8-缩放法优化设计 [兼容模式]

▫ Wavefront
焦距——EFFL 边缘厚度大于——ETGT 边缘厚度小于—— EGLT 中心厚度大于—— CTGT 中心厚度小于—— CTLT
• 评价标准：
▫ MTF轴上>40%@100 lp/mm ▫ 轴外0.707 >35%@100 lp/mm ▫ 最大畸变<1%
优化函数操作数
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初始数据
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输入系统参数
• 波长（可见光） • 孔径（F数） • 视场（像高）
▫ 可在缩放之后设置。
同比缩放
像质评价
优化方法
• 设置变量 • 构建优化函数 • Default merit function • 操作数
▫ ▫ ▫ ▫ ▫
确定放大率/焦距、视场、数值孔径、共轭距、后工作距、光阑位置和外 形尺寸等
3、初始结构计算
解析法：根据初级像差理论求解初始结构（曲率半径、透镜的厚度和间 隔、玻璃的折射率和色散等） 缩放法：根据对光组的要求，找出性能参数接近的已有结构，将其尺寸 乘以缩放比例K，得到所要求的初始结构
4、像差校正、平衡与像质评价
照相物镜
• 光学特性 ▫ 焦距f´ ▫ 相对孔径D/ f´（相对孔径为F数） ▫ 视场角2ω • 像差要求 ▫ 校正所有七种像差（要求没有目视光 学系统高） ▫ 光学传递函数
选择初始结构
• 选取标准：焦距相差不能太大，最好缩放 比例K>1
Zemax中输入初始结构参数
• 光阑面
• 玻璃材料 ▫ 如何由折射率确定玻璃材料的牌号
双胶合透镜
• 双胶合透镜由两种不同折射率的正、 负透镜胶合而成。 • 折射率不同——可对轴上和近轴点 进行球差和色差校正。 • 正负透镜——消除球差
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玻璃光学参数
• 光学玻璃的两个重要参数是折射率和阿贝数 • 阿贝数是德国物理学家恩斯特·阿贝发明的物理学 数，也称“V-数”，用来衡量介质的光线色散程度 介质阿贝数Vd的定义: 其中nd， nF 和 nC是物质在夫琅禾费光谱 d，F 和 C （氦黄线587.56纳米，氢兰线486.1纳米和氢红线 656.3纳米）的折射率，其中nF - nC是主色散。 材料折射率越大，光线色散程度越大，阿贝数越小， 反之光线色散程度越小阿贝数越大。
像质评价
• 优化后
STO IMG
4mm
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98mm
单透镜
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Байду номын сангаас
双胶合透镜优化
• 在单透镜的基础上，增 加——曲率半径为100mm,厚度为3mm的一 个面
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双胶合透镜
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缩放设计方法
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光学设计过程
1、确定设计指标，制定合理的技术参数 2、外形尺寸计算
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缩放法
• 结构选型：根据对设计要求，找出性能 参数接近的已有结构 — 初始结构参数 • 缩放焦距 * f 缩放比例： K f 结构参数： r rK d dK • 根据设计要求进行像差优化 玻璃材料、像差计算、边界条件
*
*
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实验四 照相物镜的设计
ZEMAX实例 -- 缩放法优化设计
雷小华，刘显明
办公室：A区主教学楼1104室 Email：xhlei@cqu.edu.cn Tel: 023-65103126
单透镜
单透镜问题： 存在球差 • 正透镜产生负球差 • 负透镜产生正球差 存在色差 • 不可能消除
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？
透镜曲率 材料折射率
根据像差性质及像差和结构参数的关系，对像差进行优化与分析，找出 原因。 在计算机上进行光路计算，或用像差自动校正程序进行自动校正，然后 根据计算结果画出像差曲线，分析像差，找出原因，再反复进行像差计 算与平衡，直到满足质量要求为止。
5、绘制光学系统图
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初始结构计算
解析法（代数法或PW法）：根据初级像 差理论求解初始结构（曲率半径、透镜的 厚度和间隔、玻璃的折射率和色散等） 缩放法：根据对光组的要求，找出性能参 数接近的已有结构，将其尺寸乘以缩放比 例K，得到所要求的初始结构 • 解析法是一种传统有效的方法，但比较繁 琐，且计算量大，更多的是采用缩放法
玻璃型号 • 冕牌玻璃和燧石玻璃的分界： • 折射率≤1.6
V≥50：冕牌玻璃 V<50：燧石玻璃
• 折射率>1.6
V≥55：冕牌玻璃 V<55：燧石玻璃
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单透镜
• 焦距100 mm、入瞳直径为25mm，厚度为 4mm、曲率半径为100mm的单透镜镜头，材 料为BK7。 • 使用轴上(On-Axis)的可见光进行分析。
• 题目：
• • • • • • 焦距f´=9.6mm； 相对孔径D/ f´=2.8； 像高y´=3.6mm； 视场角20.55°； 后工作距>5mm； 光谱范围：可见光（ f、 d、c三色光；d为主波长 ）； • MTF轴上>40%@100 lp/mm • 轴外0.707 >35%@100 lp/mm • 最大畸变<1%
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玻璃型号
• 冕牌玻璃，也称为皇冠玻璃：包含大约10% 的碱石灰硅酸盐的氧化钾，有较低折射率 （大约是1.52）和较高阿贝数 代号K：K5、BK7、··· • 燧石玻璃，也称为火石玻璃：具有高折射 率和低阿贝数的光学玻璃 代号F：F4、BAF3、ZF1、···
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