双高斯物镜的设计.doc
双高斯系统
实例5：双高斯物镜(结构要求的推导)像质要求估算：以离开10英寸（254mm）远的距离、观察8英寸×10英寸（即203.2mm×254mm）打印纸、估算最小可分辨的弥散斑为例。
离开10英寸距离，眼睛的最小分辨角为1弧分=0.0003rad，则弥散斑直径=0.003英寸；底片尺寸（36mm×24mm）是打印纸的1/7.06倍, 则底片上成像弥散斑直径为0.003/7.06=0.00042英寸=0.0107mm；对于一个真正的照相系统，通常对MTF有更复杂的技术要求。
双高斯物镜双高斯物镜是一个对称型结构，借以校正垂轴像差——彗差、畸变和垂轴色差，因此其每一半应能校正轴向像差——球差、像散、场曲和轴向色差；保持其对称性很重要。
为校正场曲，必须有两个正负光焦度且分离的薄透镜组，最简单的就是弯月厚透镜；高斯结构的特点是凸面靠外，这有利于其提高相对孔径，但它不能校正球差和轴向色差，为此把弯月厚透镜变成双胶合透镜，但双胶合透镜内的光焦度分配主要考虑的是校正场曲，轴向色差可能得不到很好校正，为此又加了一个分离的正透镜，它也分担了双胶合正透镜的一部分光焦度。
用正负光焦度分配校正场曲；有了正负光焦度的透镜，选择折射率并弯曲透镜，可使球差校正，选择色散可以使轴向色差校正。
光阑的恰当位置可以使像散校正。
双高斯物镜一般用到1:2.8，±20°，为增大孔径或视场或提高成像质量，形成大量的各种复杂化的专利，下面将Fischer提供的USP217252(1938)作为优化的例子，如所附，实例提供的初始结构存在很大像差，为1㎜量级，最后的结果剩余像差在20μm量级，并涉及大致的过程（数年内多次的略有不同的历程）。
下面的做法略有不同1，只用d线（先校单色像差，不校正色差），在solve r11，保持Marginal ray angle = -0.25，以保持焦距不变及d11由Marginal ray height=0的条件下，用Default merit function，可以使用MF由初始的24.9—>1.0。
双胶合望远物镜的设计
双胶合望远物镜的设计
1.确定要设计的望远镜的需求和目标。
这包括确定观测目标的类型（是天文观测还是地球观测）、期望的分辨率和光学口径等。
2.确定物镜的基本参数。
物镜的基本参数包括光学口径、焦距和波长范围等。
根据观测需求和目标来确定这些参数，以便在设计过程中进行优化。
3.进行双胶合物镜的初步设计。
双胶合物镜由两个物镜镜头组成，其中一个作为物镜，另一个作为准直镜。
初步设计包括确定物镜和准直镜的曲率半径、厚度、孔径等参数，并进行初步的光学系统分析和优化。
4.进行双胶合物镜的最终设计。
最终设计包括对镜片的形状、曲率、厚度等进行进一步优化，使得物镜和准直镜在光学性能上达到最佳状态。
这一步骤通常需要使用光学设计软件进行模拟和分析。
5.进行光学系统的完整性分析。
完成物镜和准直镜的设计后，需要对整个光学系统进行分析，以确保在不同焦距和观测条件下都能达到预期的性能。
这包括通过使用衍射图像圆点函数来评估系统的分辨率和像差，以及通过光学路径分析来评估系统的定位和稳定性。
6.进行光学系统的组装和调试。
一旦完成了光学系统的设计和分析，就可以进行物镜和准直镜的组装和调试。
这包括对镜片进行抛光和涂镀，以及对光学系统进行调整和校准，以使其达到预期的性能。
以上就是双胶合望远物镜的设计步骤。
双胶合望远物镜的设计是一个复杂和细致的过程，需要充分考虑观测需求和目标，并进行仔细的光学系统分析和优化。
通过合理地设计和调整，双胶合望远物镜可以在天文观测和地球观测中发挥出更好的性能，提供更清晰和准确的图像和数据。
硬货｜探索双高斯镜头结构
硬货丨探索双高斯镜头结构一经典结构Rudolph 博士1896 年提出的6 片/4 组双高斯结构（Zeiss Planar ），是120 年以来至今仍然活跃的光学结构，是被各厂家采用最多的一种光学结构。
二经典镜头双高斯结构最适合设计35-90mm 焦段的镜头，这是最适合拍摄日常生活的焦段，除非你想拍摄野生动物或者昆虫的特写这些够不着看不清的场景，双高斯镜头是最佳的选择；这个结构已经超过百年历史，被各路天才光学设计师研究到极致，成像质量指标多次被刷新，性能达到巅峰，存在着很多经典镜头。
Leica ：Summicron50mm f/2 Rigid 1956-1968 Summicron 35mm f/2 八枚玉1958-1974 Summilux-M 75mm f/1.4 1980-2007 Canon ：.. EF 50mm F1.2L 2006- 至今.................................... 三发展演变1 高斯结构和双高斯结构（4 片/4 组）①1817年，德国数学家高斯（Gau p ）为了消除天文望远镜的像差，提出由一片凸镜和一片凹镜两片新月型镜片的组合结构，即高斯结构（2 片/2 组）。
②1888 年，Clark 提出用两对高斯结构沿光圈对称组合的镜头结构，这就是双高斯结构（4 片/4 组）。
2 对称双高斯结构（6 片/4 组）1896 年，Rudolph 发现，4 片薄形镜片双高斯结构，正负镜片之间的较大间隔会产生明显的像差，把薄的负镜加厚，减小正负镜片之间的距离，可以降低像差；继而，将加厚的负镜用1 片正镜和1 片负镜组成的粘合负镜代替，粘合的两片镜片使用不同色散系数玻璃（折射率约相同），由4 片4 组变成6 片4 组，可以进一步消除像差，首次实现了大光圈（f/4.5 ）时非常好的校正多种像差，使得大光圈镜头拥有高质量的光学表现成为现实。
