ZEMAX课程设计——照相机物镜设计.doc
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Df=1：2.4；视场角2=56°）Radius/rThickness/d折射率/n玻璃阿贝数/38.3393.571.7128953.950.9880.3235.1925.491.7128953.9197.944.83-96.1441.871.636235.326.538-1074.11.381.5324645.937.0537.6-49.1351.7290454.8表12、根据焦距曲率镜片厚度之间的比例关系，即f1f2=r1r2=d1d2,得到焦距100mm，相对孔径Df=1：3.5的透镜数据如下表2。Radius/rThickness/d折射率/n玻璃阿贝数/50.6594.7171.7128953.967.3730.423待添加的隐藏文字内容346.5017.2541.7128953.9261.5486.382-127.0402.4711.636235.335.05510.571-1419.2621.8241.5324645.948.96010.042-64.9251.7290454.8表23、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=1003.5=28.57143mm。在主选单system菜单中选择general data,在aper value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。点击layout,画出2D图形点击spot diagram ,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。在analysis里面的miscellaneous中点击field curv/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。同点击lateral color，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solve type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merit function，进入tools，再点击default merit function,即我们选用default merit function，这还不够，我们还要规定给merit function一个focal length为100的限制，所以在merit function editor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merit function editor，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merit function，进入tools，再点击Wavefront将他设置为spot radius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。
