《應(yīng)用光學(xué)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告-照相物鏡設(shè)計(jì)

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1、漢口學(xué)院《應(yīng)用光學(xué)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào)告題目：照相物鏡設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：授課老師：二O一四年十二月18目錄一、選題背景3二、設(shè)計(jì)要求4三、外形尺寸計(jì)算4四、結(jié)構(gòu)選型及參數(shù)計(jì)算51.結(jié)構(gòu)選型52.參數(shù)數(shù)據(jù)6五、ZEMAX初始數(shù)據(jù)61.初始結(jié)構(gòu)參數(shù)62.縮放焦距83.更換玻璃8六、ZEMAX校正數(shù)據(jù)101.設(shè)置約束對(duì)象102.設(shè)置變量113.優(yōu)化114.最終結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)11七、像質(zhì)評(píng)價(jià)121.2D草圖122.場(chǎng)曲和畸變123.快速傅立葉變換調(diào)制傳遞函數(shù)134.標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)列圖135.光線像差特性曲線146.光路特性曲線14八、零件圖15九、學(xué)習(xí)體會(huì)16十、

2、參考文獻(xiàn)1818一、選題背景照相機(jī)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)城，已成為科研、國(guó)防、生產(chǎn)、教育以及文化生活各領(lǐng)域中的重要手段。它給人類的文明生活帶來(lái)了許多方便，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們物質(zhì)文化生活水平的提高，社會(huì)上的照相機(jī)也發(fā)展的越來(lái)越快，越來(lái)越普及了。照相機(jī)是由鏡頭，光圈，快門，取景器，測(cè)距器，卷片，機(jī)身（暗箱）等主要部件構(gòu)成的。其中鏡頭的作用是通過光線把景物集結(jié)成影像并投射到感光片上，使感光片接受清晰的影像，它的好壞直接決定了照相機(jī)的性能。照相物鏡的光學(xué)特性一般用焦距、相對(duì)孔徑、視場(chǎng)角表示。此外還提出分辨率的要求，作為保證產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)條件。照相物

3、鏡的結(jié)構(gòu)型式很多，而且不斷有新的型式出現(xiàn)。選用照相物鏡的原則應(yīng)該是:既能滿足光學(xué)性能和成像質(zhì)量的要求，而結(jié)構(gòu)又最簡(jiǎn)單。雙高斯物鏡是具有較大視場(chǎng)(大約=40o左右)的物鏡中相對(duì)孔徑最先達(dá)到1/2的物鏡[[]黃一帆，李林.光學(xué)設(shè)計(jì)教程[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2009.]225。雙高斯物鏡是以厚透鏡矯正匹茲萬(wàn)場(chǎng)曲的光學(xué)結(jié)構(gòu)，半部系統(tǒng)是由一個(gè)彎月形的透鏡和一個(gè)薄透鏡組成，如圖1-1.1所示。18圖1-1.1圖1-1.2圖1-1.3雙高斯照相物鏡是目前多數(shù)大孔徑物鏡的基礎(chǔ)，它的演變型式很多，它的復(fù)雜化目的是為了改善成像質(zhì)量，如圖1-1.2所示，或者是

4、為了增大相對(duì)孔徑，如圖1-1.3所示，相對(duì)孔徑可達(dá)1/0.95。由于雙高斯物鏡是一個(gè)對(duì)稱的系統(tǒng)，因此垂軸像差很容易校正。設(shè)計(jì)這種類型的系統(tǒng)時(shí)，只需要考慮球差、色差、場(chǎng)曲、像散的校正[[]劉鈞，高明.光學(xué)設(shè)計(jì)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.]167。一、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一照相物鏡,其相關(guān)技術(shù)要求為[1]238:焦距;相對(duì)孔徑;視場(chǎng)角。系統(tǒng)畸變<2%;空間頻率為40lp/mm時(shí),傳遞函數(shù)MTF≥0.4。二、外形尺寸計(jì)算由于照相物鏡結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且它們的結(jié)構(gòu)主要是由高級(jí)相差決定的，所以照相物鏡設(shè)計(jì)的初始結(jié)構(gòu)一般都不采用初級(jí)像差求解的方法來(lái)確定

5、,而是根據(jù)要求從手冊(cè)、資料或?qū)＠墨I(xiàn)中找出一個(gè)和設(shè)計(jì)要求比較接近的系統(tǒng)作為原始系統(tǒng)，通過相差計(jì)算逐步進(jìn)行修改，達(dá)到滿足要求的光學(xué)特性和成像質(zhì)量[2]176。在選擇初始結(jié)構(gòu)時(shí),不必一定找到和要求相近的焦距,一般在相對(duì)孔徑和視場(chǎng)角達(dá)到要求時(shí),我們就可以將此初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體縮放得到要求的焦距值。18一、結(jié)構(gòu)選型及參數(shù)計(jì)算1.結(jié)構(gòu)選型；；。根據(jù)所要求的技術(shù)條件，選用雙高斯物鏡結(jié)構(gòu)較為合適[[]耿瑞辰,黃軍霞.光學(xué)塑料折射非球面在雙高斯照相物鏡設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2010，32（11）：145-148.]。利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件CODEV尋找到一個(gè)合適

6、的初始結(jié)構(gòu)[[]張以謨.應(yīng)用光學(xué)（第3版）[M].北京:電子工業(yè)出版社，2008.695-698.]，來(lái)自美國(guó)專利2117252的初始結(jié)構(gòu)[[]CODEV軟件鏡頭庫(kù)，USPATENT2,117,252EX1H.W.LEE.[6]ZEMAX中文使用手冊(cè)2010年2月版.光研科學(xué)有限公司.]。其相對(duì)孔徑和視場(chǎng)角都滿足要求，如圖4-1.1所示。圖4-1.1181.參數(shù)數(shù)據(jù)其默認(rèn)結(jié)構(gòu)參數(shù)為時(shí)的數(shù)據(jù)，見表4-2.1。表4-2.1默認(rèn)結(jié)構(gòu)參數(shù)一、ZEMAX初始數(shù)據(jù)1.初始結(jié)構(gòu)參數(shù)打開ZEMAX,設(shè)置相對(duì)孔徑值，如圖5-1.1所示。圖5-1.118按照鏡頭專利數(shù)據(jù)

7、如圖5-1.2所示，設(shè)置視場(chǎng)角及漸暈系數(shù)如圖5-1.3所示。圖5-1.2圖5-1.3將表4-2.1中初始參數(shù)輸入ZEMAX，如圖5-1.4所示。圖5-1.4181.縮放焦距默認(rèn)結(jié)構(gòu)參數(shù)為時(shí)的數(shù)據(jù)，輸入焦距30mm進(jìn)行縮放，如圖5-2.1所示。圖5-2.1縮放后得到我們所設(shè)計(jì)的焦距的初始參數(shù)，如圖5-2.2所示。圖5-2.22.更換玻璃ZEMAX允許玻璃擁有相應(yīng)的一種“替代”狀態(tài)，在尋找更好的設(shè)計(jì)方案的過程中自動(dòng)改變玻璃類型。設(shè)置當(dāng)前激活的玻璃庫(kù)，改為國(guó)產(chǎn)玻璃，如圖5-3.1所示。圖5-3.118使用玻璃替代功能，如圖5-3.2所示。圖5-3.2在玻璃

8、解對(duì)話框中自由設(shè)置每塊玻璃的狀態(tài)使之變成“替代（substitute）”，如圖5-3.3所示。圖5-3.3到