这是在还没有高折射率玻璃的时代，蔡司公司对双高斯结构设计的创新，是双高斯结构设计的第一座里程碑。
双高斯物镜的设计
前言双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。
双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1所示。
图 1 双高斯物镜由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。
设计这种类型的系统时，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校正。
在双高斯物镜中依靠厚透镜的结构变化可以校正场曲ⅣS ，利用薄透镜的弯曲可以校正球差ⅠS ，改变两块厚透镜之间的距离可以校正像散ⅢS ，在厚透镜中引入一个胶合面可以校正色差ⅠC 。
双高斯物镜的半部系统可以看作是由厚透镜演变而来，一块校正了匹兹万场曲的厚透镜是弯月形的，两个球面的半径相等。
在厚透镜的背后加上一块正、负透镜组成的无光焦度薄透镜组，对整个光焦度的分配和像差分布没有明显的影响，然后把靠近厚透镜的负透镜分离出来，且与厚透镜合为一体，这样就组成了一个两球面半径不等的厚透镜和一个正光焦度的薄透镜的双高斯物镜半部系统。
二、用初级像差理论确定初始结构1、半部系统的规划半部系统如图2所示，计算时把焦距规化为1，同时取规化条件。
，，101111==-=h u u z2、以厚透镜校正ⅣS考虑到对高级像散的平衡，取07.0-=ⅣS 。
按相对孔径需要选15.0=d 。
玻璃可取BaF7和ZK8的组合。
由式子()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-==-=--b d nS n a n nS n c c c c c c 12212111ⅣⅣρρρρ可得 549.5729.5766026.31184006.021-=-==-=c c b a ρρ，，3、加无光焦度双薄透镜校正ⅠS取3.1=-==b a ψψψ（实践表明取值在1.2到1.5之间为好）。
（1） 求c S u Ⅰ、2。
()()()()[]52.17311719.212222322121=---+=-=-=-u u n du u n S nr n u n cⅠ（2） 求个面曲率半径由式子⎪⎩⎪⎨⎧--==11221n b b b c b ψρρρρ，⎩⎨⎧==a a a a a a ψρρψρρ2211及式子⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧====241322111111a a b c r r r r ρρρρ可求得半部系统焦距规化为1时各面的曲率半径分别为：4143.03721.32917.01745.04321-=-=-=-=r r r r 4、求校正ⅢS 的孔径光阑位置根据校正ⅢS 的要求，有∑=++=0c ⅢⅢⅢⅢS S S S b a令A l h z z =-=11，则()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=--=++=+=n d A h h n u i di nh A i i A i z z c z 222222221111111ρ 由以上各式可得 0869.0=-=z l A从上述计算可知，由于透镜c b a 、、合成后球差系数∑=0ⅠS ，所得方程的二次项系数一定为零，也就是说A 只有一个根。
双高斯照相物镜课程设计
双高斯照相物镜课程设计1 设计案例式教学方案案例式教学的着眼点在于学生创造能力以及实际解决问题的能力的培养，而不仅仅是照本宣科，有助于深入了解专业领域知识和提高专业技能。
通过案例式教学，令学生接触到实际工程案例，将书本上抽象的知识转化到具体的案例任务，在实际设计与操作中深化知识理解，同时培养学生的创新意识与自主学习意识。
由于这种形式的教学需要较强的信息收集能力与自学能力，因此非常适合研究生。
将案例式教学结合到《现代光学设计及仪器》课程中，通过教学探索，利用案例式教学的优势，突破传统教学脱离实际的困境，令学生通过这种“做中学”的形式获取知识，从而真正掌握技能，实现更高水平的研究生培养。
2 建设案例教学中，以培养目标为指导，基于课程目标与课程内容，根据本专业学生日后深造与就业的实际情况，参照实际设计任务标准，选取课程教学案例，需建立不同难度层次与不同设计类型的案例库。
为了真正对学生的学习结果进行考查与评价，同时，为了打破任课教师个人知识水平的局限性，本课程中，案例库来源主要有三个途径，第一为文献搜集、专利查询等；第二为历年光电赛的赛题中摘取光学设计部分；第三为向全院教师征集的合作企业需求。
案例的筛选原则为：覆盖课程大纲中的主要知识点，同时考虑案例的典型性、实用性、创新性，案例选择应由易到难，循序渐进。
3 打造混合教学模式由于引入了案例式教学，传统的课上教学时间已不能满足教学需要；同时，为了培养学生的积极性，将教学模式从原来的“课堂教学”延展到“课前—课上—课后”的拓展课堂形式这种拓展课堂的形式能够提高学生主动学习的能力。
教学过程中，主要包括“任务导入”“方案制定”“方案实施”“结果反馈”四个环节。
课前，教师将案例布置给学生，完成“任务导入”，明确项目任务及目标，令学生对设计任务形成直观的认识；学生需要在课前进行信息搜集与资料分析，对案例形成深入理解。
