ZEMAX实验报告

基于基本透镜组的照相物镜设计

Zemax设计报告

徐昕

10272055

设计目的

通过对设计一个以基本透镜组为基础的照相物镜，学会Zemax软件的基本应用及操作。设计要求

设计一个照相物镜，系统焦距f’=9mm，相对孔径1:4

设计过程

1.系统建模

1.1选取初始结构

从《光学设计手册》（李士贤，郑乐年编，北京理工大学出版社，1990）中选取了一个三片式照相物镜作为初始结构，如表1-1

表面序号半径/mm 厚度/mm 玻璃

1 28.25 3.7 ZK5

2 -781.44 6.62

3 -42.885 1.48 F6

4 28.

5 4.0

5 光阑 4.17

6 100.972 4.38 ZK11

7 -32.795

表1-1

1.2系统特性参数输入

在General系统通用数据对话框中设置孔径和玻璃库，如图1-1，图1-2。打开视场设定对话框设置5个视场，如图1-3。打开波长设定对话框点击“Select>>F,d,C(visible)”自动加入三个波长，如图1-4。

图1- 1

图1- 2 图1- 3

图1- 4

1.3初始结构输入

对照表1-1，在Lens Data Editor中输入初始结构，如图1-5。利用Zemax中的“solve”功能，求解透镜组最后一面的厚度。选取需要设计的单元格，在“Solve”中选取“Thickness”，弹出“Thickness Solve on surface 7”求解对话框。在对话框“Solve type”中选择“Marginal ray height”，将“Height”值输入为“0”，表示将像面设置在边缘光线聚焦的像方焦平面上，如图1-6，图1-7。

图1-5

图1-6

图1-7

1.4调整系统焦距

打开“System Data”系统数据报告窗口，查看系统现有焦距，为65.65414mm，如图1-8，与设计要求不符，需要通过缩放功能进行调整。选择“Tools>>Scale Lens”,缩放因子为9/65.65414=0.137082，在Scale By Factor缩放因子后填入0.137082，如图1-9。点击“OK”，Lens Data Editor中的结构数据发生变化，如图1-10。

图1-8 图1-9

图1-10

点击“Lay”功能键，显示光学系统yz面内的二维结构图，如图1-11。

图1-11

从结构图中可以看出，第一透镜口径不合理，出现前后两表面相交的情况。利用“Solves”求解功能，在“Thickness solve on surface 1”对话框中将第一面厚度Solve Type选择为“Edge Thickness”，并在厚度“Thickness”中输入0.1。调整后的结构如图1-12。

图1-12

2 初始性能评价

通过菜单栏“Ray”、“Spt”、“MTF”按钮分别显示系统的Ran Fan图、点列图和MTF曲线，如图2-1，图2-2，图2-3。

图2-1

图2-2

图2-3

3 优化

3.1 设置评价函数

从主窗口Editors中选择“Merit Function”，在新打开的“Merit Function Edito…”中选择“Tools>>Default Merit Function”，在评价函数设置对话框中，选择默认的评价函数构成PTV+Wavefront+Centroid。将厚度边界条件设置为：玻璃厚度最小值为0.5，最大值为10；空气厚度最小值为0.1，最大值为100；边缘厚度都设为0.1，如图3-1。

图3-1

点击“OK”返回“Merit Function Editor”，加入EFFL以控制系统焦距目标值（Target）为9。权重（Weight）设为1，如图3-2。

图3-2

返回Lens Data Editor编辑窗口，为系统结构设置变量。将系统各表面半径（除光阑面外）和第一、第二面的厚度设为变量，如图3-3。

图3-3

通过工具栏“Opt”按钮执行优化。优化后系统性能如图所示。图3-4为二维结构，图3-5为Ray Fan图，图3-6为点列图，图3-7为MTF曲线。从图中可以看出系统性能得到了较大改善。

图3-4

图3-5

图3-6

图3-7

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参考文献

[1]迟泽英,陈文建.应用光学与光学设计基础[M].南京:东南大学出版社,2008.

[2]张思祥,王红敏.工程光学[M].武汉:华中科技大学出版社,2011.

[3]李林.现代光学设计方法[M]北京:北京理工大学出版社,2009.

[4]郭永康.光学[M]北京:高等教育出版社,2005.

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