普通开普勒式望远镜设计2-目镜的像差校正

在前一篇文章中我们已经完成了物镜的设计,接下来我们需要完成目镜的像差校正。望远镜目镜需要校正轴外点像差,包括彗差,像散,子午弧矢场曲,畸变与倍率色差。
我们从《光学仪器设计上》选择了一个符合视场角与出瞳距要求的目镜,将其输入ZEMAX结构如下:
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其像差图分别如下:
点列图:
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可见在在10°视场上有正彗差,18°与全视场上有较大的负彗差,同时在较大视场上有较大的倍率色差。
其场曲/像散与畸变图如下:
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可见其像散与场曲都较大,尤其是像散非常大,但是畸变为6%达标。
考虑到目镜是大像差系统,我们选择spot diagram作为优化函数,其优化操作数选择COMA(彗差),ASTI(像散),FCUR(场曲)与EFFL(焦距),其权重都为1.
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查看其赛德和图如下:
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选择其中第二面和第七面作为变量j
进行优化,优化后的像差图如下:
spot diagram:

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其彗差得到很好校正,但是其倍率色差却增大,故我们需要引入LACL(倍率色差)操作数。
其场曲/像散与畸变图如下:
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可见其像散大幅减少为0,但是场曲与畸变都增大,故我们需要引入畸变操作数DIST。同时我们发现即使控制了焦距,其焦距仍有较大变化,变为28mm,故我们需要增大EFFL的权重。
综上新的操作数如下:
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从赛德和图体现的各面像差分配中,选择第2,4,6面半径进行优化。
优化后的像差图如下:
spot diagram:
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其场曲/像散与畸变图如下:
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可见,畸变大幅减少,但仍然稍大,像散还是很小,但场曲不变,考虑到像散与畸变之间不可调和的矛盾,我们考虑到在物镜中有大约0.4mm的像散与1mm的子午场曲,0.5mm的弧矢场曲,故我们让物镜与目镜的像散场曲相互抵消,即改变操作数中相关的目标值。
其倍率色差图如下:
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可见倍率色差此时很小了,故我们可以稍微降低该操作数的权重,同时焦距为24mm说明EFFL的权重不足,为保证焦距为定值,我们选择在初始结构上将第九个面设置为F数为20.216/5=4.0432.我们通过尝试发现如果选择第五和第八个面作为变量,则系统结构将剧变,所有我们选择剩余的各个面作为变量进行优化。
其优化操作数及其权重如下:
我们额外引入弧矢与子午场曲操作数FCGS与FCGT,控制彗差的TRAY如下:
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其点列图如下:
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其场曲/像散与畸变图如下:
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此时,物镜与目镜子午场曲得与弧矢场曲都能得到一定程度的抵消,同时畸变不到7%达标;但是仍然存在较大像散无法消除,我们多次尝试,发现像散与畸变难以同时得到满足。可能是仍然可以优化,我对此并不熟练,还是要多加学习总结啊(没空了。。。),先就优化到这一步。其倍率色差如下:

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也符合条件。
其最终结构图如下:
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其图像模拟如下:
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至此目镜的像差校正算是完成了,但像散还是不达标。之后还要将物镜与目镜拼接在一起,再次进行总体校正,这里就省略了,下学期有空的化再对其进行优化,再继续学习点光学设计,再完成一个显微镜的总体设计,包括光学设计,公差分析与总体机械结构设计(下学期仪器零件课设),完成全部光机结构设计。
下个阶段就是做完美赛,过完年计划再学点电信知识,外加点算法了解与接触。有空的话再学点光电子的东西。

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