课上，完成“方案制定”，学生对任务目标进行分析，确定完成任务所涉及的各种要素，确定实施方案；同时教师完成指导与答疑，把握方案设计方向。
光学设计实例——显微镜物镜、双高斯照相物镜
底片尺寸（36mm×24mm）是打印纸 的1/7.06倍, 则底片上成像弥散斑直径为 0.003/7.06=0.00042英寸=0.0107mm；
对于一个真正的照相系统，通常对 MTF Nhomakorabea更复杂的技术要求。
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双高斯物镜设计实例
双高斯物镜
双高斯物镜是一个对称型结构，借以校正垂轴像差——彗差、畸变和垂轴色差， 因此其每一半应能校正轴向像差——球差、像散、场曲和轴向色差；保持其对称性很 重要。 为校正场曲，必须有两个正负光焦度且分离的薄透镜组，最简单的就是弯月厚透 镜；高斯结构的特点是凸面靠外，这有利于其提高相对孔径，但它不能校正球差和轴 向色差，为此把弯月厚透镜变成双胶合透镜，但双胶合透镜内的光焦度分配主要考虑 的是校正场曲，轴向色差可能得不到很好校正，为此又加了一个分离的正透镜，它也 分担了双胶合正透镜的一部分光焦度。 用正负光焦度分配校正场曲；有了正负光焦度的透镜，选择折射率并弯曲透镜， 可使球差校正，选择色散可以使轴向色差校正。光阑的恰当位置可以使像散校正。
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双高斯物镜设计实例(Zemax数据8) 双高斯物镜设计实例(Zemax数据8) (Zemax数据
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MTF（47） MTF（47）
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双高斯物镜设计实例(Zemax数据) 双高斯物镜设计实例(Zemax数据) (Zemax数据
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MTF（50） MTF（50）
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双高斯物镜设计实例(原始数据) 双高斯物镜设计实例(原始数据)
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双高斯物镜设计实例(设计结果1) 双高斯物镜设计实例(设计结果1)
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双高斯物镜设计实例(设计结果2) 双高斯物镜设计实例(设计结果2)
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双高斯复杂化结构显微物镜设计
机 上 的重 要 组 成 部 分 ， 微 镜 的 成 像 效 果 、 晰程 显 清 度 直 接 影 响 设 备 的 主 要 技 术 指 标 —— 对 准 精 度 。
曝 光 机 在 对 准 观 察 时要 同 时看 清 楚 掩 模 版 和 基 片
的 图形 ， 此 ， 求 显微 物 镜 具 有 长 工 作 距 离 和 大 因 要 景深 。 以下 显 微 镜 对 准 观 察 系 统 是 采 用 Ｃ Ｄ 采 集 Ｃ 图 像 的模 式 ， 镜 自行 研 制 ， 示 器 显 示 图 像 ， 物 显 观
ｗｈｃ ｑ ｉ ｅ ｎＭａｋＡ ｉ ｅ ， ａ ｅｎ ｉｔ ｄ ｃｄ Ａ ｋｎ ｆ ｎ ｇ ｔ ｉｆ ｉ ｉ ａ ｃ ｙ ｅ ｉ ｉ ｅ ｕｐ ｄｏ ｓ ｌ ｒｈ ｓｂ ｅ ｒ ｕ ｅ ． ｉｄｏ ｊ ａｅ ｎ ｎｔ ｄｓ ｎ ｅＴ ｐ ｈｓ ｐ ｎ ｇ ｎｏ Ｃｏ ｕ ｉ ｙ ｔ ｈ ｓ ｅｎｕ ｅ ｅｏ ｊｃ ｎ ． ｏ ｅｔ ｄｔ ｎ ｌ ｏ ｂｅＧｓ ｔ ｃｕｅ ｍｐｏ ｅ ｒ ａ ｉｇｐｃｕｅ ， ａ ｅ ｓｄｉ ｔ ｂｅｔｅ ｓ Ｆ ｒｈ ａ ｉｏ ａ ｄ ｕ ｌ ｒ ｔ ｌｙｄｆ ｋｎ ｉ ｒｓａ ｂ ｎｈ ｌ ｔ ｒ ｉ ｓｕ ｒ ｅ ｏ ｔ ｔ
ｄ ｓａ ｃ ，ｆ ｔｆ ｌ ａ ｄ ｓ ｅ ｅ ｄ ｐ ｈ ｉｔ ｎ ｅ ｌ — ｅｄ， ｎ ｃ ｎ ｅ ｔ ． ａ ｉ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｓ ｉ ｅ； ｉ ｃｏｃ ｐ ｂｅｔ ｅ ｓ Ｃ ｎｕ ａｅｉｆ ｉ ｉ ａ ｃ ｐ ； ｏ ｂｅＧ ｙ ｒ ｓ ＭａｋＡｌ ｒＡｌ ｍｉ ｓｏ ｅｏｊｃ ｎ ； ｏ ｊｇ ｔ ｎ ｎｔ ｄｓ ｎ ｅｔ ｅ Ｄ ｕ ｌ ｓ ｎ ｇ ｎ ｇ ｒ ｌ ｉ ｙ ｔ ｙ
Ｃ Ｄ 靶 面 Ｃ
散 不 同 ， 折 射 率 近 似 相 等 ， 单 色 像 差 没 仃 影 但 对 响 。 了改善物镜 的成像质量 ， 正球差和 色差 ， 为 校 把 后 面 的 正 透 镜 用 两 个 单透 镜 代 替 ， 存 后 一 并 个 单 透 镜 中 加 入 胶 合 面 ， 以进 步 校 正 全 部 色 差 。 在 像 差 校 正 过 程 中 ， 拉 大 后 一 胶 合 组 中两 种 玻 靠 璃 的折 射 率 差 来 使 系 统 减 少 高 级 球 差 的产 生 。
双高斯物镜的设计
