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像差校正的一些常用方法 内容摘要：应用初级像差理论求解初始结构参数的方法,最多只能满足初级像差的要求,并且 随着系统中各组元光焦度的分配、玻璃的选取和对某些参数的选择的不同，满足初级像差的 解会是很多的。而其中往往只有少数的解有实用意义。这就需要进行全面、系统的计算、分 析、归纳，以求得较好的初始解。一个好的初始解，... 应用初级像差理论求解初始结构参数的方法,最多只能满足初级像差的要 求,并且随着系统中各组元光焦度的分配、玻璃的选取和对某些参数的选择的不同，满足初 级像差的解会是很多的。而其中往往只有少数的解有实用意义。这就需要进行全面、系统的 计算、分析、归纳，以求得较好的初始解。一个好的初始解，应该是像差分布合理、透镜弯 曲恰当，特别是高级像差不能很大。 校正了初级像差的解并不是直接能够应用的解。特别是当系统比较复杂、相对 孔径和视场都较大时，初始解和最后的结果之间，差别就会很大。这表明，从一个初始解到 成为一个可实用的解，尚需进行大量的像差校正和平衡工作，尽管已有许多颇为实用的光学 自动设计程序问世，在操作中仍然需要很多的人工干预，设计工作不可能完全由计算机完成。 同时，好的计算机软件也必须由人来设计。因此我们仍需了解如下校正光学系统像差的原则 和常用方法。 首先，各光组以至各面的像差分布要合理。在考虑初始结构时，可将要校正的像 差列成用P、W 表示的方程组，这种方程组可能有多组精确解，也可能是病态的，或无解。 若是前者，应选一合理的解；若是后者，应取最小二乘解。总之，有多种解方程组的算法可 资利用，在计算机上实现并不困难。然后，应尽量做到各个面上以较小的像差值相抵消，这 样就不至于会有很大的高级像差。在此，各透镜组的光焦度分配、各个面的偏角负担要尽量 合理，要力求避免由各个面的大像差来抵消很多面的异号像差。 其次，相对孔径h/r 或入射角很大的面一定要使其弯向光阑，以使主光线的偏 角或 ip 角尽量小，以减少轴外像差。反之，背向光阑的面只能有较小的相对孔径。 第三，像差不可能校正到完美无缺的理想程度，最后的像差应有合理的匹配。 这主要是指：轴上点像差与各个视场的轴外像差要尽可能一致，以便能在轴向离焦时使像质 同时有所改善；轴上点或近轴点的像差与轴外点的像差不要有太大的差别，使整个视场内的 像质比较均匀，至少应使0.7 视场范围内的像质比较均匀。为确保 0.7 视场内有较好的质 量，必要时宁愿放弃全视场的像质（让他有更大像差）。因为在0.7 视场以外已非成像的主 要区域，当画幅为矩形时（如照相底片），此区域仅是像面一角，其像质的相对重要性可以 较低些。 第四，挑选对像差变化灵敏、像差贡献较大的表面改变其半径。当系统中有 多个这样的面时，应挑选其中既能改良所要改的那种像差，又能兼顾其他像差的面来进行修 改。在像差校正的最后阶段尚需对某一、二种像差做微量修改时，作单面修改也是能奏效的。 第五，若要求单色像差有较大变化而保持色差不变，可对某个透镜或透镜组 作整体弯曲。这种做法对消除色差和匹兹凡和以外的所有像差均属有效。 第六，利用折射球面的反常区。在一个光学系统中，负的发散面或负透镜常 是为校正正透镜的像差而设置，它们只能是少数。因此，让正的会聚面处于反常区，使其在 对光起会聚作用的同时，产生与发散面同号的像差就显的特别有利。设计者应善于利用这一 性质。 第七，利用透镜或透镜组处于特殊位置时的像差性质。例如，处于光阑或 与光阑位置接近的透镜或透镜组，主要用于改变球差和慧差（用整体弯曲的方法）；远离光 阑位置的透镜或透镜组，主要用来改变像散、畸变和倍率色差。在像面或像面附近的场镜可 以用来校正像面弯曲。 第八，对于对称型结构的光学系统，可以选择成对的对称参数进行修改。作 对称性变化以改变轴向像差，作非对称变化以改变垂轴像差。 第九，利用胶合面改变色差或其他像差，并在必要时调换玻璃。可以在原胶 合透镜中更换等折射率不等色散的玻璃，也可在适当的单块透镜中加入一个等折射率不等色 散的胶合面。胶合面还可用来校正其他像差，尤其是高级像差。此时，胶合面二边应有适当 的折射率差，可根据像差的校正需要，使它起会聚或发散作用，半径也可正可负，从而在像 差校正方面得到很大的灵活性。同时，在需要改变胶合面二边的折射率差以改变像