'lz'wf1'y'漸暈50％cd1d2abf2'lz'wf1'36有兩個漸暈棱鏡最后一面:擋上邊25%光束目鏡：擋下邊25%的光束｛

望遠物鏡選型：P410課本有兩個漸暈｛望遠物鏡選型：P410課本37｛物鏡D/f1′=1/4，D=30,f1′=120雙膠合物鏡雙分離物鏡三片型物鏡攝遠物鏡｛物鏡D/f1′=1/4，D=30,f1′=12038物鏡可選雙膠合｛f′=120D/f′=1/4目鏡型式г=tgω′/tgω=-f1’/f2’2ω′Lz′f2′冉斯登目鏡2ω：30?-40?相對鏡目距Lz′=1/4凱涅爾目鏡2ω：40?-50?相對鏡目距Lz′=1/2可選凱涅爾目鏡物鏡可選雙膠合｛f′=120目鏡型式г39幾何光學基本定律和成像概念課件40仔細計算外形尺寸顯微系統(tǒng)：p410照明系統(tǒng)目鏡焦面與成象象面重合P388畫顯微鏡的光學原理圖NA=0.1NA=nsinu=0.1β=-2Sinu=0.1,u=-0.1,lu=l′u′,u′=0.05仔細計算外形尺寸NA=0.1NA=n41顯微鏡系統(tǒng)△≠0，物放在物鏡的F1前面AB對物鏡的象A1′B1′可在F2上，也可在F2以內(nèi)。A1′B1′的象可在無窮遠，也可在250mm-∞之間△L=1mm,△L′=4mm橫向放大率α=β2=4顯微鏡系統(tǒng)42在光學設計中，顯微物鏡反追，由大量向小量變化計算，很方便書中p211,已用反追算好了，顯微物鏡結構參數(shù)（反追）。P211習題第1題，顯微鏡lz=-33.6,y=-10,r1=-23（或-24）（改為大1mm),反追計算在光學設計中，顯微物鏡反追，由大量向小量43u'-uu'-u44復習：幾何光學、象差概念改變（n,r,d)完善光學系統(tǒng)象差實際象差=初級象差+高級象差球差δL′=A1h2

+A2h4+A3h6+----改變（n,r,d)，使初級象差和高級象差平衡使δL′=0哪些象差與哪些光學參量有關光學參量：D/f′(孔徑）,2y,2y,′2ω,2ω’（視場)象差的現(xiàn)象、產(chǎn)生原因、如何消除各種象差復習：幾何光學、象差概念改變（n,r,d)45明確象差概念2.掌握初級象差理論明確象差概念46象差分類球差δL′彗差KT′，KS′象散xts′場曲xt′，xs′畸變δyz′位置色差△lFC′倍率色差δyFC′象差分類球差δL′47典型光學系統(tǒng)1顯微鏡，望遠鏡，照相機，投影儀成像原理2外形尺寸計算：軸向尺寸、垂軸尺寸、通光口徑、物高、象高、光闌典型光學系統(tǒng)1顯微鏡，望遠鏡，48鏡頭設計和質(zhì)量評價鏡頭選型：應用象差理論、通過光路計算象差,校正象差設計出質(zhì)量好,滿足使用要求的系統(tǒng)鏡頭設計和質(zhì)量評價鏡頭選型：49光線的光路計算和象差理論象差理論單色象差:球差,慧差,象散,場曲,畸變色差:軸向位置色差,倍率色差要消除哪些象差光線的光路計算和象差理論象差理論50球差:δL′=L′–l′δL′正比于U2沿軸象差，象面上為彌散圓斑球差為零的三對物象共軛點球差:δL′=L′–l′球差為零的三對物象共軛點51正弦差SC′=KS′/y′(<0.0025-0.00025)慧差子午慧差弧矢慧差KS′與孔徑，視場有關KT′=3KS′正比于U2、ω｛第一近軸光第二近軸光正弦差SC′=KS′/y′(<0.0025-52視場小的寬光束Sc′=Ks′/y′Sc′∠0.0025—0.00025-w-uAB視場小的寬光束Sc′=Ks′/y′-w-uAB53象散：場曲：像面彎曲子午場曲弧矢場曲象散：場曲：像面彎曲54畸變：δ