双高斯物镜的ZENAX优化设计《光学课程设计》目录一、介绍.................................................................................. - 3 -二、用初级像差理论确定初始结构 ............................................... - 4 -三、用ZEMAX优化................................................................. - 9 -四、结论............................................................................... - 16 -五、心得体会.......................................................................... - 16 -参考文献................................................................................ - 18 -一、介绍双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。
双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1所示。
图 1 双高斯物镜由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。
设计这种类型的系统时，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校正。
在双高斯物镜中依靠厚透镜的结构变化可以校正场曲ⅣS ，利用薄透镜的弯曲可以校正球差ⅠS ，改变两块厚透镜之间的距离可以校正像散ⅢS ，在厚透镜中引入一个胶合面可以校正色差ⅠC 。
双高斯物镜的半部系统可以看作是由厚透镜演变而来，一块校正了匹兹万场曲的厚透镜是弯月形的，两个球面的半径相等。
双高斯物镜优化
4、撰写课程设计论文，修改定稿并交稿（一周）
课程设计论文内容
应包括以下内容：
1、镜头的设计原理和类型
2、镜头的基本性能要求，并给出使用的初始结构；
3、像差校正、评价函数的设置与优化设计方法。
4、像差结果分析与பைடு நூலகம்价报告；
5、结论与展望 16
双高斯物镜的优化设计
技术指标：
1、焦距：f’=40mm； 2、 相对孔径D/f’不小于1/2 ； 3、 视场
2 40
5、 在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)；
6、 成像质量，MTF 轴上>35% @100 lp/mm，轴外0.707
>25%@100 lp/mm。 7、 校正球差、色差、场曲、像散
初始结构
任务
1、根据设计题目简述镜头的设计原理和类型； 2．确定镜头的基本性能要求，并选择合适 的初 始结构； 3．输入镜头组数据，设置评价函数操作数，进 行优化设计和像差结果分析； 4．给出像质评价报告，撰写课程设计论文。
评分标准
设计结果应达到指标要求，在同样像质情况下，
1、片数少的得分比片数多的高；
2、材料普通的得分比材料贵重的高；
3、在同样结构情况下，最低的MTF值高的得分高，
材料普通的得分高；
4、同样MTF的情况下，弥散斑小的比弥散斑大的
得分高。
课设时间安排
1、学习掌握zemax使用方法和像差评价方法；（一 周） 2、查询资料，确定初始结构，并进行像差控制和优
化设计；给出像质评价报告；（2周）
双高斯物镜
设计要求：焦距50mm，视场角60︒，相对孔径1：2.5
已有双高斯镜头
该系统的焦距为50，视场角为40︒，相对孔径1：2，子午光束渐晕系数：全视场K=0.65, 0.7视场K=0.8
步骤：
入瞳：25，波长：可见光，视场：角度为0，14，20分别对应0，0.7，1视场。
在0.7视场中的VCY输入渐晕压缩因子（1-0.8=0.2），在1视场中的VCY输入渐晕压缩因子（1-0.65=0.35）
第11面的厚度那选择MRH，可看二维图。
第一次优化：
焦距不需要缩放，由于要求的相对孔径为1：2.5，则入瞳改为20.由于要求的视场角与初始系统的视场角相差大，所以需要逐次优化接近设计要求。
第一次．将视场角改为0，17，25度，渐晕因子不变。
确定自变量：10个曲率（光阑除外）加上8个厚度（两个0.1为微小空气间隔除外）
建立评价函数：EFFL=50,另外加入边界条件
权重都为1
优化5次就可。
第二次优化：把角度改为0，21，30度，再优化。
发现MTF不太好，这是固有的问题，所以要换玻璃。
可以把n作为变量，优化。
注意：运算次数最好5次进行，否则跑的太远了。
把n变量去掉后，发现玻璃变了，但是此时的MTF又会有所改变。
双高斯物镜的设计
