ZEMAX课程设计照相机物镜设计.docx
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ZEMAX课程设计照相机物镜设计
ZEMAX课程设计——照相机物镜设计
一、(课题的背景知识,如照相机镜头的发展概况,类型及其主要技术参数的简要说明)
二、课程设计题目
设计一个照相物镜,
1)光学特性要求:
f’=100mm;2w=30°;;D/f’=1:
3.5.
2)成像质量要求:
弥散斑直径小于0.05mm;倍率色差最好不超过0.01mm;畸变小于3%。
三、设计课题过程
1、参考Ernostar和Tessar联合型物镜设计相关数据,对其进行相关改进。
Ernostar和Tessar联合型物镜设计相关数据如下表1(其中焦距f’=75.68mm;相对孔径D/f’=1:
2.4;视场角2ω=56)
Radius/r
Thickness/d
折射率/n
玻璃阿贝数/ν
38.339
3.57
1.71289
53.9
50.988
0.32
35.192
5.49
1.71289
53.9
197.94
4.83
-96.144
1.87
1.6362
35.3
26.53
8
-1074.1
1.38
1.53246
45.9
37.053
7.6
-49.135
1.72904
54.8
表1
2、根据焦距曲率镜片厚度之间的比例关系,即f1/f2=r1/r2=d1/d2,得到焦距100mm,相对孔径D/f’=1:
3.5的透镜数据如下表2。
Radius/r
Thickness/d
折射率/n
玻璃阿贝数/ν
50.659
4.717
1.71289
53.9
67.373
0.423
46.501
7.254
1.71289
53.9
261.548
6.382
-127.040
2.471
1.6362
35.3
35.055
10.571
-1419.262
1.824
1.53246
45.9
48.960
10.042
-64.925
1.72904
54.8
表2
3、启动ZEMAX,将表1数据输入到LDE,相关步骤由以下图给出
(1)打开ZEMAX。
(2)输入数据。
在主选单system下,圈出wavelengths,依喜好键入所要的波长,同时可选用不同波长,本实验中在第一列键入0.486,单位为microns,第二第三列分别键入0.587、0.656。
在primary中点击选1,即用第一个波长为近轴波长。
(3)输入孔径大小。
由相对孔径为1:
3.5,焦距为100mm得到,孔径D=100/3.5=28.57143mm。
在主选单system菜单中选择generaldata,在apervalue上键入28.57143。
(4)输入视场角。
(5)输入曲率,面之间厚度,玻璃材质。
本实验中共有5组透镜,其中最后两组为双胶合透镜,故共有9个面,回到LDE,可以看到三个surface,STO(孔径光阑)、OBJ(物点或光源)、IMA(像屏),在STO前后插入几组surface,除IMA外共计9组surface,输入数据。
最后根据参考实验图确定STO在第6面上。
①点击layout,画出2D图形
②点击spotdiagram,画出点阵图
由图看出光波在波长1、2、3下的弥散斑直径大小分别为33.625、54.419、64.768(单位:
微米),其中第2、3波长弥散斑大小大于50微米,不符合要求,故需要改进。
③在analysis里面的miscellaneous中点击fieldcurv/dist,得到图形如下,其中distortion即为畸变
由图知畸变约为0.125%,小于3%,已到要求。
④同③点击lateralcolor,即为倍率色差。
由图知倍率色差约为10微米,基本要求。
综上所述,我们所要做的就是对原始数据进行优化,是它的弥散斑直径符合要求。
优化一
(6)优化。
(说明:
优化并无严格规则,可根据具体情况灵活处理)
在本实验中,选择曲率半径为优化对象,双击surface1,出现
在solvetype下拉框中选择variable,如图
剩下的8个面如法炮制,另外为了使弥散斑尽量聚焦于一点,但不改变透镜厚度和镜组之间距离,将surface9名下的thickness也改为variable。
得到
接着设置优化功能,在system的editors中选取meritfunction,进入tools,再点击defaultmeritfunction,即我们选用defaultmeritfunction,这还不够,我们还要规定给meritfunction一个focallength为100的限制,所以在meritfunctioneditor第1列中往后插入一列,即显示第2列,代表suface2,在此列中的type上键入EFFL,同列中的target项中键入100,weight中键入1。
跳出meritfunctioneditor,在tools中选optimization项,按automatic,完毕后跳出来,此时已完成最佳化设计,如前,重新检验畸变倍率色差即弥散斑大小是否符合要求。
可以看到弥散斑大小均符合要求
畸变小于3%,符合要求
倍率色差小于10um符合要求。
透镜的2D图如下:
可以看出,虽然透镜组附符合物理设计但是第一个镜片为凹镜,不符合给出的组合镜要求,故仍需要进行优化。
优化二
(7)再优化。
基本步骤如前,为了不使第一组镜片变形,曲率半径1不设为变量。
其余照旧。
得到如下结果
弥散斑最大直径不超过34.118,符合要求
畸变0.2061%,符合要求,比优化1好多了
倍率色差小于5um,符合要求
图形也符合设计要求。
可以看到结果明显好于第一次优化。
优化三
(8)补充:
在优化中设置优化功能,在system的editors中选取meritfunction,进入tools,
再点击
Wavefront将他设置为spotradius如下图
其余一切照旧得到如下图表
优化后得到下列图
可以看到弥散斑直径得到更好的优化效果,另外倍率色差也比优化2好,透镜组也符合要求。
(9)综上所述,优化一、优化二均符合要求,可自行选择。
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- ZEMAX 课程设计 照相机 物镜 设计