像差校正的常用方法

正文

像差校正的常用方法

初級像差理論求解初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法盛泡，較多只能滿足初級像差的要求，并且隨著系統(tǒng)中各組元光焦度的分配娱颊、玻璃的選取和對某些參數(shù)的選擇的不同傲诵，滿足初級像差的解會是很多的。而其中往往只有少數(shù)的解有實(shí)用意義箱硕。這就需要進(jìn)行全面拴竹、系統(tǒng)的計(jì)算、分析剧罩、歸納栓拜，以求得較好的初始解。一個(gè)好的初始解,應(yīng)該是像差分布合理惠昔、透鏡彎曲恰當(dāng)幕与，特別是高ji像差不能很大。要獲得這樣的解镇防，并非易事啦鸣。校正了初級像差的解并不是直接能夠應(yīng)用的解。特別是當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜营罢、相對孔徑和視場都較大時(shí)赏陵，初始解與Z后的結(jié)果之間，差別就會更大饲漾。這表明蝙搔，從一個(gè)初始解到成為一個(gè)可實(shí)用的解，尚需進(jìn)行大量的像差校正和平衡工作考传。由于光學(xué)系統(tǒng)的種類很多吃型，要求不一，其結(jié)構(gòu)型式又千差萬別而具各自的像差特征,因此我們必須了解校正光學(xué)系統(tǒng)像差的原則和常用方法僚楞。

一勤晚、

各光組以至各面的像差分布要合理枉层。在考慮初始結(jié)構(gòu)時(shí)，可將要校正的像差列成用P赐写、W表示的方程組鸟蜡，這種方程組可能有多組精確解，也可能是病態(tài)的,或無解挺邀。若是前者,應(yīng)選一合理的;若是后者揉忘，應(yīng)取Z小二乘解《祟酰總之泣矛，有多種解方程組的算法可以利用，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)并不困難禾蚕。然后,應(yīng)盡量做到各個(gè)面上以較小的像差值相抵消您朽，這樣就不致于會有很大的高ji像差。這此换淆，各透鏡組的光焦度分配哗总、各個(gè)面的偏角負(fù)擔(dān)要合理，要力求避免由個(gè)別面的大像差來抵消很多面的異號像差倍试。

二魂奥、

相對孔徑h/r或入射角很大的面一定要使其彎向光闌，以使主光線的偏角或ip角盡量小易猫，以減少軸外像差。反之,背向光闌的面只能有較小的相對孔徑具壮。

三准颓、

像差不可能校正到理想程度，Z后的像差應(yīng)有合理的匹配棺妓。這主要是指：軸上點(diǎn)像差與各個(gè)視場的軸外像差要盡可能一致攘已，以便能在軸向離焦時(shí)使像質(zhì)同時(shí)有所改善；軸上點(diǎn)或近軸點(diǎn)的像差與軸外點(diǎn)的像差不要有太大的差別怜跑，使整個(gè)視場內(nèi)的像質(zhì)比較均勻样勃，至少應(yīng)使0.7視場范圃內(nèi)的像質(zhì)比較均勻。為確保0.7視場內(nèi)有較好的質(zhì)量性芬，必要時(shí)寧愿放棄全視場的像質(zhì)峡眶，讓它有更大的像差。因?yàn)樵?0.7視場以外以非成像的主要區(qū)域,當(dāng)畫幅為矩形時(shí)（如照相底片）植锉，此區(qū)域僅是像面一角辫樱，其像質(zhì)的相對重要性可以較低些。

四俊庇、

挑選對像差變化靈敏狮暑、像差貢獻(xiàn)較大的表面改變其半徑鸡挠。當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)這樣的面時(shí)，應(yīng)挑選其中既能改好所要改的那種像差搬男，又能兼顧其他像差的面來進(jìn)行修改拣展。在像差校正的Z后階段尚需對某一、二種像差作微量修改時(shí)缔逛，作單面修改也是能奏效的备埃。