双高斯物镜的ZENAX优化设计《光学课程设计》目录一、介绍............................................................................................................... - 2 -二、用初级像差理论确定初始结构 ................................................................ - 3 -三、用ZEMAX优化 .......................................................................................... - 10 -四、总结........................................................................................................... - 31 -五、心得体会..................................................................................................... - 31 -参考文献............................................................................................................. - 33 -v1.0 可编辑可修改一、介绍双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。
双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1所示。
图 1 双高斯物镜由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。
(完整word版)双胶合望远物镜 ZEMAX 设计
2.要求设计一个周视瞄准镜的双胶合望远物镜（加棱镜），技术要求如下：设计过程： 1.求h ，h z ，J1006.14365.7148.01'''4365.7)tan(''0621.335/5tan 58.12'/'tan 148.0502/tan 8.147.34'/tan '/'tan =⨯⨯===--==⇒==⇒===⨯==⨯=Γ=⇒=Γ==y u n J mm w f y mm h h mmh f h u D u mm D D D D uf h u z z o入入出入2.计算平行玻璃板的像差和数S 1、S 2、S 3 平行板入射光束的有关参数为：5912.0,0875.0)5t a n (,148.0-=-=-==u uu u z z根据已知条件，平行玻璃板本身参数为：64.11.5163,n 31mm,d ===υ则平行平板的初级像差为：3.列出初级像差方程式求解双胶合物镜的C W P ,,∞∞ 根据整个系统物镜的像差要求：mmL SC mm L FC m m 05.0,001.0,1.0'''=∆-==δ系统的像差和数为：0010952.000220.0)(2200438.02S '2'''3''''''''2''''1-=∆-==-=-=-=-=FC m s m L u n S y SC u n k u n S L u n δ 由于S 系统=S 物镜+S 棱镜，双胶合物镜的像差和数为：0.00128480.00238-0.001095S -0.0010750.003275-0.0022S 0.001160.00554-0.00438S =+====+=I ∏I C① 列出初级像差方程，求P,W,C00238.0n1-n -dS 0.0032765/u)(u S S 00554.0n1-S 223z 124321-====-=⨯-=u du n υ00000812.0001285.000123.0001075.00000922.00016.058.1223=⇒===⇒-=-==⇒===∏I C C h S W JW P h S P P hP S z② 由P,W,C,求C W P ,,∞∞ 由于''1,85,58.12f f h ===ϕ所以00069.005591.0)(02846.0)('23======Cf C h WW h PP ϕϕ由于望远镜物镜对无限远物平面成像，无须对平面位置再进行优化。
双高斯物镜的设计知识讲解
双高斯物镜的ZENAX优化设计
《光学课程设计》
一、介绍
双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1所示。
图1双高斯物镜
由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。设计这种类型的系统时，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校正。在双高斯物镜中依靠厚透镜的结构变化可以校正场曲 ，利用薄透镜的弯曲可以校正球差 ，改变两块厚透镜之间的距离可以校正像散 ，在厚透镜中引入一个胶合面可以校正色差 。双高斯物镜的半部系统可以看作是由厚透镜演变而来，一块校正了匹兹万场曲的厚透镜是弯月形的，两个球面的半径相等。在厚透镜的背后加上一块正、负透镜组成的无光焦度薄透镜组，对整个光焦度的分配和像差分布没有明显的影响，然后把靠近厚透镜的负透镜分离出来，且与厚透镜合为一体，这样就组成了一个两球面半径不等的厚透镜和一个正光焦度的薄透镜的双高斯物镜半部系统。这个半部系统回来了承受无限远物体的光线时，可用薄透镜的弯曲校正其球差。由于从厚透镜射出的轴上光线近似平行与光轴，因此薄透镜越向后弯曲，越接近与平凸透镜，其上产生的球差及高级量越小。但是，该透镜上的轴外光线的入射状态变坏，随着透镜向后弯曲，轴外光线的入射角增大，于是产生了较大的像散。为了平衡 ，需要把光阑尽量地靠近厚透镜，使光阑进一步偏离厚透镜前表面的球心，用该面上产生的正像散平衡 。于此同时，轴外光线在前表面上的入射角急剧增大，产生的轴外球差及其高级量也在增大，从而引出了球差校正和高级量减小时，像散的高级量和轴外球差增大的后果。相反，若将光阑离开厚透镜，使之趋向厚透镜的前表面球心，则轴外光线的入射状态就能大大的好转，轴外球差很快下降，此时厚透镜前表面产生的正像散减小。为了平衡 ，薄透镜应该向前弯曲，以使球面与光阑同心。这样一来，球差及其高级量就要增加。