相對畸變：使象變形，成象清晰，不影響象的清晰度，正比于ω3δ畸變：δ相對畸變：使象變形，成象清晰，δ55位置色差彌散彩色斑近軸光位置色差位置色差彌散彩色斑近軸光位置色差56倍率色差視場邊緣出現(xiàn)彩色斑完全對稱系統(tǒng)β=-1，垂軸象差自動消除倍率色差視場邊緣出現(xiàn)彩色斑57復印機光路結構圖復印機光路結構圖58p260,p261,雙分離照相物鏡：圖9-43正弦差，位置色差P264縱坐標為相對視場9-44：相對畸變9-45：場曲、象散p260,p261,雙分離正弦差，位置色差P26459象差歸納象差歸納60象差曲線：沿軸，垂軸，縱坐標會分析、評價象差容限的確定各種各類物鏡要消的象差及要求象差曲線：沿軸，垂軸，縱坐標會分析、評價各種各類物鏡要消的象61設計雙膠物鏡象差、棱鏡結構象差、TCOS的使用方法、象差容限象差計算的譜線選擇：初級色差阿貝常數(shù)用人眼觀察的目視系統(tǒng)對D光校單色像差，對F、C光校色差設計雙膠物鏡象差、棱鏡結構象差、TCOS的使用方法、象差容限62nFnDnc蘭光黃綠光紅光nFnDnc蘭光黃綠光紅光63照相系統(tǒng)對F光校單色象差對D光和C光校色差{天文望遠鏡，航空照明{對G’校單色象差對F光和G光校色差照相系統(tǒng)對F光校單色象差{天文望遠鏡，航空照明64一般系統(tǒng)：一般系統(tǒng)：65像差容限：第十三章、波像差光沿光線傳播：幾何像差成象質(zhì)量評價：用波像差，用波動理論波像差：理想像面（球面波）與實際像面之差。1倍焦深：2△L像差容限：波像差：理想像面662luk'nk'理想象面物2luk'nk'理想象面物67瑞利判斷成象波面對球面的變形程度。實際波面與理想波面之間的最大波象差小于λ/4，波面可認為無缺陷，系統(tǒng)成象是完善的瑞利判斷68P376光學系統(tǒng)的象差容限1倍焦深帶光6倍焦深P376光學系統(tǒng)的象差容限1倍焦深69SC’<0.0025--0.00025即可象散SC’<0.0025--0.00025即可象散70幾何光學基本定律和成像概念課件71相對畸變象面彎曲、在人眼的調(diào)節(jié)范圍倍率色差以角度表示<2-4分顯微物鏡的倍率色差YF′-YC′/YD′=-1.4%相對畸變象面彎曲、在人眼的調(diào)72場曲曲線w/wmXt'場曲曲線w/wmXt'73上機：輸入書上照相物鏡的參數(shù)，看計算結果棱鏡的象差計算TCOS功能及使用介紹無窮遠：入瞳高，視場角（半視場角）P247照相物鏡1、指導書上的雙膠物鏡2、課本例子2ω=37.3，ω=18.65，13個面，L=-∞（填0），入瞳高10，色光數(shù)3，實際入瞳距，光闌在中間填0，漸暈系數(shù)-1，P247表9-14有錯誤，nF、nc互換，第四塊玻璃為ZF2，光闌面平面半徑填0，厚度第一面為空氣的折射率上機：輸入書上照相物鏡的參數(shù)，棱鏡的象差計算TCOS功能及使741.51631.6242610nFnc1.51631.6242610nFnc75TCOS程序數(shù)據(jù)輸入存盤，運算后，結果存盤（包括初始數(shù)據(jù)）若為gab格式，只能在TCOS程序中打開。若要在WINDOWS下打開，換為RTF擴展名。象差曲線存為bmp格式文件，可在附件中繪圖板中打開TCOS程序數(shù)據(jù)輸入存盤，運算后，結果存盤（包括初始數(shù)據(jù)）76STO表光闌，P247的表中第六個面寫上STO，直接輸入玻璃名或輸入玻璃折射率數(shù)據(jù)高斯參數(shù)（幾何光學計算結果）焦距、入瞳、出瞳、系統(tǒng)總長、近軸象高、象距計算結果：顯示輸入的參量、高斯參數(shù)、顯示計算結果STO表光闌，P247的表中第六個面寫上STO，直接輸入玻璃77畫出光路結構示意圖對反射面的計算TCOS軟件的自動優(yōu)化功能象差計算量表：1H、0.85H、0.707H、0.5H、0.303HF光球差δLF′，C光球差δLC′，軸向位置色差球差:δL′彌散斑：畫出光路結構示意圖對反射面的計算象差計算量表：球差:δ78象差曲線{球差位置色差正弦差（慧差）照相物鏡：七種象差象差曲線{球差照相物鏡：七種象差79上機：練習TCOS的數(shù)據(jù)輸入及結果存盤方法2.課本上照相物鏡的結構輸入,數(shù)據(jù)存盤,象差計算3.P2111題y=-10第一面r=-23.00（或r=-24）,采用反追方式（圖示就是反追方式）{上機：{80P211第一題：顯微物鏡的初始結構中的物距物距的計算，輸入雙膠合物鏡（平板不輸入）用平行光L=-∞用軟件可計算出焦距（方法）（視場角、入瞳半徑隨便取）β=-4P211第一題：顯微物鏡的初始結構中的物距物距的計算，輸入雙81β=-4,焦距f′、y=-10、由高斯公式計算物象距L、L′、f′L=-L+L′=180(顯微鏡物鏡不算平板)β=-4,焦距f′、y=-10、由高斯公式計算物82HH'-ff'lFlF'lHlH'FF'HH'-ff'lFlF'lHlH'FF'83TCOS軟件中輔助功能有焦距縮放整體彎曲：用于校正球差TCOS軟件中輔助功能有焦距縮放84PW法求結構參數(shù)光學系統(tǒng)的基本象差參量及規(guī)化PW法求結構參數(shù)光學系統(tǒng)的基本象差參量及規(guī)85幾何光學基本定律和成像概念課件86PW法解光學結構參數(shù)設計前提1.只考慮初級象差2.薄透鏡系統(tǒng)PW法解光學結構參數(shù)設計前提1.只考慮初級象871.外形尺寸計算2.計算棱鏡象差(平行平板)望遠物鏡與它們相反3.由求p,w.求n,r,d4.薄透鏡變厚透鏡1.外形尺寸計算88§17-2雙膠合透鏡組p∞,ω∞和CI與結構參數(shù)的關系：系統(tǒng)只有透鏡球差慧差§17-2雙膠合透鏡組p∞,ω∞和CI與結構參數(shù)的關89位置色差:由要求象差值,求:{位置色差:由要求象差值,求:{90可求得P,ω再求p∞.ω∞如何由p∞,ω∞求解雙膠合物鏡的n,r,d(課本2.20-2.210)1.先建立Q和物鏡結構的關系式2.建立Q和p∞,ω∞的關系式可求得P,ω再求p∞.ω∞如91阿貝不變量阿貝不變量92幾何光學基本定律和成像概念課件93薄透鏡系統(tǒng)的基本象差參量焦距為1位置為無窮遠的p∞,ω∞{P∞ω∞u1=0h1=1=1=1}P.W薄透鏡系統(tǒng)的基本象差參量焦距為1位置為無窮遠的p∞,94u1=0=1}物體在無窮遠物體位置規(guī)化p∞,ω∞f’=1h1=1焦距規(guī)化為1時的p,wu1=0}物體在無窮遠物體位置規(guī)化p∞,ω∞f’95書本P315n,r,d（11-15公式）δL′SC′{(由消位置色差條件確定光焦度的分配)書本P315n,r,d（11-15公式）{(由96代數(shù)法求系統(tǒng)結構課本P303:令其中一個為零球差為零或正弦差為零δL′=0{SC′=0{代數(shù)法求系統(tǒng)結構課本P303:δL′=0{SC′=97方法二：查專利P.W法：步驟根據(jù)物鏡的象差要求確定p∞,ω∞,CⅠ方法二：查專利P.W法：步驟982.Ф>0正透鏡用冕牌，負透鏡用火石3.根據(jù)P0,C

