大相对孔径的望远物镜的设计

观察初级像差值
由于场曲只和光焦度（焦距）相关，一般不参与 校正。
第一阶段像差校正
变量：该系统共有五个曲率可以作为自变量，要校 正焦距、球差、正弦差和色差完全可以了。 边界条件：由于透镜组的相对孔径增大，正透镜的 边缘厚度很可能在校正过程中变得太小，因此我们 在merit function中加入透镜的边界条件。 活动边缘厚度：为了保证边缘厚度能达到要求，可 将两个正透镜的厚度设为活动边缘厚度
Leabharlann Baidu
我们看高级像差略有减小，但不明显，因此我们 把这个系统作为我们第二阶段像差自动校正的原 始系统。 第二阶段焦距，球差，正弦差和色差仍然加入校 正，只要保证初级像差达到校正的条件下考察高 级像差才有意义，同时可适当增加初级像差的权 因子，以表示初级的重要性。 此外还要加入高级球差和色球差（重点校正）， 高级彗差已达到要求无需加入校正，即权重为0。
输入初始结构，入瞳直径，波长，视场
给出的初始结构焦距和设计要求像差很多 Tools——
我们发现此时入瞳直径变为 因此要将入瞳直径重新设置为50
nr1 r2 f '= (n − 1)[n(r2 − r1 ) + (n − 1)d ]
由于相对孔径要求是1/2.4，比给定初始结构 1/3.2的要大，因此将三个透镜的厚度都相应加 大，而两个透镜组之间的间隔减小为0.2。
' m 2 m ' m ' m ' FC 2 m
第二阶段像差校正
系统由双胶合组和一个单透镜构成的，单透镜是 无法校正色差和球差，因此系统像差就靠双胶合 组校正。 我们要减小高级像差，就希望单透镜产生的像差 越小越好。一般来说，相同条件下，玻璃的折射 率越高，球差越小；玻璃的色散越小，色差越小。 例如我们把单透镜的K9换作ZK1，同时规整边缘 厚度。重新校正。
现在要校正六种像差，五个曲率已经不能满足要 求了，需将前面双胶合组的两种玻璃玻璃作为变 量，并继续加入玻璃的边界条件（保证得到的理 想玻璃能找到相近的实际玻璃来替代）。
得到优化后的玻璃参数之后，一般对应的理论玻 璃都不常见，我们设计要考虑实际应用时的因素， 因此可以用实际玻璃来代替理想玻璃，不仅要求 二者折射率阿贝数要接近，还要考虑它们的物理 化学性能，这里我们选择K9和ZF6。 K9： n=1.5，ν=64.1； ZF6： n=1.75，ν=28； 重新进行优化！！
结论
大孔径或大视场的光学系统的设计难点是高级像 差的校正，结构复杂。 必须在校正初级像差的基础上校正高级像差。 玻璃材料作为自变量是校正高级像差的重要手段， 但必须限制边界。同时要注意尽量采用常用的玻 璃。
设计要求
f’=120mm，D=50mm，D/f’=1/2.4； 2ω=4°； 入瞳与物镜重合lz=0
对于相对孔径比较大的透镜组，和孔径相关的高 级像差增大，只校正初级像差是不够的，导致系 统结构复杂化。
望远物镜的结构形式
初始结构确定
不同结构的望远物镜适用的光学特性和特点不同， 双胶合透镜适用视场为2ω<10 °，不同焦距适用 的最大相对孔径f’~ D/f’ 为50~1/3;150~1/4;300~1/6; 1000~1/10; 不能满足要求。 双胶合加单透镜结构其透镜口径相对孔径D/f’ 为 1/3~1/2，D<100mm，符合我们的要求。 对于结构比较复杂的系统可直接从光学设计手册上 选用现有系统作为原始系统
第一个正透镜的边缘最小厚度为3mm，第 二个负透镜的中心厚度为5mm，空气间隔为 0.2mm，最后一个单正透镜的边缘最小厚度为 2.5mm。
MNEG:最小玻璃边缘厚度 MNCG:最小玻璃中心厚度 MNCA:最小空气中心厚度
分别给焦距、球差、正弦差、色差以及边界条件加 上权重，进入自动校正程序
从校正结果看，所要校正的初级像差都已达到目 标值，但是三种剩余像差: 4λ δL ≤ 4∆ ≤ n' u ' 高级球差要求小于6∆ h SC = 0.0025, u = f' 色球差要求小于4 ∆ λ ∆L ≤ ∆ ≤ n' u ' 高级彗差要求小于0.0025mm