光学系统设计
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光学系统设计报告
一．设计要求：
1.物镜的有效焦距f=4mm；
2.光谱范围：400nm-700nm，其中要求400nm，550nm，650nm复消色差；
3.放大倍率-40；
4.物方数值孔径NA=0.65；
5.工作距离不小于0.6mm；
6.后焦距146mm。
二．设计过程：
由于像方焦距设计起来会相对容易，因此把物镜倒过来进行设计，此时物方焦距变成了新光路的像方焦距。倒过来设计以后，系统的相关参数也相应变化，物镜的放大倍率变为-0.025，物方数值孔径变为0.01625，镜组的第一个面到物平面的距离为146mm。
通过网络及相关教材，我找到类似的结构，初始设计参数如下
系统2D结构图：
（最右侧的镜片是盖玻片）
仿真结果：
传递函数图（FFT MTF）
色焦移曲线（Focal Shift）
相差图（Ray Fan）
点列图（Spot Diagram）System/Prescription Data
File : E:\光学系统设计\光学系统设计.ZMX
Title: Lens has no title.
Date : MON DEC 3 2012
LENS NOTES:
GENERAL LENS DA TA:
Surfaces : 12
Stop : 7
System Aperture : Object Space NA = 0.01625
Glass Catalogs : CHINA
Ray Aiming : Off
Apodization : Uniform, factor = 0.00000E+000
Effective Focal Length : 3.854214 (in air at system temperature and pressure)
Effective Focal Length : 3.854214 (in image space)
Back Focal Length : -0.182259
Total Track : 18.25
Image Space F/# : 0.7451534
Paraxial Working F/# : 0.7726446
Working F/# : 0.7759774
Image Space NA : 0.5432923
Object Space NA : 0.01625
Stop Radius : 1.756853
Paraxial Image Height : 0.02511427
Paraxial Magnification : -0.02511427
Entrance Pupil Diameter : 5.172376
Entrance Pupil Position : 13.12902
Exit Pupil Diameter : 3.520975
Exit Pupil Position : -2.805925
Field Type : Object height in Millimeters
Maximum Field : 1
Primary Wave : 0.55
Lens Units : Millimeters
Angular Magnification : 1.469018
Fields : 3
Field Type: Object height in Millimeters
# X-Value Y-Value Weight
1 0.000000 0.000000 1.000000
2 0.000000 1.000000 1.000000
3 0.000000 1.000000 1.000000
Vignetting Factors
# VDX VDY VCX VCY VAN
1 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
2 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
3 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
Wavelengths : 4
Units: Microns
# Value Weight
1 0.400000 1.000000
2 0.550000 1.000000
3 0.650000 1.000000
4 0.700000 1.000000
可以看出光路的有效焦距、传递函数、像差图都不能满足实际的设计要求。因此需要对参数进行优化。
三．优化和分析：
使用的优化操作数
将所得的数据输入到ZEMAX中,经过反复优化得到：
系统2D结构图：
（最右侧的镜片是盖玻片）
仿真结果：
传递函数图（FFT MTF）
色焦移曲线（Focal Shift）
相差图（Ray Fan）
点列图（Spot Diagram）
System/Prescription Data
File : E:\光学系统设计\光学系统设计.ZMX
Title: Lens has no title.
Date : MON DEC 3 2012
LENS NOTES:
GENERAL LENS DA TA:
Surfaces : 12
Stop : 7
System Aperture : Object Space NA = 0.01625
Glass Catalogs : CHINA
Ray Aiming : Off
Apodization : Uniform, factor = 0.00000E+000
Effective Focal Length : 4.016209 (in air at system temperature and pressure)
Effective Focal Length : 4.016209 (in image space)
Back Focal Length : -0.09985907
Total Track : 18.25
Image Space F/# : 0.7766132
Paraxial Working F/# : 0.8073575
Working F/# : 0.8103165
Image Space NA : 0.5865124
Object Space NA : 0.01625
Stop Radius : 1.774196
Paraxial Image Height : 0.02624258
Paraxial Magnification : -0.02624258
Entrance Pupil Diameter : 5.17144
Entrance Pupil Position : 13.10023
Exit Pupil Diameter : 3.428147
Exit Pupil Position : -2.762203
Field Type : Object height in Millimeters
Maximum Field : 1
Primary Wave : 0.55
Lens Units : Millimeters
Angular Magnification : 1.508524
Fields : 3
Field Type: Object height in Millimeters
# X-Value Y-Value Weight
1 0.000000 0.000000 1.000000
2 0.000000 1.000000 1.000000