由光學儀器設計手冊查玻璃對由手冊表5-19查玻璃組合Ф,Q盡量小2.Ф>0正透鏡用冕牌，負透鏡用火石3.根據(jù)P0,C99A.B.C.K.L.Q0.P0.W0.P4.計算Q（2-38）5.根據(jù)Q求:r1,r2,r3（2-39，2-40）A.B.C.K.L.Q0.P0.W100幾何光學基本定律和成像概念課件101幾何光學基本定律和成像概念課件102由P0.CⅠ查手冊找玻璃參數(shù)A.B.C.K.L.Q0.P0.W0.P；計算Q（2-38）根據(jù)Q求:r1,r2,r3（2-39，2-40）BaK2ZF2玻璃對（兩對）Ф1=2.031102A=2.404959B=20.24243C=42.85516K=1.702479L=7.0911880由P0.CⅠ查手冊找玻璃參數(shù)A.B.C.103課本下冊P30頁圖書館借光學儀器設計手冊算出的結構是焦距為規(guī)化為1m的結構參數(shù)然后要乘上1000mm，還原，透鏡變厚（由幾何方法）課本下冊P30頁算出的結構是焦距為規(guī)化為1m104r1r2r330通光孔徑外徑物鏡與棱鏡間隔取整，也可保留一位小數(shù)，棱鏡厚度也取整。壓圈和滾邊通光孔徑應有多大余量口徑多大，凸透鏡邊緣厚度應多大，稍厚一點。負透鏡中心厚度，口徑多大，中心應有多厚r1r2r330通光孔徑外徑物鏡與棱鏡間隔取整，也可保留一位105TCOS輔助功能：透鏡彎曲，焦距縮放f′~120mm看計算結果及象差曲線{δL′SC′KS′=sc′y′TCOS輔助功能：透鏡彎曲，焦距縮放f′~120mm看計算106校0.707帶光球差校正到容限范圍為6倍焦深邊光球差為1倍焦深0.707帶光色差為零，邊光色差和零孔徑最大（對稱）理論位置色差為在1倍焦深內(nèi)F.C光交點為位置色差，SC′在（0.0025-0.00025）之間看球差在容限范圍內(nèi)否校正球差方法：彎曲半徑整體彎曲（保證光焦度不變，選最佳值）校0.707帶光球差校正到107手動r1r2，r3對哪個像差變化大先手動r3，位置色差敏感，校正位置色差標準f′=120最后f′:119.5~~120.5手動r1r2，r3對哪個像差變化大先手動r3，108半徑r要套標準半徑(查手冊)厚度d取整交結果半徑r要套標準半徑(查手冊)1091.回顧初始結構計算2.上機校正象差方法3.目鏡設計參考<實用光學設計方法和現(xiàn)代光學系統(tǒng)>天津大學1.回顧初始結構計算110第一節(jié)引言第二節(jié)用代數(shù)法求解初始結構第三節(jié)各種典型物鏡結構的設計思想和象差分析光學系統(tǒng)初始結構的計算方法第一節(jié)引言光學系統(tǒng)初始結構的計算方法1111.望遠物鏡2.顯微物鏡3.攝影物鏡1.望遠物鏡112第四節(jié)從已有資料中選擇初始結構的方法1.物鏡選型2.縮放焦距3.更換玻璃4.估算初級象差（間隔、入射高、Φ等）第四節(jié)從已有資料中選擇1.物鏡選型113二校正象差的選擇光學系統(tǒng)分類{大孔徑,小視場小孔徑,大視場大孔徑,大視場二校正象差的選擇光學系統(tǒng)分類{大孔徑,小視場114三象差方程解方程求初始結構參數(shù)(一)確定透鏡的通光口徑初級象差理論、計算毛坯透鏡固定時,有一定的壓邊裕量，用表格表示，滾邊（很?。瑝喝Γ赡孟聛恚┤蟛罘匠探夥匠糖蟪跏冀Y構參數(shù)115幾何光學基本定律和成像概念課件116(二)透鏡的厚度確定和透鏡厚度負透鏡中心厚度:正透鏡:(二)透鏡的厚度確定和透鏡厚度負透鏡中心厚度:正透鏡:117ddmindminddmindmin118間隔:分離:0.1~~0.3mm范圍第三節(jié)典型物鏡的設計思路和象差分析目的:間隔:分離:0.1~~0.3mm119雙膠合物鏡,三個變數(shù){雙分離物鏡三片型物鏡遠攝物鏡雙膠合物鏡,三個變數(shù){雙分離物鏡120三顯微物鏡消色差物鏡復消色差物鏡（彩色校二級光譜：螢石）平場消色差物鏡（照相系統(tǒng)，校場曲）平場復消色差物鏡:（用于彩色,CCD，照相系統(tǒng)，校場曲）結構型式三顯微物鏡消色差物鏡121四攝影物鏡（大孔徑、大視場）七種象差各種結構型式第四節(jié)從已有資料中選擇初始結構各種類型物鏡基本光學特性間的關系（圖示、曲線）四攝影物鏡（大孔徑、大視場）七種象差第四節(jié)從122二縮放焦距:三更換玻璃:校正色差、校場曲、光焦度分配消色差二縮放焦距:123負透鏡要檢查中心是否太薄第四章計算結果處理與象差校正和平衡方法第一節(jié)概述第二節(jié)計算結果圖示一、光路圖二、各種象差曲線圖負透鏡要檢查中心是否太薄第四章計算結果處理與象差校正和平124二.各種象差曲線圖1.軸上點象差曲線圖2.軸外點細光束象差曲線圖3.軸外寬光束象差曲線圖二.各種象差曲線圖1.軸上點象差曲線圖125§4.1概述§4.2計算結果圖示方法§4.3象差平衡方法§4.4計算結果處理方法§4.5象差校正§4.6高級象差概述§4.7初級象差理論在象差校正中的作用§4.8光學玻璃在象差校正中的作用§4.1概述126計算結果處理：尋找最佳象面（最佳象面不為高斯象面）計算結果處理：尋找最佳象面127{代數(shù)法：用PW法求象差，用平衡初級象差的方法，求新的結構參數(shù)試驗法：改一個面或參數(shù)，列象差變化表，看哪個面對哪個象差更加敏感；用內(nèi)插法和外推法，求新的結構參數(shù)象差自動校正法：評價函數(shù){哪些參數(shù)權因子人工干預{代數(shù)法：用PW法求象差，用平衡初級象差的方法，求新的結構參128§4.2計算結果圖示:光路圖象差曲線圖漸暈圖P346特性曲線:{軸上點象差曲線軸外點細光束象差軸外點光束象差曲線圖:彌散斑§4.2計算結果圖示:P346特性曲線:{軸上129大視場球差寬光束場曲大視場球差寬光束場曲130{攔光離焦?jié)u暈圖,不同視場光瞳{攔光漸暈圖,不同視場光瞳131第二節(jié)象差平衡方法球差平衡慧差平衡細光束子午場曲和弧矢場曲平衡畸變平衡軸外象差特性曲線六.色差的平衡第二節(jié)象差平衡方法球差平衡132慧差：小視場光學系統(tǒng)SC′<0.0025顯微鏡和望遠鏡大視場光學系統(tǒng)：在0.7視場校正慧差使中央的大部分象面上的成象質(zhì)量提高,視場邊緣的象質(zhì)相對下降.慧差：小視場光學系統(tǒng)大視場光學系統(tǒng)：在0.7視場校正慧差使中133三.細光束子午場曲和孤矢場曲0.707視場象散為零為正負5個屈光度三.細光束子午場曲和孤矢場曲0.707視場象散為零為正負5134四畸變3%以內(nèi),人眼不能感覺有變形四畸變3%以內(nèi),人眼不能感覺有變形135五軸外象差大視場、大孔徑系統(tǒng)的軸外光束采用攔光方法六色差的平衡(一)位置色差的平衡五軸外象差大視場、大孔徑系統(tǒng)的軸外光束采用攔光方法136第四節(jié)計算結果的處理方法一光闌位置的選擇第五節(jié)象差校正用代數(shù)法校正用試驗法校正第四節(jié)計算結果的處理方法一光闌位置的選擇第五節(jié)137{消位置色差:重新確定各透鏡的光焦度，使位置色差得以校正；或換n相同（單色象差不變）,γ不同的玻璃.校球差和子午彗差用整體彎曲方法{消位置色差:重新確定各透鏡的光焦度，使位置色差得以校正；或138雙膠合可冕牌玻璃在前,也可火石玻璃在前(公式不同)象差變化量表校正象差:計算初始結構象差5.找出最有利的自變量進行象差校正6.更換玻璃校正色差（換n相同，單色象差不變,γ不同的玻璃）..7.調(diào)整光闌位置雙膠合可冕牌玻璃在前,也可火石玻璃在前(公式不同)象差變化量139初級象差系數(shù)校正1.參數(shù)修改.r,d做一個象差計算變化表2.套體彎曲.換象差變化較大的面的半徑3.變換光焦度(對應面上變換光焦度)初級象差系數(shù)校正1.參數(shù)修改.r,d做一個象差計算變化140對稱結構中對應面上交換光焦度使球差和象散近似不變,只改變慧差和畸變還能保證色差和SⅣ不變(2)靠近光闌對應面上交換光焦度用于校正畸變對稱結構中對應面上交換光焦度(2)靠近光闌對應面上交換光焦度141第六節(jié)減小剩余象差的方法一.重新分配光焦度二.運用n大的玻璃三.復雜化四.加入無光焦度校正板或不暈透鏡五.利用折射球面的反常區(qū)第六節(jié)減小剩余象差的方法一.重新分配光焦度142六.利用膠合面的折射率差七.利用非球面六.利用膠合面的折射率差143第七節(jié)初級象差理論在象差校正中的應用光闌位置移動（下面三種象差不變）{球差場曲位置色差}第七節(jié)初級象差理論在象差校正中的應用光闌位置移動（下面144攝遠物鏡設計的原則同心原則，對稱原則（β=-1，垂軸象差自動消除；視場大時，球面彎向光闌；孔徑大，背向光闌）(1)消色差膠合面(3)消象散膠合面(2)消球差膠合面復雜化1加膠合面攝遠物鏡設計的原則同心原則，對稱原則（β=-1，垂軸象差自動145上機：三片物距(柯克型)照相物鏡物鏡,外形解好,校正好物鏡象差δL′SC′

