1、ZEMAX程設(shè)計(jì)一一照相機(jī)物鏡設(shè)計(jì)一、 （課題的背景知識(shí)，如照相機(jī)鏡頭的發(fā)展概況，類型及其主要技術(shù)參數(shù)的簡要說明）二、課程設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一個(gè)照相物鏡，1）光學(xué)特性要求：f =100mm ; 2 =30;D/f =1:3.5.2）成像質(zhì)量要求：彌散斑直徑小于0.05mm ;倍率色差最好不超過0.01mm ;畸變小于3%。三、設(shè)計(jì)課題過程1、參考Ernostar和Tessar聯(lián)合型物鏡設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)。Ernostar和Tessar聯(lián)合型物鏡設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)如下表1（其中焦距f -75.68mm ;相對孔徑D/f =1: 2.4;視場角2 3 =56）Radius/rThickness/d

2、折射率/n玻璃阿貝數(shù)/ V38.3393.571.7128953.950.9880.3235.1925.491.7128953.9197.944.83-96.1441.871.636235.326.538-1074.11.381.5324645.937.0537.6-49.1351.7290454.8表12、根據(jù)焦距曲率鏡片厚度之間的比例關(guān)系，即f1 /f2=r 1/r2=d1 /d2,得到焦距100mm相對孔徑D/f =1: 3.5的透鏡數(shù)據(jù)如下表2。Radius/rThickness/d折射率/n玻璃阿貝數(shù)/v50.6594.7171.7128953.967.3730.42346.5017

3、.2541.7128953.9261.5486.382-127.0402.4711.636235.335.05510.571-1419.2621.8241.5324645.948.96010.042-64.9251.7290454.8表23、啟動(dòng)ZEMAX，將表1數(shù)據(jù)輸入到LDE ,相關(guān)步驟由以下圖給出(2)輸入數(shù)據(jù)。在主選單system下，圈出wavelengths,依喜好鍵入所要的波長，同時(shí)可選用不同波長，本 實(shí)驗(yàn)中在第一列鍵入0.486,單位為microns ,第二第三列分別鍵入0.587、0.656。在primary中點(diǎn)擊選1,即用第一個(gè)波長為近軸波長。(3)輸入孔徑大小。由相對孔徑為

4、1: 3.5,焦距為100mm得到，孔徑D=100 / 3.5=28.57143mm。在主選單system菜單中選擇generaldata,在aper value上鍵入28.57143。（4）輸入視場角。（5）輸入曲率，面之間厚度，玻璃材質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)中共有5組透鏡， 其中最后兩組為雙膠合透鏡， 故共有9個(gè)面， 回到LDE,可以看 到三個(gè)surface, STO（孔徑光闌） 、OBJ（物點(diǎn)或光源） 、IMA（像屏） ， 在STO前后插入幾 組surface， 除IMA外共計(jì)9組surface,輸入數(shù)據(jù)。最后根據(jù)參考實(shí)驗(yàn)圖確定STO在第6面上。AHImiAMAIUHTLUd* (*ElgiaiHZM

5、LE- Dx arMT-a-rCflKI.iBLTLZ-=LXt yLn*izizrZZJ=以j=e-DflXiae_M.心皿L?!如00LAT*14 749112.D02OflSuiiMtarrtiT.ir-ia-aiE .43H411-； - LBI 1_.S540片14-5031W .旺J.強(qiáng)fl g 如xS-iBEHtErSi-itt.MnaaJ.flTin-xpIT。.DQDOQfI STCl弓JnaLBi:玷.M白 g，IS 314i4 . An員N日.T.da,此皿虬心4”ur】mwBffundardL7 .fljr-u.naiIS醐F3. DnaUnbisftatsS-cc.-

6、Kac s77 .E； 379 K1= ,GID91 =c . onoDacI3 us slax diInLuxLliT-3彩一a.DazDQtL點(diǎn)擊layout，畫出2D圖形點(diǎn)擊spot diagram，畫出點(diǎn)陣圖由圖看出光波在波長1、2、3下的彌散斑直徑大小分別為33.625、54.419、64.768（單位：微米），其中第2、3波長彌散斑大小大于50微米，不符合要求，故需要改進(jìn)。在analysis里面的miscellaneous中點(diǎn)擊field curv/dist ,得到圖形如下， 其中distortion即為 畸變由圖知倍率色差約為10微米，基本要求。綜上所述，我們所要做的就是對原始數(shù)

7、據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，是它的彌散斑直徑符合要求。由圖知畸變約為0.125%，小于3%,已到要求。同點(diǎn)擊lateral color，即為倍率色差。婀1： Lateral Color Z = . 391, Field = 6. 041ITpdat 4 Settings Tri nt KihAaw I jut Ififtihr rITfflITffl-KRE-KREFopFopLLHSQ L .ZMXUL 1 2011REHREMDGD TXJ垃日ELEN匚TH ELUBAlg映映RAfYSLISBJ.MRXIMUM FIELD: 15.OQ0D UEGFlIRYFIIRYLATERAL COLOR優(yōu)化一(6

