宽光谱、长焦距准直物镜光学设计

　　0 引 言

　　微光准直物镜是某可靠性试验设备的重要组成部分，其成像质量将影响到整个系统的技术性能。微光准直物镜的主要技术指标：系统口径不小于65 mm，全视场≥20°，相对孔径 1/8，准直物镜对0.520～0.863 μm 谱段进行复消色差。本系统根据 P-V值来选择玻璃，通过观察各透镜的偏角和光焦度分配来确定透镜数目，经 Zemax 软件对物镜参数进行优化，给出了满足技术指标要求的设计结果。

　　1 微光准直物镜初始结构的确定

　　本系统属宽光谱、长焦距准直物镜。为校正二级光谱，首先应从初始结构上确保对其校正的可能，并要兼顾其他像差的平衡，以取得较好的成像质量。初始选型为三片柯克式物镜，采用正-负-正的结构形式。前组负担的光焦度大，产生较大的像差，需要后组补偿，由此导致后组极度弯曲而产生较大高级像差。为降低高级像差，将前后组改为双胶合，这样有　　利于像差的改善。初始结构确定为近似对称的 Heliar型物镜，并选择特种玻璃，来减小二级光谱值。

　　在原设计Heliar 型物镜结构基础上，经缩放得到各个面的曲率半径和厚度，准直物镜初始结构如图1 所示。

　　2 准直物镜的设计

　　由二级光谱公式[1]：

　　可知，对密接双薄透镜二级光谱与系统结构参数无关，而是完全由两块玻璃的相对色散和阿贝常数差值比决定。对于复杂系统，当玻璃选定后，二级光谱也基本为确定值。所以校正二级光谱，尽量选择 P值相差较小而 V 值相差较大的玻璃。物镜谱段很宽(0.520～0.863 μm)，故校正二级光谱时，应选用特种玻璃和特定的算法[2-4]。

　　应根据所选谱段确定玻璃的 P、V 值。

　　特种玻璃 TF3和另一种玻璃 Lak2配对时，经计算所得二级光谱是很小的。同时兼顾系统的二级光谱和高级球差，须使每个单元透镜的光焦度绝对值尽量小，因此要求正透镜的 V 值尽可能大些，负透镜的 V尽可能小些;为降低高级像散，则应选正透镜的折射率尽可能高些，负透镜的折射率尽可能低些[5]。综上所述，选择这种玻璃较为合理。

　　同时，为降低像散和场曲，增大了前组玻璃和靠近光阑玻璃的厚度。为减小大视场的轴外球差，在物镜的前组、后组加入反常胶和面，产生正高级像散，可以抵消物镜本身的负高级像散，从而改善像散的校正状况;利用反常胶合面的作用可以降低成像点的高度，从而改善了大视场的轴外球差。

　　通过观察 Seidel 和数的变化和光焦度的分配，发现靠近光阑的玻璃对 SⅢ、SⅣ较为敏感，对各种像差的贡献也较大，因此将其改为双分离透镜，这样减轻了中间组透镜光焦度，同时对校正象散和场曲也较为有利。准直物镜优化后的结构，如图 2 所示。