{上機：{146目鏡設計外形尺寸設計計算及上機二.目鏡光路與初步設計（目鏡要反追）接眼鏡結構參數(shù):目鏡設計外形尺寸設計計算及上機二.目鏡光路與初步設147-lzF’出瞳場鏡（靠近焦面）接眼鏡眼瞳z'-lzF’出瞳場鏡（靠近焦面）接眼鏡眼瞳z'148′′149根據(jù)單個透鏡對無限遠目標成象.應滿足:根據(jù)單個透鏡對無限遠目標成象.150為校正(一)目鏡設計要求及選型：Τ目=12.5、f目′=20mm,lz′=10mm,D出瞳′

=5mm,2ω’=45?(選凱涅爾目鏡，它是在冉斯登目鏡基礎上發(fā)展來的，可放分劃板）(二)利用雙膠合透鏡查表選玻璃使高級象差小，應盡量選和絕對值小的玻璃為校正(一)目鏡設計要求及選型：Τ目=12.5、f151幾何光學基本定律和成像概念課件152將代入將代入153幾何光學基本定律和成像概念課件154接眼透鏡焦距:{接眼透鏡焦距:{155′′156-lzF’－lz1'=10－lz12d接眼鏡場鏡lF'=5-lzF’－lz1'=10－lz12d接眼鏡場鏡lF'=5157考慮兩個透鏡都有主面位置：

