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研究生:莊正當
研究生(外文):Jeng-Dang Juang
論文名稱:非球面的光學設計與測試
論文名稱(外文):The design and test of aspherical surface
指導教授:張明文張明文引用關係
指導教授(外文):Ming-Wen Chang
學位類別:博士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:光電(科學)研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1993
畢業學年度:81
語文別:中文
中文關鍵詞:非球面法線像差消零鏡組
外文關鍵詞:Aspherical surfaceNormal aberrationNull lens
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因為非球面用於光學或紅外線系統對消像差的幫助很大,鏡片數可以減少
且可減輕裝備的重量,所以,近代科技及工程界對非球面的需求越來越大
,且越來越重要,為了要使用該元件,我們必須了解如何設計、製作及測
試,由於裝備的問題及作者的專長,本文著重於設計及測試。為了要從事
設計工作,文中先談到像差的計算,尤其五階、七階的球差及非球面高階
係數所導致的波像差之計算及公式的推導,利用像差平衡,可求出高階係
數,訂定該非球面方程式,以利參加像差優 化。把上面的結果應用於單
鏡的設計,比較求出各高階非球面係數後的像差與未求高階係數時的像差
,發現加了高階非球面係數後像差減少,但單鏡用的範圍較小,如視場加
大或光譜加寬就有色像差及軸外像差的問題,我們試著用三合鏡組(
Triplet)及雙高斯鏡組(Double- Gauss)來消除軸外像差及色差,如設計
孔徑加大則在鏡組中選一折射面加非球面係數,可以減少像差,當然也免
不了要借助於程式做優化工作。二次曲面亦為非球面的一種,文中亦順便
討論其用法及應用二次曲面的一些安排 。經設計後的鏡組,為求表現,
一定要有成品,所以一定要經製作手續,非球面的製作困難度很高,光學
的品質要求又很精密,所以最好能一面製作一面測試製作誤差,以供修正
,光學工程的發展過程中,已提出相當多的非球面測試法,如光學台
(Optical bench)、一般的干涉儀、散射板干涉法(Scattering-plate
Interferometer)、計算機全像片法(Computer-Generated Hologram),
本文作者站在專長及方便的立場,選擇了消零測試法(Null test),文中
提到消零鏡組在測試過程的安排、設計,並用優化與製作反覆過程(
Optimization and manufacturing iterations) 來製作,以保持整個測
試系統的波像差於最小的情況。製作好的消零透鏡裝配於 Zygo 干涉儀上
,配合待測面進行測試 工作,利用 Wyko phase Ⅱ來做條紋分析,干涉
條紋的照片及分析誤差的結果均見於文內。
目錄
圖目錄
表目錄
摘要
第一章 緒言
第二章 像差計算的綜合
2.1 光學系統像差的分析
2.2 二階像差的計算
2.3 各階像差表示法之間的關係
2.4 非球面的表數學表示法
2.5 非球面變形係數對各階球差的貢獻
2.6 非球面變形項對軸外像差的貢獻
第三章 二次曲面在光學設計上的應用
3.1 球面反射鏡的像差
3.2 二次曲面反射鏡的球差
3.3 雙反射鏡望遠物鏡
3.4 折反射系統
第四章 非球面用於單鏡的設計
4.1 球面單鏡之球差分析
4.2 非球面變形係數的計算
4.3 實例1的計算
4.4 實例2的計算
4.5 單鏡加非球面像差的優化
第五章 半對稱式鏡組的設計
5.1 對稱式鏡組
5.2 柯克三合鏡的設計
5.3 雙高斯(Double-Gauss)四片式鏡組的設計
第六章 非球面鏡的測試
6.1 傳統非球面測試法
6.2 發展中的測試法
6.3 消零測試法人(Null Test)
第七章 結論
參考文獻
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