双高斯镜头的优化设计_
双高斯镜头的优化设计作者：徐延亮雷娟来源：《中国基础教育研究》2013年第07期【摘要】随着毕业生就业竞争激烈化，学生不在满足于仅仅学习课本上的理论知识，迫切的需要参与实践，在这种情况下，将光学设计软件ZEMAX引入工程光学教学是大有益处的。
本文以典型的双高斯物镜优化设计为例，经过初始数据录入、优化及分析像差等光学设计的相关步骤，最后使物镜性能得到了提升，使学生获得处理实际光学设计问题的初步的能力。
【关键词】双高斯物镜工程光学 ZEMAX 光学设计引言。
对于工程光学，如何使学生产生学习兴趣？这是教学所面临的难题。
而将ZEMAX软件引入教学解决了这一难题。
大量科研论文是以ZEMAX为平台进行光学设计的[1-4]，本文以双高斯物镜优化设计为例，这种物镜的设计，对教学来说是很典型和实用的。
1888年，Alvan Clark 发现使用两对高斯结构，背对背反方向组合后，也可以成为一种有用的镜头，这就是最初的双高斯结构概念。
后来经过Paul Rudolph进一步改进，从而使物镜由原来的4群4片变成4群6片。
二十世纪二十年代，Taylor Hobson在此基础上研发的f/2的高速电影机镜头（Speed Panchro），成为了好莱坞电影厂的标准配备。
到了21世纪的今天，各家光学厂商关于双高斯镜头设计登记在案的专利已超过300件。
本文对双高斯物镜的光学要求为：35mm胶片，使用可见光（F，d，C），焦距f′=100mm，相对孔径D/f′=1/2，场曲小于0.7mm，畸变小于1%，渐晕不小于80%， RMS弥散斑小于30微米。
1.输入初始物镜数据。
设计物镜的第一步是获得物镜的初始数据，通常使用的方法是：（1）查询相关专利进行放缩；（2）使用初级像差理论解出的结果。
本文使用前一种方法，引用美国专利U.S.Patent 2532752（1949）为初始结构，此镜头焦距和相对孔径与本文要求相同，可以给优化带来方便。
在软件LensVIEW找出此专利，并在File下拉菜单中选Create ZEMZX File选项保存。
光学塑料折射非球面在双高斯照相物镜设计中的应用
常 用 的 光 学 塑 料 有 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯
（ ｏｙ ｔｙ ｔａ ｒｌｔ， 称Ｐ Ｐ ｌｍｅｈ ｌ Ｍｅｈ ｃｙａｅ简 ＭＭＡ） 、聚 苯 乙烯 （ｏｙ ｔｒｎ ， Ｐ ｌｓ ｅｅ 简称Ｐ ） ｙ Ｓ 、聚 碳酸 酯（ｏｙ ａｂ ｎ ｔ， Ｐ ｌｃｒｏ ａｅ 简 称Ｐ ） 环烯 烃共 聚物 （ ｙ ｌ ｅ ｎＣ ｐ ｌｍｅ， Ｃ和 Ｃ ｃ ｃＯｌ ｏ ｏｙ ｒ ｉ ｉ ｆ 简
０ 引言
在一 般 的折 射 光 学 系统 设 计 中， 透镜 元件 大
都 为球 面 镜 。球 面镜 制作 工 艺 成 熟 ，易 于加 工 ，
度 ，从 而更好 的校正像 差 ，达 到较 高的成像 质量 。
１ 光学塑料 的种类和非球面的特点
塑 料 是 一 种 广 泛 应 用 的 以树 脂 作 为 基 本 材 质 的 材 料 。 而 具 光 学 塑 料 为 有 优 良 光 学 性 能 的 塑 料 ，可 以 在 光 学 系统 中代 替 光 学玻 璃 的使 用 。光 学 塑 料 和 光 学玻 璃 相 比 ，具 有较 轻 的质 量 和 较 强 的 抗 冲击 力 、 以及 可 以 制 作 更 多面 形 的 可 能性 。
由于 可 以制 作 复 杂 表 面 ，很 多带 有 整 体 固 定架 和
隔 圈 等外 型 支 架 的 光 学 元件 可 以被 制 作 ，可 以制 作便 于安 装的光 学元件 也 是其特 点之 一 。
突 出难 点是 制 作 的 困 难 。近年 来 ，随 着 塑 料加 工 工 艺 的发 展 ，注 塑 成 型 、压 塑成 型 、金 刚 石切 削 等技 术 日益 成熟 ，使得 制 作 塑料 非 球 面 的成 本
(完整word版)望远镜设计物镜和目镜出图参考(word文档良心出品)
115.69331
30.217
1
望远镜物镜(1)
姓名
葛林英
望远镜物镜（3）
2
望远镜物镜(2)
班级
应物0901
材料
单位
重量
比例
日期
绘制标准
mm
1:1
6.5.2008
GB13323-91
附录4望远镜目镜（1）
对材料的要求
Δ
3C
Δ
3C
光学均匀性
3
光吸收系数
3
应力双折射
4
条纹度
1C
气泡度
2D
前截距
后截距
边缘厚度t
矢高1
矢高2
望远镜目镜（3）
-18.3132
16.9940
1.6629
0.3371
0
材料
单位
重量
比例
日期
绘制标准
K9玻璃
mm
0.1922g
1:4
6.5.2008
GB13323-91
附录7望远镜目镜（4）
对材料的要求
Δ
3C
Δ
3C
光学均匀性
3
光吸收系数
3
应力双折射
4
条纹度
1C
气泡度
对零件的要求
N
2
ΔN
0.3835
ΔR
B
f’
24.4942
-25.2232
23.1864
7.976
R1
R2
n
d
f
姓名
葛林英
12.4224
3.0182
1.6126
4.950
24.4942