（孔闌設在物鏡框上）

d自設，此取考慮兩個透鏡都有主面位置：（孔闌設在物鏡框上）d自設，158Φ

Φf場＇＝３１.４（Ｋ９）場鏡采用Ｋ９玻璃，并做成平凸形，有：ΦΦf場＇＝３１.４（Ｋ９）場鏡采用Ｋ９玻璃，并做成平凸形159校：校：160幾何光學基本定律和成像概念課件161望遠物鏡出瞳入瞳-l場l場'lz2lz2'目鏡出瞳目鏡入瞳望遠目鏡場鏡望遠物鏡F1'(F2)F1l場＇場l場＇f1/1/1/望遠物鏡出瞳的象要望遠物鏡出瞳入瞳-l場l場'lz2lz2'目鏡出瞳目鏡入瞳望162場鏡焦距:目鏡:接眼鏡與場鏡結合并反追結構場鏡焦距:目鏡:接眼鏡與場鏡結合并反追結構163幾何光學基本定律和成像概念課件164目鏡的象差容限{象散：屈光度{慧差（漸暈）：（各個視場、各個孔徑要看）畸變：邊緣q<5%,中心q<3%目鏡的象差容限{象散：屈光度{165說明：{設計說明書象差計算結果工程圖紙{CAD手畫換玻璃要查：《光學儀器設計手冊》說明：{設計說明書工程圖紙{CAD換玻璃要查：《光學儀器設計166套標準半徑：設計手冊上有一系列標準半徑套選幾組：試著計算象差厚度夠不夠，焦距是否符合，象差合格否？光瞳銜接套標準半徑：設計手冊上有一系列標準半徑套選幾組：試著計算象差167f′：以主面位置為參考；：以頂點位置為參考f′：以主面位置為參考；168第五講（2學時）象質(zhì)評價與象差公差第五講（2學時）象質(zhì)評價與象差公差169第一節(jié)象質(zhì)評價方法簡介瑞利判斷中心點亮度（點列圖）分辨率點列圖五光學傳遞函數(shù)第一節(jié)象質(zhì)評價方法簡介瑞利判斷170瑞利判斷波象差<λ/4，系統(tǒng)認為是完善的實際波面減理想波面為波象差應用:小象差系統(tǒng),質(zhì)量要求高的系統(tǒng).適用于望遠物鏡,顯微物鏡,制版物距；大象差系統(tǒng)不適用瑞利判斷應用:小象差系統(tǒng),質(zhì)量要求高的系統(tǒng).171二.中心點亮度系統(tǒng)認為完善,稱為斯特列爾準則最大波像差為λ/4時，二.中心點亮度系統(tǒng)認為完善,稱為斯特列爾準則最大波像172適用：高質(zhì)量成象光學系統(tǒng)，計算復雜三分辨率：照相物鏡、用于大象差系統(tǒng)反映光學系統(tǒng)分辨物體細節(jié)的能力分辨率高低與物鏡成象清晰度并不一致適用：高質(zhì)量成象光學系統(tǒng)，計算復雜三分辨率：照相物鏡、用173分辨率在光學儀器中廣泛應用，但其不為一種嚴格的象質(zhì)評價方法。彌散斑直徑，其倒數(shù)為分辨率分辨率在光學儀器中廣泛應用，但其不為一種嚴格的象質(zhì)評價方法。174tgu'y'KT'tgu'y'KT'175四.點列圖:一點發(fā)出光線經(jīng)過光學系統(tǒng)后,由于象差，象不再集中于一點,而為一個范圍.應用于照相物鏡,評價大象差系統(tǒng)四.點列圖:176五.光學傳遞函數(shù):OTF全面,客觀,可靠.物體經(jīng)光光學系統(tǒng)成象時,可視為不同頻率的一系列正弦分布經(jīng)過線性不變系統(tǒng)的傳遞.傳遞特點是頻率不變,但對比度有所下降.高頻傳遞物體細節(jié)中頻傳遞物體層次低頻傳遞物體輪廓五.光學傳遞函數(shù):OTF全面,客觀,可靠.177第六章光學系統(tǒng)自動設計第一節(jié)概述1.光學系統(tǒng)結構參數(shù)與象差自變量:N個結構參數(shù):X1,X2,X3……XN系統(tǒng)有M種象差：f1,f2,f3…………fM它們與結構參數(shù)的關系：第六章光學系統(tǒng)自動設計第一節(jié)概述1.光學系178幾何光學基本定律和成像概念課件1792評價函數(shù)（剩余象差加權平方求和）人工權因子自動權因子中心厚度d>0.1D2評價函數(shù)（剩余象差加權平方求和）人工權因子中心厚度180邊界條件:透鏡曲率半徑受限于中心厚度和邊緣厚度,不能任意修改折射率,也受限于材料種類3.自動設計:構造評價函數(shù).一組結構參數(shù)X1.X2.....XN的值.邊界條件:透鏡曲率半徑受限于中心厚度和邊緣厚度,不能任意修改181使評價函數(shù)具有盡可能小的值是求多元函數(shù)的極值問題,屬于數(shù)學上的最優(yōu)化問題.迭代過程:逐次修改結構參數(shù),使評價函數(shù)達到極小的過程.方法:最小二乘法（缺點:進入一個極值出不來）適應法：人工，應有設計經(jīng)驗使評價函數(shù)具有盡可能小的值是求多元函數(shù)的極值問題,屬于數(shù)學上182第二章適應法方法、思想優(yōu)點適應法的數(shù)學基礎第二章適應法方法、思想183一般：象差的個數(shù)M大于結構參數(shù)N.即M>N而在適應法中,并不同時控制所有象差適應法:挑選若干個較重要的象差控制:即適應法中象差的個數(shù)M等于或小于結構參數(shù)的個數(shù)N一般：象差的個數(shù)M大于結構參數(shù)N.即M>N而在適應法中,并不184幾何光學基本定律和成像概念課件185確定哪些象差優(yōu)先控制(1)邊界條件,厚度不太薄d>0.1D(3)1.48<n<1.80TCOS的功能介紹(TCOS軟件說明書)確定哪些象差優(yōu)先控制(1)邊界條件,厚度不太薄d>0.1D186計算繪制點列圖點列圖能量分布曲線自動尋找最佳象面位置計算繪制點列圖187第三章自動優(yōu)化功能適應法:參加校正象差個數(shù)不大于自變量個數(shù),要平衡的象差由設計人員自己定,Φ、f′也可作為象差來校正.37種象差的表示方法.自動校正功能的實現(xiàn)第三章自動優(yōu)化功能適應法:參加校正象差個數(shù)不大于自變量188輸入的初始數(shù)據(jù)半徑要加”V”變紅,選擇要校正的象差(光焦度也可作為一種象差來校正)校正時可中斷自動優(yōu)化,注意隨時將自動優(yōu)化結果存盤輸入的初始數(shù)據(jù)半徑要加”V”變紅,選擇要校正的象差(光焦度也189軟件說明書中第四章TCOS象質(zhì)評價及其它計算功能目鏡看輸出的象差結果D光各視場畫圖表示:軟件說明書中第四章TCOS象質(zhì)評價及其它計算功能目鏡看輸190(-w，H）(-w，H）191點列圖能量分布不同顏色代表不同視場的光線能量分布曲線:0.8Y能量分布:0.017顏色不同,視場不同80%點列圖能量分布不同顏色代表不同視場的光線能量分布曲線:0.81921W0.0199半徑0.0425線對/mm0.0160.032傳遞函數(shù)MTF:不同顏色反映不同視場1W0.0199半徑傳遞函數(shù)MTF:不同顏色193有50%漸暈,視場邊緣可以不看.全口徑１H，0.707H,0.5H,0.3H.0H,１H和0H的相加除２得0.5H的目鏡的象差容限:有50%漸暈,視場邊緣可以不看.全口徑１H，0.707H,0194幾何光學基本定律和成像概念課件195象差校正方法厚度一般不動,但適當也可以動一下.場鏡可不在焦面上,前面雙膠合與總焦距為1/１.2,對稱面上交換光焦度可校.不對稱的象差象差校正方法厚度一般不動,但適當也可以動一下.場鏡可不在焦面196物鏡光瞳銜接問題物鏡光瞳銜接問題197零件圖及系統(tǒng)圖設計光學材料，零件加工和象質(zhì)檢驗1.光學玻璃：冕牌玻璃（低折射率，低色散）火石玻璃（高折射率，高色散）