五、

若要求單色像差有較大變化而保持色差不變,可對某個(gè)透鏡或透鏡組作整體彎曲译株。這種做法對除色差和匹茲凡和以外的所有像差均有效瓜喇。

六、

利用折射球面的反常區(qū)歉糜。在一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中乘寒，負(fù)的發(fā)散面或負(fù)透鏡常是為校正正透鏡的像差而設(shè)置的,它們只能是少數(shù)。因此,讓正的會聚面處于反常區(qū),使其在對光束起會聚作用的同時(shí)匪补，產(chǎn)生與發(fā)散面同號的像差就顯得特別有利伞辛。設(shè)計(jì)者應(yīng)善于利用這一性質(zhì)。

七夯缺、

利用透鏡或透鏡組處于特殊位置時(shí)的像差性質(zhì)蚤氏。例如處于光闌位置或與光闌位置接近的透鏡或透鏡組，主要用于改變球差和彗差（用整體彎曲方法）踊兜；遠(yuǎn)離光闌位置的透鏡或透鏡組竿滨，主要用來改變像散、畸變和倍率色差捏境。在像面或像面附近的場鏡可以用來校正像面彎曲于游。

八、

對于對稱型結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)垫言，可以選擇成對的對稱參數(shù)進(jìn)行修改贰剥。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筷频。

九蚌成、

利用膠合面改變色差或其他像差，并在必要時(shí)調(diào)換玻璃凛捏〉Ｓ牵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(dāng)?shù)膯螇K透鏡中加人一個(gè)等折射率不等色散的膠合面葵袭。膠合面還可用來校正其他像差涵妥，尤其是高ji像差。此時(shí),膠合面二邊應(yīng)有適當(dāng)?shù)恼凵渎什睿筛鶕?jù)像差的校正需要蓬网，使它起會聚或發(fā)散作用窒所，半徑也可正可負(fù)，從而在像差校正方面得到很大的靈活性帆锋。同時(shí)吵取，在所有需要改變膠合面二邊的折射率差以改變像差的性態(tài)、或微量控制某種高ji像差锯厢，以及需要改變某透鏡所承擔(dān)的偏角等場合皮官，都能通過調(diào)換玻璃而奏效。

十实辑、

合理的攔截光束和選定光闌位置捺氢。孔徑和視場都比較大的光學(xué)系統(tǒng)剪撬，軸外的寬光束常表現(xiàn)出很大的球差和彗差摄乒，使特性曲線上下很不對稱。原則上残黑，應(yīng)首先立足于把像差盡可能校正好馍佑，在確定無法把寬光束部分的像差校正好時(shí)，可以把光束值變化大的外圍部分光線攔去梨水，以消除其對像質(zhì)的有害影響拭荤，并在設(shè)計(jì)的Z后階段，根據(jù)像差校正需要Z終確定光闌位置疫诽。

Z后

在像差校正過程中舅世，重要的問題是能夠判斷各結(jié)構(gòu)參數(shù),包括半徑、間隔奇徒、折射率等對像差變化的影響傾向歇终。知道這種傾向，像差校正就不致盲目從事逼龟。一般講，像差隨結(jié)構(gòu)參數(shù)而變化的定性判斷是能夠作出追葡，至少是能夠部分作出的腺律。但要把握每一結(jié)構(gòu)參數(shù)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宜肉。因此匀钧，逐個(gè)改變結(jié)構(gòu)參數(shù),求出各參數(shù)對各種像差影響的變化量表是十分必要的。這也是光學(xué)自動設(shè)計(jì)過程的必經(jīng)之路谬返。另外之斯，如果像差難以校正到預(yù)期的要求，或希望所設(shè)計(jì)系統(tǒng)在光學(xué)性能遣铝，即孔徑或視場上要有所擴(kuò)大佑刷，也常采用復(fù)雜化的方法莉擒，如把某一透鏡或者透鏡組分為兩塊或者兩組，或者在系統(tǒng)的適當(dāng)位置加入透鏡瘫絮。

相關(guān)文獻(xiàn)：

《幾何光學(xué) 像差 光學(xué)設(shè)計(jì)》（第三版）——李曉彤 岑兆豐

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