工程光學照相物鏡鏡頭設計與像差分析報告.doc

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1、工程光學課程設計題目：照相物鏡鏡頭設計與像差分析院（系）名稱信息工程學院專業(yè)班級光電信息科學與工程學號14010210XX學生姓名TXY指導教師2016年1月10日目錄1照相物鏡發(fā)展歷程11.1風情攝影物鏡11.2匹茲堡人物物鏡11.3對稱型物鏡11.4三片式物鏡11.5雙高斯物鏡21.6攝遠物鏡21.7反攝遠物鏡21.8廣角物鏡21.9變焦距物鏡22照相物鏡光學性能32.1相對孔徑32.2視場角2w32.3焦距f’33設計過程53.1初始結構的選擇53.2輸入?yún)?shù)和縮放63.3在ZEMAX中進

2、行優(yōu)化8總結14致謝15參考文獻16照相物鏡鏡頭設計與像差分析摘要隨著信息化時代的到來，人們對照相的要求也越來越高，而照相物鏡是照相機的眼睛，它的精度和分辨率直接影響到照相機的精度與成像質量。要保證所設計的照相物鏡達到較高的技術要求，在設計時就必須達到更高的精度和分辨率。完成本課題需要以下幾個部分第一：知曉物鏡發(fā)展歷程和物鏡基本光學性能；第二：選擇所需器件參數(shù)，符合本次課題設計要求；第三：應用ZEMAX光學設計軟件進行課題設計；第四：對各結構元件進行反復的優(yōu)化設計，使之達到要求的技術指標并顯示快

3、速傅里葉顯示圖，賽德爾系數(shù)，視場、場曲失真圖第五：總結了設計過程的心得體會。關鍵詞：ZEMAX；物鏡；賽德爾系數(shù)；快速傅里葉1照相物鏡發(fā)展歷程物鏡的發(fā)展經歷了許多年，經過不斷地更新與發(fā)展，實際用途越來越廣，質量越累越好，物鏡經歷了以下發(fā)展：1.1風情攝影物鏡最早出現(xiàn)的照相物鏡在1812年是單片的正月牙透鏡，相對孔徑小于1:14，視場50度以，可用于室外照明良好的條件下拍照。1821年出現(xiàn)了膠合的透鏡，代替了彎月牙型的單透鏡，雙膠合透鏡因色差得到校正成像質量有所提高，但制作成本比較高，正、負透鏡分

4、離的形式可以得到更好的成像質量，因為雙分離情形下可以更好地校正色散。1.2匹茲堡人物物鏡1840年匹茲堡設計出了一個相對孔徑為1:3.4，視場為25度左右的物鏡，即匹茲堡人像物鏡，該物鏡可用于室攝影，是第一個依靠設計而制造出來的照相物鏡。匹茲堡物鏡是1910年以前的所有物鏡中相對孔徑最大的，它在近軸部分的成像優(yōu)良，至今仍在用作電影放映物鏡等須要大孔徑小視場的場合，匹茲堡物鏡的改進形式很多，是現(xiàn)在五大類物鏡中的一類。1.3對稱型物鏡最早出現(xiàn)的對稱型物鏡，相對孔徑很小，如斯坦赫爾的潛望鏡頭，相對孔徑

5、為1:30，視場為70度，只能用做風景攝影。海普崗是這種類型的極限結構，是馮虛格在1900年設計出的，兩個透鏡的外表幾乎是半球面，具有140度左右的視場，相對孔徑很小1:30，但它具有大的無畸變視場，至今仍用在航測儀器中。數(shù)器、輸入/輸出接口和其他多種功能期間集成在一塊芯片上的微型計算機。1.4三片式物鏡1893年，塔克洛爾用分離薄透鏡作為對稱型的一半，設計出了柯克三片式物鏡，這是能校正所有像差的一種最簡單的結構，在非對稱情況下，其獨立變數(shù)恰能校正七種像差。這種類型現(xiàn)在已具有相對孔徑1:4，視場

6、50度的光學性能。如果視場減小時，相對孔徑可達1:2.8，現(xiàn)在它依舊是一種比較流行的物鏡。1902年出現(xiàn)的天塞物鏡可看做三式的后面一塊正透鏡改為二塊玻璃膠合的結果，它在高級像差方面要比三片式要好。1.5雙高斯物鏡雙高斯與達崗等對稱物鏡不同，它是用薄透鏡加厚透鏡的結構。由于具有小半徑的厚透鏡處在薄透鏡后的會聚光中，近于不暈位置，因此它的像差和帶像差都有所縮小，相對孔徑比較大，它是現(xiàn)在1:2物鏡的主要結構。1.6攝遠物鏡用正負二透鏡組所構成能使攝影物長度減短的都稱為攝遠物鏡。1.7反攝遠物鏡由正負透

7、鏡組分離組成，負透鏡位于正透鏡之前，從而使主平面后移至物鏡后方，達到像方頂焦距大于焦距的目的。1.8廣角物鏡廣角物鏡是以海里的全天照相物鏡出發(fā)的，其視場很大。1.9變焦距物鏡物鏡能在一定圍迅速的改變焦距，從而在投影儀固定不動的情況下獲得不同比例的影像，可以代替多個定焦距攝影物鏡使用。（本次涉及所使用的三片物鏡是具有中等光學特性的照相物鏡中結構最單，像片質量最好的一種，被廣泛使用在比較廉價的135#和120#相機中，例如國產的海鷗—4、海鷗—9、天鵝相機等。這種照相物鏡進一步復雜化的目的，大多是為

8、了增大相對孔徑，或提高視場邊緣成像質量）2照相物鏡光學性能照相物鏡的基本光學性能主要由三個參數(shù)表征，即相對孔徑D/f’，視場角2w，焦距f’。2.1相對孔徑相對孔徑是個比值，鏡頭的有效的孔徑與焦距比值，表示鏡頭的納光束多少。照相物鏡中只有很少幾種如微縮物鏡和制版物鏡追求高分辨率，多數(shù)照相物鏡因其本身的分辨率不高，相對孔徑的作用是為了提高像面光照度E’=1/4πLτ(D/f’)2照相物鏡按其相對孔徑的大小，大致可分為如下表1所示：表1　照相物鏡的相對孔徑弱光物鏡相對孔徑小于1：9；普通物鏡相對孔徑