8、)優(yōu)化。(說明：優(yōu)化并無嚴(yán)格規(guī)則，可根據(jù)具體情況靈活處理) 在本實(shí)驗(yàn)中，選擇曲率半徑為優(yōu)化對象，雙擊surfacel,出現(xiàn)VariableMarginal Ray AngleChief Ray AnglePickUp Marginal Rap NormalK Chitf Ray Normal在solve type下拉框中選擇variable，如圖如迎命剩下的8個(gè)面如法炮制，另外為了使彌散斑盡量聚焦于一點(diǎn)，但不改變透鏡厚度和鏡組之間距離，將surface9名下的thickness也改為variableo得到8 1 JLUi-lcbi JI牝i少惟。ZHBBMfHTWv GlliBHZML E -

9、 P$ WMUBFCSIUiB*1I cat-2*2ZnfZnIaaa.t y:DC ?5二AUJiaE上Vt.TIJBL-1J-riKza.oa；uatW仙M31Cr4tttQs .OQjoa=坐WE心r,IfIL 93&=a. on DoneSTOLO.fi-39XP4 .血加。血加。-341*.1 .SJ 15LEJri14妒”“點(diǎn)7Lg鹽登小 a。IM牝奸4.如Svriil&rd. 34胡:31:-1 SISiMWonn1 l4b_J 7TL? J iT4VO*(loo.gmuRj suaeBUDEZN-EVCJ & BHrlf. ?-JrncdjJAXECUB

10、IA u.nk .HIT險(xiǎn)犯皂43a” chlelht3 90 DO J A190:DtDfdlm. 4匕0盹a.崖2fiuBdAKlSa口心 gCh“印 xa.XHMOPEWQ.DOOtQa3。叫加 Q gg0. KiMQ11 QFDH&PEXWo.naavoag naDQQo.ainsfsD.QGDnOO.ffonaoaD. ?SE1i3IJi (PZKSEK3口.DOC3DOa. aacDaaS3JB7X3D.azoaeos.VDDaa . ?se?C3一11 -Jd.-.iQ.jQiJDQ-.M& PQd.LJiK.LH.J跳出merit function editor

11、，在tools中選optimization項(xiàng)，按automatic,完畢后跳出來，此時(shí) 已完成最佳化設(shè)計(jì)，如前，重新檢驗(yàn)畸變倍率色差即彌散斑大小是否符合要求。可以看到彌散斑大小均符合要求畸變小于3%,符合要求倍率色差小于10um符合要求。透鏡的2D圖如下：:Lafout Z = 44. 78 T = 9 418Ifpdat 4 Sfi+tiftgs Jiri nt七皿火七皿火Tsrt IcftiE可以看出，雖然透鏡組附符合物理設(shè)計(jì)但是第一個(gè)鏡片為凹鏡，不符合給出的組合鏡要求, 故仍需要進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化二(7)再優(yōu)化。基本步驟如前，為了不使第一組鏡片變形，曲率半徑1不設(shè)為變量。其余照舊。得到如下結(jié)

12、果8 IlLauiMCMBMfn&41口TMi.diMhHABGlBiHHTaT - K UUYiliFDa.H4ip*1舉5=士17土Znfai二留Zafxsxtg iS二舊上 土d*心.- JJLOis. 7 tj.a =a. on LoaftJfcarrdox-G.LlEit.4上仙ML 小就1!t.Dflwa*tSTBndcrriJIV EJITS(JLAITMT Q43SD9! ElgI-航網(wǎng)5411C.aD!IE-巽洶Em-t. Fgae：:, ,:.4 IBMIL恥胡獎(jiǎng)#. onoonestoVlCi-9IC3G9t.Dtmat31BFIBE aZa!皿，-i.aj 19

13、LLJ1L4 N即/t aa-a-9 -KFidhkfE村 gL9.aisX-UJ34if.itiisflit.fliflKdt9st*&E小 e-5.ffnL?T-i isaiL4 . DnonjiEardi.ZnlTlJslty-SiS-TitlitlHSi . 2J J皇-I x|彌散斑最大直徑不超過34.118,符合要求畸變0.2061%，符合要求，比優(yōu)化1好多了倍率色差小于5um ,符合要求圖形也符合設(shè)計(jì)要求。可以看到結(jié)果明顯好于第一次優(yōu)化。優(yōu)化三(8)補(bǔ)充：在優(yōu)化中設(shè)置優(yōu)化功能，在system的editors中選取merit function,進(jìn)入tools ,再點(diǎn)擊Wav

14、efront將他設(shè)置為spot radius如下圖其余一切照舊得到如下圖表RIHHI1.1 rwictko-no1.3 IE-711.網(wǎng) 8加QZOCl-9t*t3=.i rstT，* 1AA1o. nooifloG-Oao&oo0.710*nwn如0.codaM0.L6i4D-b raiA.UBL1o. aaoidooO. l4H4ilra.Cio raTU2c m，g3皿mQiU7134 gB皿Q.ioaaa洪瑚13 T*T*o ooatQC? 0叫灑47619!CMMQgo.toaaoOjJiiJ-IQi-1aaa . 29ESC3,，一A6“M“g.-叫二心w“q-.Q-加 3j.ai-oQ.jD.h.40t優(yōu)化后得到下列圖ITpdat 4 E&ttin豈苴Tri nt li ftdo* I jut Ififtihrm a.cw mW IS. 01 QSDfli :fi.b23 HIgT口工血御到N JIL 3 sailHR nm RFUBUS :DE眼的職!3CFLE 5FF :urffT3 rtE皿11.223.D7t.l?.O ZE). UNREFEF3JK ； CHIE