照相物鏡的設(shè)計(jì),光學(xué)設(shè)計(jì)

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1、照相物鏡的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1設(shè)計(jì)一個(gè)照相物鏡，焦距：50mm,相對(duì)孔徑：1/2,全視場(chǎng)角：40°.2要求：（1）通過(guò)給定參數(shù)，計(jì)算出其他參數(shù)值；（2）分析系統(tǒng)需要校正的像差類(lèi)型；（3）通過(guò)手冊(cè)查詢(xún)初始結(jié)構(gòu)，并回答所屬類(lèi)型，然后輸入到計(jì)算機(jī)軟件中，給出輸入結(jié)果的二維圖；（4）采用上機(jī)學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行全局優(yōu)化，給出MFF結(jié)果；（5）采用上機(jī)學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行對(duì)樣板和公差分析，給出操作步驟圖片和結(jié)果；（6）繪制出光學(xué)系統(tǒng)圖。設(shè)計(jì)過(guò)程初始結(jié)構(gòu)的選擇照相物鏡屬于大視場(chǎng)大孔徑系統(tǒng),因此需要校正的像差也大大增加,結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜,所以照相物鏡

2、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,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)。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。（1）參數(shù)數(shù)據(jù)焦距：1、f’=50mm；2、相對(duì)孔徑D/f’=1/2；3、全視場(chǎng)角40°；照相物鏡的視場(chǎng)角和有效焦距決定了攝入底片或圖像傳感器的空間范圍,鏡頭所成的半像高y可用公式y(tǒng)=-ftanw計(jì)算,其中f為有效焦距,2w為視場(chǎng)角。經(jīng)過(guò)計(jì)算：其視場(chǎng)角為2w=

3、40°所以w=20°。其余參數(shù)見(jiàn)表：（2）輸入?yún)?shù)打開(kāi)ZEMAX,將上表中參數(shù)輸入ZEMAX：其中第七面設(shè)為光闌面設(shè)置相對(duì)孔徑值和波段：更換玻璃，換成國(guó)產(chǎn)玻璃：輸入焦距50mm進(jìn)行縮放縮放后得到我們所設(shè)計(jì)的焦距f’=50mm的初始參數(shù)（如圖所示）到這里，初始結(jié)構(gòu)及其參數(shù)已經(jīng)完成。（3）在ZEMAX中進(jìn)行優(yōu)化初始結(jié)構(gòu)完成后的原始結(jié)構(gòu)及MTF曲線利用ZEMAX得到初始結(jié)構(gòu)的MTF曲線（如上圖所示）可看出成像質(zhì)量很差,因此需要校正像差。首先使用DefaultMeritFunction建立缺省評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，選擇Editors-

4、MeritFunction，在第一行中先輸入EFFL,插入五行然后在Analysis-AberrationCoefficients-SeidelCoefficients中查看，找出對(duì)賽得和數(shù)影響大的面，將這些面的曲率半徑設(shè)為變量，優(yōu)先優(yōu)化。優(yōu)化MTF圖象再根據(jù)2D圖適當(dāng)調(diào)整曲率半徑和厚度，每次調(diào)整后再次優(yōu)化實(shí)時(shí)關(guān)注MTF圖的曲線變化，最后使各個(gè)參數(shù)都在可接受范圍之內(nèi)。（4）優(yōu)化結(jié)果設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)這次照相物鏡的設(shè)計(jì)，使我對(duì)ZEMAX軟件有了進(jìn)一步的了解和加深并且還可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行使用，只需稍加練習(xí)就可以互動(dòng)設(shè)計(jì)。ZEMAX中有許

5、多功能能夠通過(guò)選擇對(duì)話框和下拉菜單來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，也提供快捷鍵以便快速使用菜單命令。手冊(cè)中對(duì)使ZEMAX時(shí)的一些慣用方法進(jìn)行了解釋?zhuān)瑢?duì)設(shè)計(jì)過(guò)程和各種功能進(jìn)行了描述。ZEMA程序是一個(gè)完整的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，是將實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念，優(yōu)化，分析，公差以及報(bào)表集成在一起的一套綜合性的光學(xué)設(shè)計(jì)仿真軟件。包括光學(xué)設(shè)計(jì)需要的所有功能，可以在實(shí)踐中對(duì)所有光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化，分析，并具有容差能力，所有這些強(qiáng)大的功能都直觀的呈現(xiàn)于用戶(hù)界面中。ZEMAX功能強(qiáng)大，速度快，靈活方便，是一個(gè)很好的綜合性程序。