2.晶體3.塑料平均色散零件圖及系統(tǒng)圖設計光學材料，零件加工和象質(zhì)檢驗1.光學玻璃：198阿貝常數(shù):各波長折射率:阿貝常數(shù):各波長折射率:199一.光學系統(tǒng)圖二.膠合圖三.零件圖一.光學系統(tǒng)圖200(1)折射和色散系數(shù)的允許偏差(2)折射和色散系數(shù)的一致性.(3)光學均勻性.(4)應力雙折射(5)條紋度(6)氣泡度(7)光吸收系數(shù)(1)折射和色散系數(shù)的允許偏差201上述質(zhì)量指標對高精度,中精度,一般精度的光學零件有不同要求,應列在光學設計圖紙中.二.光學零件的技術要求和加工各種技術要求如下:光學零件圖上述質(zhì)量指標對高精度,中精度,一般精度的光學零件有不同要求,202表面處理表面處理203幾何光學基本定律和成像概念課件204光學玻璃根據(jù)下列質(zhì)量指標進行分類和分級：光學玻璃根據(jù)下列質(zhì)量指標進行分類和分級：205對零件要求:N:光圈數(shù)N:零件表面偏離樣板的允許偏差.C:透鏡中心偏差玻璃樣板精度等級P:光學零件的表面光潔度對零件要求:N:光圈數(shù)206302302207光學系統(tǒng)圖:{1.必須標明光學系統(tǒng)各零件及光闌相對位置2.主要外形尺寸計算3.光學性能光學系統(tǒng)圖:{1.必須標明光學系統(tǒng)各零件及光闌相對位置208a:按使用位置放b:零件編排序號,按照零件進去的方向.C:系統(tǒng)圖在下方d:出瞳大小位置e:光闌位置f:分劃板g:光學性能a:按使用位置放209光學設計成象理論（外形尺寸計算）象差理論（完善光學系統(tǒng)）設計典型光學系統(tǒng)光學設計的理論光學設計成象理論（外形尺寸計算）210設計報告：系統(tǒng)設計說明書象差曲線圖光學零件圖紙計算的打印結果完成：雙筒棱鏡望遠系統(tǒng)設計

設計報告：系統(tǒng)設計說明書完成：211第一節(jié)對光學系統(tǒng)的要求光學系統(tǒng)設計一光學系統(tǒng)的基本特性

NA,D/f′,f′,β,L,L′Y,Y′,2w，2w′,D入瞳,D出瞳

,Lz′外形尺寸:計算垂軸與沿軸尺寸三成象質(zhì)量:滿足第一節(jié)對光學系統(tǒng)的要求光學系統(tǒng)設計212第二節(jié)光學系統(tǒng)設計概述由使用要求決定光學系統(tǒng)的性能參數(shù)、外形尺寸和各光組結構分四個階段：外形尺寸計算初始結構計算象差校正象差平衡及象質(zhì)評價第二節(jié)光學系統(tǒng)設計概述由使用要求決定光學系統(tǒng)的性能參數(shù)、213

對光學系統(tǒng)要求光學系統(tǒng)的基本特性外形尺寸：橫向及縱向尺寸各組光瞳之間的銜接三成象質(zhì)量對光學系統(tǒng)要求光學系統(tǒng)的基本特性214光學系統(tǒng)的外形尺寸計算由物鏡和目鏡組成的望遠系統(tǒng)結構和光束限制望遠鏡光路圖：出射光瞳目鏡視場光闌物鏡Df1'-f2lZD'w'光學系統(tǒng)的外形尺寸計算由物鏡和目鏡組成的望遠系統(tǒng)出射215三、開普勒望遠鏡的外形尺寸計算已知筒長L、Γ、ω，求開普勒望遠鏡外形尺寸。三、開普勒望遠鏡的外形尺寸計算已知筒長L、Γ、ω，求開普勒望216y'xyzz'y'x'y"x"z"F(F2)'1y'xyzz'y'x'y"x"z"F(F2)'1217反射棱鏡成像特性:在光路中相當于平行平板軸向位移△L′=d(1-1/n)簡單棱鏡棱鏡復合棱鏡屋脊棱鏡｛反射棱鏡成像特性:在光路中相當于平行平板｛218棱鏡展開：沿反射面的次序依次展開等效空氣層的厚度棱鏡展開：沿反射面的次序依次展開219xyzz'y'x'y"x"z"Dxyzz'y'x'y"x"z"D220簡單望遠系統(tǒng)結構不考慮反射倒象棱鏡結構計算：物鏡與目鏡的焦距物鏡的通光孔徑、孔闌、出瞳直徑、視場光闌直徑、目鏡視場角、鏡目距、目鏡通光孔徑、視度調(diào)節(jié)量、物鏡目鏡結構簡單望遠系統(tǒng)結構不考慮反射倒象棱鏡結構計算：物鏡與目鏡的焦距221視度調(diào)節(jié)△=mm帶有棱鏡轉(zhuǎn)象系統(tǒng)的望遠系統(tǒng)結構圖：視度調(diào)節(jié)△=mm2222D/n(等效空氣層厚度）25％目鏡擋住了25％棱鏡擋住了目鏡y'2D/n(等效空氣層厚度）25％目鏡擋住了25％棱鏡擋住了目223設計要求：雙筒棱鏡望遠系統(tǒng)的設計（采用普羅I型棱鏡結構轉(zhuǎn)象）

г=6，D/f′=1/4，2w=8?設計要求：雙筒棱鏡望遠系統(tǒng)的設計224視場邊緣有50%的漸暈棱鏡漸暈25%目鏡漸暈25%棱鏡最后一面到分劃板距離>14mm可以為15、16、17、18mm.視場邊緣有50%的漸暈棱鏡最后一面到分劃板距離>14mm225否則第一個棱鏡會擋住平行光束出瞳距離Lz′>8-10mm否則第一個棱鏡會擋住平行光束226目鏡F目望遠物鏡目鏡F目望遠物鏡227物鏡要與棱鏡產(chǎn)生的象差平衡（五角屋脊棱鏡要考慮與物鏡的象差平衡）△l′=d(1-1/n)等效空氣層厚度d=d/n

