第３０卷专刊２００９年１２月应用光学ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓＶ０１．３０Ｓｕｐ．Ｄｅｃ．２００９文章编号：１００２—２０８２（２００９）ＳＯ－００１３—０３用ＰＷ法计算双胶合望远物镜的初始结构参数范应娟（陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西西安７１００２１）摘要：用ＰＷ法计算双胶合望远物镜的初始结构参数，这样得到的双胶合望远物镜的初始结构像差比较小，代入Ｚｅｍａｘ软件进行仿真、优化，过程更方便、简单，有利于得到最终的结构参数。关键词：光学设计；ＰＷ法；双胶合；像差；初始结构中圈分类号：ＴＢｌ３３文献标志码：ＡＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｄｏｕｂｌｅｔｔｅｌｅｓｃｏｐｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｂｙＰＷＦＡＮＹｉｎｇ－ｊｕａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）ａｒｅＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｄｏｕｂｌｅｔｔｅｌｅｓｃｏｐｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＰＷ．Ｔｈｅｉｎｉｔｉａｌａｂｅｒｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｉｓｗａｙｉｓｌｉｔｔｌｅ．ＴｈｅｐｒｏｓｅｓｓｔｈａｔｔｈｅｔｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄｉｎＺｅｍａｘｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｉｓｓｉｍｐｌｅａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ．Ｔｈｅｆｉｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．ｓｔｒｕｃｔｕｒｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎ；ＰＷ；ｄｏｕｂｌｅｔ；ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ；ｉｎｉｔｉａｌ引言双胶合透镜组是能够同时校正球差、正弦差和色差３种像差的比较简单的结构，是最常用的消色差望远物镜，由不同折射率的冕牌玻璃和火石玻璃搭配而成。计算双胶合望远物镜的初始结构的方法有２种：一种是缩放法，一种是ＰＷ法。缩放法仅仅是从文献［１］中找出一种类似结构的结构参数作为原始数据，然后对它进行缩放，得到初始结构参数。而ＰＷ法是根据像差要求的大小，直接根据公式计算结构参数的初始数据。采用后一种方法，将初始数据代入Ｚｅｍａｘ软件进行仿真、优化，更简单、方便，更容易得到我们想要得到的最终结构参数。１双胶合望远物镜的光学特性‘２３及像差要求双胶合望远物镜的光学参数：相对孔径Ｄ／／一１／４．６入瞳直径Ｄ＝１０焦距ｆ’＝４６．４视场角２ｃｔ，＝１１。物镜后面有一棱镜系统，展开成平行玻璃板后的总厚度为１５０ｍｍ，棱镜的玻璃材料为Ｋ９。为了补偿目镜的像差，要求物镜系统（包括双胶合物镜和棱镜）的像差为ｍｍｍｍ乳７。一Ｏ．１，ＳＣ７。＝－－０．００１，△Ｌ７Ｆｃ—Ｏ．０５收稿日期：２００９—１０－１０；修回日期：２００９—１２—０５作者简介：范应娟（１９７８－－），女，硕士，助教，主要从事光学设计方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｉ．ｍｉｎｇ（孕１６３．ｃｏｒｎ・１４・范应娟：用ＰＷ法计算双胶合望远物镜的初始结构参数第３０卷（专刊）２用ＰＷ法计算初始结构数据‘３］２．１求ｈ，ｈ，．．厂根据光学特性的要求：＾＝Ｄｒ／Ｚ＝５由于光阑与物镜重合，因此ｈ。＝０矗＝ｈ／ｆ—ｏ．１０８ｙ７＝一／ｔａｎ∞＝２．４２９Ｊ一靠７ｔ‘７了’＝Ｏ．２６２２．２计算平行玻璃板的像差和数ＳＩ。ＳⅡ．ＳＩｃ平行玻璃入射光束的有关参数为Ｕ＝０．１０８，Ｕ。＝ｔａｎ（一ｏｕ／２）＝一０．０５２，“：／ｕ＝－０．４８１根据已知条件，平行玻璃板本身的参数为ｄ一１５０，恕＝１．