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双高斯物镜的ZENAX优化设计《光学课程设计》目录一、介绍.................................................... - 2 -二、用初级像差理论确定初始结构.............................. - 3 -三、用ZEMAX优化............................................ - 8 -四、结论....................................... 错误!未定义书签。
五、心得体会............................................... - 12 -参考文献................................................... - 13 -一、介绍双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。
双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1 所示。
图 1 双高斯物镜由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。
设计这种类型的系统时，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校正。
在双高斯物镜中依靠厚透镜的结构变化可以校正场曲S，利用薄透镜的弯曲可以校正Ⅳ球差S，改变两块厚透镜之间的距离可以校正像散SⅢ，在厚透镜中引入一Ⅰ个胶合面可以校正色差C。
双高斯物镜的半部系统可以看作是由厚透镜演变Ⅰ而来，一块校正了匹兹万场曲的厚透镜是弯月形的，两个球面的半径相等。
在厚透镜的背后加上一块正、负透镜组成的无光焦度薄透镜组，对整个光焦度的分配和像差分布没有明显的影响，然后把靠近厚透镜的负透镜分离出来，且与厚透镜合为一体，这样就组成了一个两球面半径不等的厚透镜和一个正光焦度的薄透镜的双高斯物镜半部系统。
这个半部系统回来了承受无限远物体的光线时，可用薄透镜的弯曲校正其球差。
由于从厚透镜射出的轴上光线近似平行与光轴，因此薄透镜越向后弯曲，越接近与平凸透镜，其上产生的球差及高级量越小。
但是，该透镜上的轴外光线的入射状态变坏，随着透镜向后弯曲，轴外光线的入射角增大，于是产生了较大的像散。
为了平衡S ，需要把光阑尽量地靠近厚透镜，使光阑进一步偏离厚透镜前表面的球Ⅲ心，用该面上产生的正像散平衡SⅢ。
于此同时，轴外光线在前表面上的入射角急剧增大，产生的轴外球差及其高级量也在增大，从而引出了球差校正和高级量减小时，像散的高级量和轴外球差增大的后果。
相反，若将光阑离开厚透镜，使之趋向厚透镜的前表面球心，则轴外光线的入射状态就能大大的好转，轴外球差很快下降，此时厚透镜前表面产生的正像散减小。
为了平衡S，薄透镜应该向前弯曲，以使球面与光阑同心。
这样一来，球差及其Ⅲ高级量就要增加。
以上分析表明：进一步提高双高斯物镜的光学性能指标，将受到一对矛盾的限制，即球差高级量和轴外球差高级量的矛盾。
解决这对矛盾的方法有三种：第一，选用高折射率低色散的玻璃做正透镜，使它的球面半径加大。
第二，把薄透镜分成两个，使每一个透镜的负担减小，同时使薄透镜的半径加大。
第三，在两个半部系统之间引入无焦度的校正板，使它只产生S和SⅢ，Ⅴ实现拉大中间间隔的目的，这样，轴外光束有更好的入射状态。
二、用初级像差理论确定初始结构1、半部系统的规划半部系统如图2所示，计算时把焦距规化为1，同时取规化条件u11u h，01，。
z112、以厚透镜校正SⅣ考虑到对高级像散的平衡，取SⅣ0.07。
按相对孔径需要选d0.15。
玻璃可取BaF7和ZK8的组合。
由式子c1c2c1c2nd nSⅣcn11nSⅣcn1a2b可得a0.184006b，5.729，c1c231.7660265.5493、加无光焦度双薄透镜校正SⅠ取 1.3a（实践表明取值在到之间为好）。
b（1）求u2、SⅠ。
cu 2S Ⅰcn1nr1n2.7193u221du n2u21u22173.52n1（2）求个面曲率半径由式子b1c2，a1a1abb2b1a2a2an1及式子r11r 2c1 1r 3b2 1r 4a1 1 a2可求得半部系统焦距规化为1时各面的曲率半径分别为：r r r r 1 2 3 40.1745 0.2917 3.3721 0.41434、求校正S的孔径光阑位置Ⅲ根据校正S的要求，有ⅢSⅢS a S b SⅢⅢⅢc0令h l Az11，则zi i i h z2z1z22Ac1i2A11h2u2nA11nh2dn1di2由以上各式可得A l0.0869z从上述计算可知，由于透镜a、b、c合成后球差系数S0，所得方程Ⅰ的二次项系数一定为零，也就是说A只有一个根。
5、厚透镜中加入消位置色差系数C的胶合面Ⅰ5为了使得引入胶合面后C0，所以取胶合面初级位置色差系数Ⅰ14dn dn0.0221CⅠluni CⅠn n1由此可得dn n d nn0.0026而第一近轴光线在胶合面上的入射高度l2u h d u2 1 1 21. 0610胶合面入射角4CⅠil u n2 21dnndnn4.9586为求胶合面的曲率半径，用近轴光光路计算公式l ri ur的胶合面曲率半径r 0.38186、半部系统焦距确定半部系统合成完全对称系统，由光焦度公式1d 知，当2 1 21 时，d 0，则2 2 。
