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光学设计指导书

刘冬梅、王文生等主编

















长春理工大学光电工程学院
2005 年



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前言


按照“应用光学”教学大纲规定的设计要求,并结合光电工程学院的《应
用光学》教学特点及具体的情况,我们编写了《光学设计指导书》。
本指导教程着眼于应用光学的基本理论知识、光学设计基本理论和方法,
侧重于典型系统具体设计的思路和过程,加强学生对光学设计的切身领会和理
解,将理论与实际融合、统一,以提高学生综合分析及解决问题能力的培养。
在该实验指导教程中共包含三部分的内容:光学设计中的 PW 法、望远系统
PW 方法的具体计算过程、ABR 程序的介绍及使用等。在编写过程中我们吸
纳了过去课程设计的经验与长处,内容深入浅出、文字通顺、易读易懂,具有
自己的特色。
本教程由光电工程学院刘冬梅、王文生、刘智影、霍芙蓉等主编。
由于本人水平有限,教程中难免有不足之处,衷心希望广大读者对教程中
的不足之处给予批评指正。




编者
2005 年 1 月
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目录
第一章光学设计中的 PW 法………………………………
§1-1 光学系统的基本象差参量………………………………
§1-2 光学系统的基本象差参量的规化………………………………
∞∞
§1-3 双胶合薄透镜组的 P ,W ,CI 与结构参数的关系………………
第二章望远系统 PW 法的具体计算过程…………………………
§2-1 望远系统的原理………………………………
§2-2 课程设计的内容及要求………………………………
§2-3 望远系统 PW 法的具体设计过程…………………………
第三章 ABR程序的介绍及使用……………………………
§3-1 ABR 程序的介绍………………………………
§3-2 数据文件的建立及 ABR 程序的操作……………………




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第一章光学设计中的 PW 法
§1-1 光学系统的基本象差参量
任何光学系统都是由许多光组组成,每个光组都有自己的性能要求,如显
微系统、望远系统至少要由物镜和目镜两部分构成,照相系统多为一个照相物
镜。光学设计的过程主要是首先根据光组的光学特性要求( f ', D / f ',2ω等)
选定其结构型式,然后进行初始结构参数的求解。但是无论是利用初级象差理
论为基础求解得的初始结构参数,还是根据已有资料选用的初始结构参数,它
们的象差都不一定能满足要求,因此必须进行象差校正。
为应用初级像差理论求解光学系统的初始结构参数,需把以前那些便于实
际计算初级像差系数的基本公式组(1-2)作必要的变换,以使它们能与透镜
或透镜组的结构参数联系起来,而用 P,W 表示的初级像差系数表示式是解决
这一实用问题所需的较好形式。
现在在初级像差系数的公式组(1-2)中引入符号 P,W:
P = ni(i − i')(i'−u)
(1-1)
W = (i − i')(i'−u)
i h J
并以 z = z + 代入,即可得到以 P 和 W 所表示的初级像差系数表示式(1
i h hni
-3):
(需要指出的是公式中所涉及的各量的物理意义与应用光学中所讲到的相一
致,此处就不分别加以介绍了,带有下角标 z 的表示的是与主光线相关的各物
理量。)
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1 k
δL'= − S
2 ∑ I
2nk 'uk ' 1 S I = luni(i − i')(i'−u)
1 k i
K = − S S = S z
s ∑ II II I i
2nk 'uk ' 1
i
1 k S = S ( z )2
x' = − S III I
ts 2 ∑ III i
nk 'uk ' 1 n'−n
S = J 2 (1-2)
1 k k IV
x' = −(3 S + S ) n'nr
t 2 ∑ III ∑ IV
2nk 'uk ' 1 1 iz
SV = (SIII + SIV )
1 k k i
x's = −(∑ SIII + ∑ S IV ) dn' dn
2n 'u '2 C = luni( )( )
k k 1 1 I n' n
1 k
δy' = − S iz
z ∑ V CII = CI
2nk 'uk ' 1 i
1 k
∆l' = − C
FC 2 ∑ I
nk 'uk ' 1