照相物镜的设计,光学设计

照相物镜的设计

设计任务和要求

1设计一个照相物镜，焦距：50mm,相对孔径：1/2,全视场角：40°.

2要求：

（1）通过给定参数，计算出其他参数值；

（2）分析系统需要校正的像差类型；

（3）通过手册查询初始结构，并回答所属类型，然后输入到计算机软件中，给出输入结果的二维图；

（4）采用上机学到的知识进行全局优化，给出MFF结果；

（5）采用上机学到的知识进行对样板和公差分析，给出操作步骤图片和结果；

（6）绘制出光学系统图。

设计过程

初始结构的选择

照相物镜属于大视场大孔径系统, 因此需要校正的像差也大大增加, 结构也比较复杂, 所以照相物镜设计的初始结构一般都不采用初级像差求解的方法来确定, 而是根据要求从手册、资料或专利文献中找出一个和设计要求比较接近的系统作为原始系统。在选择初始结构时, 不必一定找到和要求相近的焦距, 一般在相对孔径和视场角达到要求时, 我们就可以将此初始结构进行整体缩放得到要

求的焦距值。

（1）参数数据

焦距：1、f’=50mm；

2、相对孔径D/f’=1/2；

3、全视场角 40°；

照相物镜的视场角和有效焦距决定了摄入底片或图像传感器的空间范围, 镜头所成的半像高y 可用公式y = - f tanw计算, 其中f 为有效焦距, 2w 为视场角。

经过计算：其视场角为2w=40°所以w=20°。

其余参数见表：

（2）输入参数

打开ZEMAX,将上表中参数输入ZEMAX：其中第七面设为光阑面

设置相对孔径值和波段：

更换玻璃，换成国产玻璃：

输入焦距50mm进行缩放

缩放后得到我们所设计的焦距f’=50mm的初始参数（如图所示）

到这里，初始结构及其参数已经完成。

（3）在ZEMAX中进行优化

初始结构完成后的原始结构及M TF 曲线

利用ZEMAX得到初始结构的MTF曲线（如上图所示）可看出成像质量很差, 因此需要校正像差。

首先使用Default Merit Function建立缺省评价函数进行优化，选择Editors-Merit Function，在第一行中先输入EFFL, 插入五行

然后在Analysis-Aberration Coefficients-Seidel Coefficients中查看，找出对赛得和数影响大的面，将这些面的曲率半径设为变量，优先优化。

优化MTF图象

再根据2D图适当调整曲率半径和厚度，每次调整后再次优化实时关注MTF图的曲线变化，最后使各个参数都在可接受范围之内。

（4）优化结果

设计总结

通过这次照相物镜的设计，使我对ZEMAX软件有了进一步的了解和加深并且还可以简单地进行使用，只需稍加练习就可以互

动设计。ZEMAX 中有许多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。同时，也提供快捷键以便快速使用菜单命令。手册中对使ZEMAX 时的一些惯用方法进行了解释，对设计过程和各种功能进行了描述。ZEMA程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。ZEMAX 功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。