实际上系统间 d 不可能等于零，计算表明，当2半部系统的焦距等于1，取合成以后的焦距大约等于。
现设计要求的合成焦距为58 毫米。
所以半部系统的焦距f 2f0.872 .57、半部系统实际结构参数的决定及全系统的合成首先将规化半部系统结构参数r、d 乘以半部系统的实际焦距，然后将薄透镜a、b 加上必要厚度。
半部系统实际结构参数确定以后，按对称关系即可构成一个完全对称系统。
其全部结构参数如下：表 1 双高斯物镜的结构参数主要技术指标结构D 1f f 2 D2 58mm 40 29mm面号r /mm d /mm n 玻璃12ZK834ZK85BaF767BaF78ZK8910ZK88、象差计算已知物体在无限远L，则视场半角的正切tan yf0.3729式中y为底片对角线的一半。
入射光瞳半径为h，已知相对孔径Df12，则有h D2f414.5按L,h14.5,21进行光路计算，求得象方孔径角uk0.2507总焦距f57.8309拉赫不变量J n1h tan15.4075初级象差系数SⅠ0.07479SⅡ0.09736SⅢ0.06245SⅣ0.01929SⅤ0.31357CⅠ0.004304CⅡ0.003771初级象差kSⅠL k120.594893 2nkkukSⅡSCK 12j0.009002三、用ZEMAX优化1、建立新镜头，录入初始结构参数。
(1)光源参数1）首先点击，出现以下窗口。
如图可知入瞳直径设置为29mm。
2）点击，出现以下窗口，按图设置各项参数3）点击，出现以下窗口，选择F,D,C可见光波段。
(2) 镜头数据为：图 3 初始镜头数据2、像质评价报告图(1) 优化前Ray Fan 如图4; Opd Fan 如图5;Spt 如图6;Mtf 如图7;Lay 如图8; 场曲和畸变如图9：图 4 优化前Ray图 5 优化前Opd图 6 优化前Spt图7 优化前Mtf图8 优化前Lay场曲和畸变如图9：图9 场曲和畸变Fcd经分析，像质不够好，有待进一步优化。
将透镜的曲率半径、厚度、玻璃类型作为优化变量，通过优化曲率半径、厚度、玻璃类型来提高像质。
(2) 优化过程第一次优化前的赛德尔系数根据系数选择如下变量进行优化优化后得到的赛德尔系数为根据上述方法进行第二、三、四次优化，优化变量和优化后赛德尔系数分别如下图所示第二次优化优化后第三次优化第三次优化后第四次优化第四次优化后（3）优化后结果镜头数据如图10：Ray Fan 如图11：Opd Fan 如图12：Spt 如图13：Mtf 如图14：Lay 如图15：场曲和畸变如图16：图10 优化后镜头数据图11 优化后Ray图12 优化后Opd图13 优化后Spt图14 优化后MTF图15 优化后Lay图16 场曲和畸变有上述结果图中发现如下变化：1、光程差随空间位移的变化并没有激增，说明在一定程度上减小了像差。
2 、点列图聚集程度比优化前更好，能量不易分散，有利于成像。
3 、优化后，综合像差值基本上很小（贴近坐标轴）（4）镀膜镀膜前可以看出镀膜前的透过率在左右镀膜后镀膜后的透过率达到了以上四、总结双高斯物镜是一种对称型结构，故可以先从它的半部系统着手，这时只需要考虑校正半部系统的球差、像散、场曲、位置色差这四类轴向象差，全对称合成后，其垂轴色差自动相消。
对于半部系统，采用厚透镜校正象差弯曲系数SⅣ，用加无光焦度双薄透镜校正球差系数SⅠ，用选取孔径光阑位置校正像散系数SⅢ，再在厚透镜中加消色散胶合面的办法，校正位置色差系数C。
计算出初始结构参数后，通过软件进行调试优化。
选取透镜的曲率半Ⅰ径和厚度作为优化变量。
调试优化直至各参数满足设计要求。
五、心得体会光学设计课程设计结束了，通过这次课程设计，我深深体会到“纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行”这句千古名言的真正含义。
就说论文的编写吧，各种公式的录入和各种图形的绘画，都是在这次的课程设计中学习的。
通过这次的课程设计，我认识到了学习是始终伴随自己的，从开始的对ZEMAX的一窍不通，到现在能基本用它完成简单光学系统的设计优化。
从开始不知道怎么使用VISIO作图，到现在能使用其作出相关的图形。
当然，各种软件功能都及其庞大，但是，认识到边学边用后，自己便能在以后的工作和学习生活中更加从容一些。
在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在设计过程中，和同学们相互探讨，相互学习。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。
我努力做了，虽然不是很完美，但自己也收获了些东西，相信自己会从中受益。
学无止境，今后会更加努力。
参考文献1 、刘钧、高明·《光学设计》·西安电子科技大学出版社·西安·20062 、《光学仪器设计手册》·国防科技出版社·北京·19713 、光学设计软件ZEMAX4 、张以谟·应用光学·机械工业出版社·北京·19825 、王之江·实用光学技术手册·机械工业出版城·20066 、光学仪器设计手册·国坊工业出版社·北京·1971电气工程学院课程设计评审意见表指导教师评语：认真正确完善完善较为合理合理工作态度较认真理论分析一般软件设计一般不认真较差较差平时成绩：指导教师签字：2011年6月30日图面及其它成绩：答辩小组评语：清晰正确基本掌握优化设计基本正确原理了解不正确不清楚答辩成绩：组长签字：2011年6 月30日课程设计综合成绩：答辩小组成员签字：2011 年6 月30 日。