普通開普勒式望遠鏡設計2-目鏡的像差校正

在前一篇文章中我們已經完成了物鏡的設計,接下來我們需要完成目鏡的像差校正。望遠鏡目鏡需要校正軸外點像差,包括彗差,像散,子午弧矢場曲,畸變與倍率色差。
我們從《光學儀器設計上》選擇了一個符合視場角與出瞳距要求的目鏡,將其輸入ZEMAX結構如下:
在這裏插入圖片描述
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其像差圖分別如下:
點列圖:
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可見在在10°視場上有正彗差,18°與全視場上有較大的負彗差,同時在較大視場上有較大的倍率色差。
其場曲/像散與畸變圖如下:
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可見其像散與場曲都較大,尤其是像散非常大,但是畸變爲6%達標。
考慮到目鏡是大像差系統,我們選擇spot diagram作爲優化函數,其優化操作數選擇COMA(彗差),ASTI(像散),FCUR(場曲)與EFFL(焦距),其權重都爲1.
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查看其賽德和圖如下:
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選擇其中第二面和第七面作爲變量j
進行優化,優化後的像差圖如下:
spot diagram:

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其彗差得到很好校正,但是其倍率色差卻增大,故我們需要引入LACL(倍率色差)操作數。
其場曲/像散與畸變圖如下:
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可見其像散大幅減少爲0,但是場曲與畸變都增大,故我們需要引入畸變操作數DIST。同時我們發現即使控制了焦距,其焦距仍有較大變化,變爲28mm,故我們需要增大EFFL的權重。
綜上新的操作數如下:
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從賽德和圖體現的各面像差分配中,選擇第2,4,6面半徑進行優化。
優化後的像差圖如下:
spot diagram:
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其場曲/像散與畸變圖如下:
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可見,畸變大幅減少,但仍然稍大,像散還是很小,但場曲不變,考慮到像散與畸變之間不可調和的矛盾,我們考慮到在物鏡中有大約0.4mm的像散與1mm的子午場曲,0.5mm的弧矢場曲,故我們讓物鏡與目鏡的像散場曲相互抵消,即改變操作數中相關的目標值。
其倍率色差圖如下:
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可見倍率色差此時很小了,故我們可以稍微降低該操作數的權重,同時焦距爲24mm說明EFFL的權重不足,爲保證焦距爲定值,我們選擇在初始結構上將第九個面設置爲F數爲20.216/5=4.0432.我們通過嘗試發現如果選擇第五和第八個面作爲變量,則系統結構將劇變,所有我們選擇剩餘的各個面作爲變量進行優化。
其優化操作數及其權重如下:
我們額外引入弧矢與子午場曲操作數FCGS與FCGT,控制彗差的TRAY如下:
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其點列圖如下:
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其場曲/像散與畸變圖如下:
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此時,物鏡與目鏡子午場曲得與弧矢場曲都能得到一定程度的抵消,同時畸變不到7%達標;但是仍然存在較大像散無法消除,我們多次嘗試,發現像散與畸變難以同時得到滿足。可能是仍然可以優化,我對此並不熟練,還是要多加學習總結啊(沒空了。。。),先就優化到這一步。其倍率色差如下:

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也符合條件。
其最終結構圖如下:
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其圖像模擬如下:
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至此目鏡的像差校正算是完成了,但像散還是不達標。之後還要將物鏡與目鏡拼接在一起,再次進行總體校正,這裏就省略了,下學期有空的化再對其進行優化,再繼續學習點光學設計,再完成一個顯微鏡的總體設計,包括光學設計,公差分析與總體機械結構設計(下學期儀器零件課設),完成全部光機結構設計。
下個階段就是做完美賽,過完年計劃再學點電信知識,外加點算法瞭解與接觸。有空的話再學點光電子的東西。

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