ZEMAX课程设计心得照相机物镜设计【模版】

ZEMAX课程设计——照相机物镜设计

一、(课题的背景知识，如照相机镜头的发展概况，类型及其主要技术参数的简要说明)

二、课程设计题目

设计一个照相物镜，

1)光学特性要求：f’=100mm；2=30;；D/f’=1:3.5.

2)成像质量要求：弥散斑直径小于0.05mm；倍率色差最好不超过0.01mm；畸变小于3%。

三、设计课题过程

1、参考Ernostar和Tessar联合型物镜设计相关数据，对其进行相关改进。

Ernostar和Tessar联合型物镜设计相关数据如下表1（其中焦距f’=75.68mm；相对孔径D Radius/r Thickness/d 折射率/n 玻璃阿贝数/ν

38.339 3.57 1.71289 53.9

50.988 0.32

35.192 5.49 1.71289 53.9

197.94 4.83

-96.144 1.87 1.6362 35.3

26.53 8

-1074.1 1.38 1.53246 45.9

37.053 7.6

-49.135 1.72904 54.8

表1

2、根据焦距曲率镜片厚度之间的比例关系，即f1／f2=r1／r2=d1／d2,得到焦距100mm，相Radius/r Thickness/d 折射率/n 玻璃阿贝数/ν

50.659 4.717 1.71289 53.9

67.373 0.423

46.501 7.254 1.71289 53.9

261.548 6.382

-127.040 2.471 1.6362 35.3

35.055 10.571

-1419.262 1.824 1.53246 45.9

48.960 10.042

-64.925 1.72904 54.8

表2

3、启动ZEMAX，将表1数据输入到LDE，相关步骤由以下图给出

（1）打开ZEMAX。

（2）输入数据。

在主选单system下，圈出wavelengths，依喜好键入所要的波长，同时可选用不同波长，本实验中在第一列键入0.486，单位为microns，第二第三列分别键入0.587、0.656。在primary 中点击选1，即用第一个波长为近轴波长。

（3）输入孔径大小。

由相对孔径为1：3.5，焦距为100mm得到，孔径D=100／3.5=28.57143mm。在主选单system 菜单中选择general data,在aper value上键入28.57143。

（4）输入视场角。

（5）输入曲率，面之间厚度，玻璃材质。

本实验中共有5组透镜，其中最后两组为双胶合透镜，故共有9个面，回到LDE，可以看到三个surface，STO（孔径光阑）、OBJ（物点或光源）、IMA（像屏），在STO前后插入几组surface，除IMA外共计9组surface,输入数据。最后根据参考实验图确定STO在第6面上。

①点击layout,画出2D图形

②点击spot diagram ,画出点阵图

由图看出光波在波长1、2、3下的弥散斑直径大小分别为33.625、54.419、64.768（单位：微米），其中第2、3波长弥散斑大小大于50微米，不符合要求，故需要改进。

③在analysis里面的miscellaneous中点击field curv/dist，得到图形如下，其中distortion即为畸变

由图知畸变约为0.125%，小于3%，已到要求。

④同③点击lateral color，即为倍率色差。

由图知倍率色差约为10微米，基本要求。

综上所述，我们所要做的就是对原始数据进行优化，是它的弥散斑直径符合要求。

优化一

（6）优化。（说明：优化并无严格规则，可根据具体情况灵活处理）

在本实验中，选择曲率半径为优化对象，双击surface1，出现

在solve type下拉框中选择variable,如图

剩下的8个面如法炮制，另外为了使弥散斑尽量聚焦于一点，但不改变透镜厚度和镜组之间距离，将surface9名下的thickness也改为variable。得到

接着设置优化功能，在system的editors中选取merit function，进入tools，再点击default merit function,即我们选用default merit function，这还不够，我们还要规定给merit function一个focal length为100的限制，所以在merit function editor第1列中往后插入一列，即显示第2列，代表suface2，在此列中的type上键入EFFL，同列中的target项中键入100，weight中键入1。

跳出merit function editor，在tools 中选optimization项，按automatic，完毕后跳出来，此时已完成最佳化设计，如前，重新检验畸变倍率色差即弥散斑大小是否符合要求。

可以看到弥散斑大小均符合要求

畸变小于3%，符合要求

倍率色差小于10um符合要求。透镜的2D图如下：

可以看出，虽然透镜组附符合物理设计但是第一个镜片为凹镜，不符合给出的组合镜要求，故仍需要进行优化。

优化二

（7）再优化。

基本步骤如前，为了不使第一组镜片变形，曲率半径1不设为变量。其余照旧。

得到如下结果

弥散斑最大直径不超过34.118，符合要求

畸变0.2061%，符合要求，比优化1好多了