好處：光線通過厚度為d的空氣層，光線不偏折幾何光學基本定律和成像概念課件228等效空氣平板：光線經(jīng)過MOPN后，在NP面上B點出射情況與光線經(jīng)過MORQ后在T點出射情況完全相同，不同的是經(jīng)過MOPN有折射，經(jīng)過MORQ則沒有，稱MORQ為MOPN的等效空氣平板，令其厚度為。等效空氣平板：光線經(jīng)過MOPN后，在NP面上B點出射情況與光229先定棱鏡口徑外形尺寸：NA,D/f′,f′,β,L,L′Y,Y′,2w,D入瞳,D出瞳,Lz′孔闌的設置：位置、大小?？钻@大小由光照度、分辨率、成像質(zhì)量確定顯微物鏡NA，照相物鏡D/f′先定棱鏡口徑230系統(tǒng)ddbaF1'系統(tǒng)ddbaF1'231不同光學系統(tǒng)孔闌設置｛遠心光路：目鏡：出瞳和眼瞳重合顯微物鏡：孔闌在低倍物鏡框上物方：孔闌在象方焦面上像方：孔闌在物方焦面上不同光學系統(tǒng)孔闌設置｛遠心光路：目鏡：出瞳和眼瞳232視闌的設置：一般在物、像面上圖書館｛光學儀器設計手冊（上）實用光學設計方法與現(xiàn)代光學系統(tǒng)光學設計工程光學設計光學設計手冊視闌的設置：一般在物、像面上圖書館｛光學儀器設計手冊（上）233由任務書畫光路圖、計算光學參數(shù)物鏡：D/f′=1/4，D=30,f1′=120,目鏡：г=6,г=-f1′/f2′,f2′=20.沿軸尺寸較好計算，口徑如何計算？孔徑中心能量最大，要攔邊緣光由任務書畫光路圖、計算光學參數(shù)沿軸尺寸較好計算，口徑如何計算234系統(tǒng)y'漸暈50％cd1d2abf2'lz'whf1'系統(tǒng)y'漸暈50％cd1d2abf2'lz'whf1'235棱鏡設計：形狀

厚度：查光學設計手冊校象差：物鏡和棱鏡象差一起校正｛棱鏡設計：｛236y′=f物′tgω′

г=tgω′/tgωa≥14(不超過20)b定為2mmC=f′–2d–b–a棱鏡2nd=2d=67,2d=67/n=67/1.5162保證不擋軸上光線C≥53.7024目鏡焦距知道，目鏡口徑可由漸暈求出y′=f物′tgω′237幾何計算xf1hhya=14=7.5′′1幾何計算xf1hhya=14=7.5′′1238求出h1高，兩塊棱鏡一樣大｛}h1=?棱鏡厚4h1,半口徑8.5，假設高8.5，厚度d=8.5х4=34等效空氣平板厚d=d/nD/f1′=1/4f1

′=120求出h1高，兩塊棱鏡一樣大｛}h1=?棱鏡厚4h1,半口239幾何光學基本定律和成像概念課件240系統(tǒng)等效光路圖f1'cF1'110cb59正視圖俯視圖14F1'(F2)20目鏡物鏡c=f'-d1-b-d2-aa=14b=2Ⅰ

dⅡ

dⅠ

d=Ⅱ

d=34/1.5163系統(tǒng)等效光路圖f1'cF1'110cb59正視圖俯視圖14F241系統(tǒng)結構圖xyzz'y'x'y"x"z"系統(tǒng)結構圖xyzz'y'x'y"x"z"242c=59b=2a≥14f2'=20D1=30k9=1.5163平板的d=4×８.３等效空氣平板厚d=d/nc=59b=2a≥14f2'=20D1=30k9=1.516243c=59b=2a≥14f2'=20D1=30k9=1.5163平板的d=4×８.３等效空氣平板厚d=d/nc=59b=2a≥14f2'=20D1=30k9=1.516244y'漸暈50％cd1d2abf2'lz'wf1'y'漸暈50％cd1d2abf2'lz'wf1'245有兩個漸暈棱鏡最后一面:擋上邊25%光束目鏡：擋下邊25%的光束｛

望遠物鏡選型：P410課本有兩個漸暈｛望遠物鏡選型：P410課本246｛物鏡D/f1′=1/4，D=30,f1′=120雙膠合物鏡雙分離物鏡三片型物鏡攝遠物鏡｛物鏡D/f1′=1/4，D=30,f1′=120247物鏡可選雙膠合｛f′=120D/f′=1/4目鏡型式г=tgω′/tgω=-f1’/f2’2ω′Lz′f2′冉斯登目鏡2ω：30?-40?相對鏡目距Lz′=1/4凱涅爾目鏡2ω：40?-50?相對鏡目距Lz′=1/2可選凱涅爾目鏡物鏡可選雙膠合｛f′=120目鏡型式г248幾何光學基本定律和成像概念課件249仔細計算外形尺寸顯微系統(tǒng)：p410照明系統(tǒng)目鏡焦面與成象象面重合P388畫顯微鏡的光學原理圖NA=0.1NA=nsinu=0.1β=-2Sinu=0.1,u=-0.1,lu=l′u′,u′=0.05仔細計算外形尺寸NA=0.1NA=n250顯微鏡系統(tǒng)△≠0，物放在物鏡的F1前面AB對物鏡的象A1′B1′可在F2上，也可在F2以內(nèi)。A1′B1′的象可在無窮遠，也可在250mm-∞之間△L=1mm,△L′=4mm橫向放大率α=β2=4顯微鏡系統(tǒng)251在光學設計中，顯微物鏡反追，由大量向小量變化計算，很方便書中p211,已用反追算好了，顯微物鏡結構參數(shù)（反追）。P211習題第1題，顯微鏡lz=-33.6,y=-10,r1=-23（或-24）（改為大1mm),反追計算在光學設計中，顯微物鏡反追，由大量向小量252u'-uu'-u253復習：幾何光學、象差概念改變（n,r,d)完善光學系統(tǒng)象差實際象差=初級象差+高級象差球差δL′=A1h2

+A2h4+A3h6+----改變（n,r,d)，使初級象差和高級象差平衡使δL′=0哪些象差與哪些光學參量有關光學參量：D/f′(孔徑）,2y,2y,′2ω,2ω’（視場)象差的現(xiàn)象、產(chǎn)生原因、如何消除各種象差復習：幾何光學、象差概念改變（n,r,d)254明確象差概念2.掌握初級象差理論明確象差概念255象差分類球差δL′彗差KT′，KS′象散xts′場曲xt′，xs′畸變δyz′位置色差△lFC′倍率色差δyFC′象差分類球差δL′256典型光學系統(tǒng)1顯微鏡，望遠鏡，照相機，投影儀成像原理2外形尺寸計算：軸向尺寸、垂軸尺寸、通光口徑、物高、象高、光闌典型光學系統(tǒng)1顯微鏡，望遠鏡，257鏡頭設計和質(zhì)量評價鏡頭選型：應用象差理論、通過光路計算象差,校正象差設計出質(zhì)量好,滿足使用要求的系統(tǒng)鏡頭設計和質(zhì)量評價鏡頭選型：258光線的光路計算和象差理論象差理論單色象差:球差,慧差,象散,場曲,畸變色差:軸向位置色差,倍率色差要消除哪些象差光線的光路計算和象差理論象差理論259球差:δL′=L′–l′δL′正比于U2沿軸象差，象面上為彌散圓斑球差為零的三對物象共軛點球差:δL′=L′–l′球差為零的三對物象共軛點260正弦差SC′=KS′/y′(<0.0025-0.00025)慧差子午慧差弧矢慧差KS′與孔徑，視場有關KT′=3KS′正比于U2、ω｛第一近軸光第二近軸光正弦差SC′=KS′/y′(<0.0025-261視場小的寬光束Sc′=Ks′/y′Sc′∠0.0025—0.00025-w-uAB視場小的寬光束Sc′=Ks′/y′-w-uAB262象散：場曲：像面彎曲子午場曲弧矢場曲象散：場曲：像面彎曲263畸變：δ

