【光学设计入门学习笔记4】双胶合双分离消色差物镜

博主光设小白，正在拜读宋菲君老师的近代光学系统设计概论。今日记录第四章，欢迎大家批评指正

4.1 双胶合消色差物镜 

一、基本知识

- 结构：冕牌（K）正透镜和火石（F）负透镜
- 功能：矫正轴上像差（球差+轴向色差）
- 作用：聚焦，准直和望远物镜
- 结构经验数值：孔径D≤100mm（受高级球差限制），视场角2w ≤ 6°，F数 ≥ 4
- 是否可逆：不可逆，准直光需要从正透镜方向射入镜组才有校正像差的作用
- 光学系统的质量衡量标准：弥散斑
- 缺陷：可用视场有限

二、球差和轴向色差

- 球差看d光：大体上贴近纵轴，最大孔径处校正略微过头，中孔径带校正略微不足，各孔径球差都不大——理想的球差校正情况
- 色差看C和F：0.7孔径相交，0.7以内C或F大，0.7以外F或C大（0.7视场范围内外恰好占整个视场范围的50％）F光和C光的球差曲线与纵轴距离都不圆——理想的色差校正

4.2 双胶合消色差物镜的信息量和定义区间

一、信息量——F数

- 双胶合消色差物镜视场有限，因此信息只用相对孔径（或光圈数F表达）

二、F数定义区间

- 参考设计pic
- F数范围：
    - F数上下限的确定：
        - 上限：F数增大，焦距f增大，二级光谱变大
        - 下限：F数减小，胶合面会引入过校正的高级负球差，导致弥散非线性地增大（延展部分参考4.7）

4.3 初级球差和高级球差

一、初级球差与高级球差的曲线表征

- 如果系统只有初级球差，总能把它完全校正（与纵轴重合）。
- 存在高级球差时，所有入射高（所有孔径角）的光线的球差不可能同时校正

二、球差与F数

- 一般来说，光圈数F越小（相对孔径越大）剩余高级球差就越大

三、校正的经验值

- 通常接近最大孔径（如0.9）的球差校正为0，其余孔径的剩余球差就比较小
- 一般做法是1孔径球差校正略微过头，0.7孔径球差校正略微不足

四、剩余带球差

- 剩余带球差：0.7视场附近的剩余球差

4.4 双胶合消色差物镜设计方法

- 略
 

4.5 评价函数的球差校正模块和色差校正模块

- TRAY：表示某视场某孔径的光线和参考像面的交点，与光轴的距离
- DMFS：评价函数的起点

一、色差校正模块

- 讲解：TRAY（波长1，0视场，0.7孔径）和TRAY（波长3，0视场，0.7孔径）与像面的交点的距离之差为这两条光线的横向色差
    - 之前我们提到希望色差在0.7视场校正为0，因此这个差值越小越好
- 横向色差和纵向色差之间的关系是：纵向色差=横向色差/u‘

二、球差校正模块

- 讲解：TRAY（波长2，0视场，0.6孔径）和TRAY（波长2，0视场，1孔径）与像面的交点关于光轴对称（此原理可以根据实际情况进行调整）
    - 之前我们提到希望球差在1孔径校正略微过头，0.7孔径校正略微不足
 

4.6 有限共轭距双胶合成像系统设计

略

4.7 双分离消色差物镜设计

一、为什么需要双分离消色差物镜——增大相对孔径

- 快速曝光要求照度增加，因此需要增加相对孔径，此时双胶合消色差物镜的胶合面会引入过校正的高级负球差（可以对比附录4.3，参考DB-7→DB-2时球差色差曲线的变化来观察相对孔径的增加引入的高级负球差的产生在曲线上的形状表示）
- 双胶合消色差物镜中，将胶合面分离，加入一个小的空气间隔可以校正部分高级球差——双分离消色差物镜

4.8 带棱镜（平板）的双胶合消色差物镜

- 略

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