大口径照相物镜制造与设计的综合考虑

    1 设计要求和两个可行方案

    使用单位对透射式长焦距大口径照相物镜(以下简称大口径物镜)的设计要求是:焦距f'=600 mm,口镜D=400 mm,视场2X=215b,工作波段在015~018Lm,弥散斑[15Lm。根据以上设计要求,用普通光学玻璃设计了两个方案。它们的光系统图、点列图和传递函数曲线图分别如图1和图2所示。

    2 制造大口径物镜过程中可能出现的问题及解决方法

    在大口径物镜制造过程中经常遇到的困难是材料问题难以解决,诸如材料的光学均匀性差,优质材料难以购得等。其次还存在着大口径光学样板精度欠佳,焦距和中心偏的误差偏大,像质不好等缺陷。

    目前,对光学玻璃材料的要求是光学均匀性好,同时还要求材料是大块的光学玻璃。大块的光学玻璃材料不但价格昂贵,而且其光学均匀性常常达不到要求。若想得到大块的特殊光学材料(如萤石,FK和TF类材料),则只会增加问题的难度。虽然这些特殊的光学材料对消除二级光谱色差十分有效,但因其化学稳定性太差、光学工艺性欠佳等,因此在设计中应尽量避免使用特殊光学材料。实际上,如果采用ZK,ZF和ZBAF类普通光学玻璃材料进行适当的组合和间隔分离,则也可以较好的消除二级光谱色差,设计出像质优良的长焦距大口径物镜。

    对光学玻璃的光学均匀性必须进行实测,而光学玻璃生产厂家提供的测量数据只能参考,不能作为依据。实测光学均匀性的精度要达到2@10-6,如果达不到这个精度,则由于材料的光学均匀性误差本身产生的波像差,将严重破坏原像差校正状况。

    材料的折射率和色散系数实测精度要达到1@10-5,将实测值代入光学系统进行设计。如果设计时材料的折射率和色散系数没有采用实测值而用了玻璃目录上的理论值,那么,消除二级光谱色差的计算将是无意义的。

    加工光学零件的样板必须进行实测,实测精度不低于0.03% ,将实测半径值代入光学系统再进行间隔和厚度的优化。

    光学零件进入装配前,焦距和中心偏必须进行高精度测量,达到要求才可进入装配。装配过程中应对中心偏进行严格控制,这是影响像质的重要因素之一。

    解决好上述问题,像质将会达到设计要求。大口径物镜像质的测试最好用光学传递函数测试仪。这种仪器不仅可以客观、准确地评定镜头像质,而且也便于测试值和设计值进行比较。如果条件不具备,可以用模拟法测试,即模拟大口径物镜实际使用条件进行测试。为此,可以用大口径平行光管作为无穷远的物体对镜头成象,实测其像质。

    3 两个设计方案的比较

    4 设计结果的确定