５１６３，ｖ＝６４．１将以上数值代入平行玻璃板的初级像差公式ｓＩ一一ｄ（生；）扩：一０．００７６１咒ＳⅡ＝ＳＩ（“；／ｕ）－－－－－０．００３７ＳＩＣ一－－以鲁）扩＝一０．００６１２２．３列出初级像差方程式求解双胶合物镜的Ｐ。。，Ｗ。。．Ｃ根据对整个物镜系统的像差要求，求出系统的像差和数ＳＩ、ＳⅡ、ＳＩｃ：Ｓ，一一２ｎ＇ｕ＇艿Ｌ’＝－－０．００２３３ＳⅡ一－－２ｎ７“７（ＳＣ７・ｙ７）一Ｏ．０００５２ＳＩｃ＝一咒７“，△Ｌ７彤＝－－０．０００５８以上数值为整个物镜系统的像差和数，它应等于物镜的像差和数加棱镜的像差和数，即Ｓ系统＝Ｓ物麓＋Ｓ幢幢将上面求得的ｓ棱镜和Ｓ摹统代人，即可求得双胶合物镜的像差和数为ＳＩ＝ＳＩ系境－－ＳＩ援ｔ＝Ｏ．００５２８Ｓｎ＝ＳⅡ摹筑一ＳⅡ援麓＝－－０．００３１８Ｓｔｃ＝ＳＩｃ幕统一ＳＩ罐髓＝０．００５５４１）列出初级像差方程求Ｐ，Ｗ，Ｃ对于单个薄透镜组，有Ｓｚ＝ｈＰ＝０．００５２８；Ｐ＝０．００１０６ＳⅡ＝＾：Ｐ－ＪＷ＝－０．００３１８；Ｗ—Ｏ．０１２１４ＳＴＣ＝ＪＩｌ２Ｃ＝０．００５５４；Ｃ＝０．０００２２２）由Ｐ，ｗ，Ｃ求Ｐ。。，Ｗ。，Ｃ—Ｐ２南钏・８４１ｐ谚＝器－１．０４１己＝ｃ・厂＝ｏ．０１０２１由于望远物镜本身对无限远物平面成像，因此无需再对物平面位置进行规化，即瓦一Ｆ＝ｏ．８４１．孵一雨＝１．０４１一Ｃ＝Ｏ．０１０２１３）根据Ｐ。，Ｃ选玻璃。将上面求得的瓦，Ｗ＝代入下面的公式，求Ｐｏ为Ｐ。＝瓦一ｏ．８５（瓦一ｏ．１５）２＝ｏ．１６６根据℃＝０．０１０２１，Ｐ。＝０．１６６，由文献［４］中查找适用的玻璃组合。查表的步骤一般是根据要求的℃值用插值法求出不同玻璃组合的Ｐ。，如果与要求的Ｐ。之差在一定公差范围内，这样的玻璃就能满足要求。对一般的双胶合物镜Ｐ。的公差大约在０．１左右。相对孔径越小，Ｐ。允许误差越大，因为它对Ｐ的影响越小。通常可以在表中查到若干对玻璃都能满足Ｐ。、一Ｃ的要求，然后再在这些玻璃对中进行挑选。挑选的原则是，要求玻璃的化学稳定性和工艺性好，球面的半径要大，以便加工。一般Ｑｏ绝对值比较小，２种玻璃＂值相差比较大的玻璃，球面半径比较大。根据这些要求，可以从文献［４］中找到一对较好的玻璃为ＱＫ３一ＱＦｌＱＫ３。ｎＤ＝１．４８７４ｔ，一７０．０ＱＦｌ２竹Ｄ＝１．５４８０ｖ＝４５．９Ｃ＝０．０１０２１，Ｐｏ—Ｏ．３３６５６，Ｑ＝－－５．１６９３２．４求透镜组半径１）求仇、仇仇：（℃一土）／（三一上）：１．５４３４仇＝ｌ一仇＝－－０．５４３４Ｑ—Ｑｏ一错－５．２８３２）求Ｑ８３）求半径妻＝鼽＋Ｑ＝一３．７４土：生＋量；一０．５７３４７＂１７ｌｌ—ｌｒ２土一三一』ｔ：一２．７４８第３０卷（专刊）范应娟；用ＰＷ法计算双胶合望远物镜的初始结构参数・１５・由此得到：ｒ１＝一０．２６７４ｍｍ，ｒ２＝一１．７４４０ｍｍ，ｒ３＝一０．３６３９ｍｍ以上半径对应焦距等于ｌ，将它们乘以焦距，得到最后要求的半径为ｒｌ一一１２。４０７ｍｍ，吃＝－－８０．９２１６ｍｍ，ｒ３＝一１６．８８５０ｍｍ２．５确定透镜厚度透镜厚度除了与球面半径和透镜直径有关外，同时还要考虑到透镜的固定方法，质量要求和加工难易等因素，可参考文献［４］中有关光学零件和边缘厚度的规定，用实际口径作图确定。我们取ｄ，一５ｍｍ，ｄｚ＝２ｍｍ。这样双胶合物镜的全部结构参数为ｒ，＝一１２．４ｍｍ，１２＝－－８０．９２１ｍｍ５ｍｍＱＫ３托＝一１６．８９ｍｍ２ｍｍＱＦｌ３结束语本文用ＰＷ法计算了双胶合望远物镜的初始结构参数，根据所要设计的双胶合望远物镜的像差要求，使用了许多比较复杂的像差公式，最终得到了物镜的初始结构参数。经实践证明，用这种方法所得到的初始结构参数代入Ｚｅｍａｘ软件仿真、优化后，所产生的像差与所要求的像差基本上一致。参考文献：Ｅａ］李士贤，郑乐年．光学设计手册［Ｍ］－北京：北京理工大学出版社，１９９０．［２３刘钧，高明．光学设计ＥＭ］．西安：西安电子科技大学出版社，２００６．［３］李林，林家明．王平，等．工程光学ＥＭ；．北京：北京理工大学出版社，２００３．［４］光学仪器设计手册编写组．光学仪器设计手册［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９７１．用PW法计算双胶合望远物镜的初始结构参数
作者：作者单位：
范应娟
陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西西安，710021
引用本文格式：范应娟 用PW法计算双胶合望远物镜的初始结构参数[会议论文] 2009