相對畸變：使象變形，成象清晰，不影響象的清晰度，正比于ω3δ畸變：δ相對畸變：使象變形，成象清晰，δ264位置色差彌散彩色斑近軸光位置色差位置色差彌散彩色斑近軸光位置色差265倍率色差視場邊緣出現(xiàn)彩色斑完全對稱系統(tǒng)β=-1，垂軸象差自動消除倍率色差視場邊緣出現(xiàn)彩色斑266復印機光路結構圖復印機光路結構圖267p260,p261,雙分離照相物鏡：圖9-43正弦差，位置色差P264縱坐標為相對視場9-44：相對畸變9-45：場曲、象散p260,p261,雙分離正弦差，位置色差P264268象差歸納象差歸納269象差曲線：沿軸，垂軸，縱坐標會分析、評價象差容限的確定各種各類物鏡要消的象差及要求象差曲線：沿軸，垂軸，縱坐標會分析、評價各種各類物鏡要消的象270設計雙膠物鏡象差、棱鏡結構象差、TCOS的使用方法、象差容限象差計算的譜線選擇：初級色差阿貝常數(shù)用人眼觀察的目視系統(tǒng)對D光校單色像差，對F、C光校色差設計雙膠物鏡象差、棱鏡結構象差、TCOS的使用方法、象差容限271nFnDnc蘭光黃綠光紅光nFnDnc蘭光黃綠光紅光272照相系統(tǒng)對F光校單色象差對D光和C光校色差{天文望遠鏡，航空照明{對G’校單色象差對F光和G光校色差照相系統(tǒng)對F光校單色象差{天文望遠鏡，航空照明273一般系統(tǒng)：一般系統(tǒng)：274像差容限：第十三章、波像差光沿光線傳播：幾何像差成象質(zhì)量評價：用波像差，用波動理論波像差：理想像面（球面波）與實際像面之差。1倍焦深：2△L像差容限：波像差：理想像面2752luk'nk'理想象面物2luk'nk'理想象面物276瑞利判斷成象波面對球面的變形程度。實際波面與理想波面之間的最大波象差小于λ/4，波面可認為無缺陷，系統(tǒng)成象是完善的瑞利判斷277P376光學系統(tǒng)的象差容限1倍焦深帶光6倍焦深P376光學系統(tǒng)的象差容限1倍焦深278SC’<0.0025--0.00025即可象散SC’<0.0025--0.00025即可象散279幾何光學基本定律和成像概念課件280相對畸變象面彎曲、在人眼的調(diào)節(jié)范圍倍率色差以角度表示<2-4分顯微物鏡的倍率色差YF′-YC′/YD′=-1.4%相對畸變象面彎曲、在人眼的調(diào)281場曲曲線w/wmXt'場曲曲線w/wmXt'282上機：輸入書上照相物鏡的參數(shù)，看計算結果棱鏡的象差計算TCOS功能及使用介紹無窮遠：入瞳高，視場角（半視場角）P247照相物鏡1、指導書上的雙膠物鏡2、課本例子2ω=37.3，ω=18.65，13個面，L=-∞（填0），入瞳高10，色光數(shù)3，實際入瞳距，光闌在中間填0，漸暈系數(shù)-1，P247表9-14有錯誤，nF、nc互換，第四塊玻璃為ZF2，光闌面平面半徑填0，厚度第一面為空氣的折射率上機：輸入書上照相物鏡的參數(shù)，棱鏡的象差計算TCOS功能及使2831.51631.6242610nFnc1.51631.6242610nFnc284TCOS程序數(shù)據(jù)輸入存盤，運算后，結果存盤（包括初始數(shù)據(jù)）若為gab格式，只能在TCOS程序中打開。若要在WINDOWS下打開，換為RTF擴展名。象差曲線存為bmp格式文件，可在附件中繪圖板中打開TCOS程序數(shù)據(jù)輸入存盤，運算后，結果存盤（包括初始數(shù)據(jù)）285STO表光闌，P247的表中第六個面寫上STO，直接輸入玻璃名或輸入玻璃折射率數(shù)據(jù)高斯參數(shù)（幾何光學計算結果）焦距、入瞳、出瞳、系統(tǒng)總長、近軸象高、象距計算結果：顯示輸入的參量、高斯參數(shù)、顯示計算結果STO表光闌，P247的表中第六個面寫上STO，直接輸入玻璃286畫出光路結構示意圖對反射面的計算TCOS軟件的自動優(yōu)化功能象差計算量表：1H、0.85H、0.707H、0.5H、0.303HF光球差δLF′，C光球差δLC′，軸向位置色差球差:δL′彌散斑：畫出光路結構示意圖對反射面的計算象差計算量表：球差:δ287象差曲線{球差位置色差正弦差（慧差）照相物鏡：七種象差象差曲線{球差照相物鏡：七種象差288上機：練習TCOS的數(shù)據(jù)輸入及結果存盤方法2.課本上照相物鏡的結構輸入,數(shù)據(jù)存盤,象差計算3.P2111題y=-10第一面r=-23.00（或r=-24）,采用反追方式（圖示就是反追方式）{上機：{289P211第一題：顯微物鏡的初始結構中的物距物距的計算，輸入雙膠合物鏡（平板不輸入）用平行光L=-∞用軟件可計算出焦距（方法）（視場角、入瞳半徑隨便?。│?-4P211第一題：顯微物鏡的初始結構中的物距物距的計算，輸入雙290β=-4,焦距f′、y=-10、由高斯公式計算物象距L、L′、f′L=-L+L′=180(顯微鏡物鏡不算平板)β=-4,焦距f′、y=-10、由高斯公式