ZEMAX課程設(shè)計(jì)——照相機(jī)物鏡設(shè)計(jì)

1、ZEMA課程設(shè)計(jì)一一照相機(jī)物鏡設(shè)計(jì)（課題的背景知識(shí)，如照相機(jī)鏡頭的發(fā)展概況，類(lèi)型及其主要技術(shù)參數(shù)的簡(jiǎn)要說(shuō)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(guò) 0.01mm ;畸變小于3%。三、設(shè)計(jì)課題過(guò)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(duì)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(duì)孔徑 D/ f ' =1: 2.4;視場(chǎng)角 2 3 =56）

2、Radius/rThick ness/d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(duì)孔徑D/f ' =1: 3.5的透鏡數(shù)據(jù)如下表 2。Radius/rThick ness/d折射率/n玻璃阿貝數(shù)/v50.6594.717

3、1.7128953.967.3730.42346.5017.2541.7128953.9261.5486.382-127.0402.4711.636235.335.05510.571-1419.2621.8241.5324645.948.96010.042-64.9251.7290454.8表23、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(1)打開(kāi) ZEMAX。-lOlxlEditQpUodje lUIpJ亡W4F!品ThAEkns-Pvfla-vvInflEiiLyrn£izi±cy .wonoa0.00000-:Snfinltf加刑0IMUsAEid

4、JidiRfiaiE.y-O.ODODOQ0.000000AJJ(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(zhǎng)，同時(shí)可選用不同波長(zhǎng)，本 實(shí)驗(yàn)中在第一列鍵入0.486，單位為 micro ns，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(zhǎng)為近軸波長(zhǎng)。(3)輸入孔徑大小。由相對(duì)孔徑為 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 general data, 在 aper value 上鍵入 28.57143 。確走 | 取消 |哦| 釉助

5、|（4）輸入視場(chǎng)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。ni. UkLm Edii 1 nr*-ini k|Edittu-pf :7jnp*UeSB4F!呂Kadi's*Xa-vv$¥»1伽平耳!*Cm-%?OBJInflniLylJL£i£l±E

6、yInfinityo.oaaDooif c-vrd-iixd4亍1兀的LhKIli.Tuma£7-1730000.429000L7.«£BOfla.onoooo工S-krLardM .SJX.W7.3»004UKBL7.143Q3L4SAgidJisid2G1.B4BQ00G.SB±OlDOL5.43£lEi0o.ooaono&Sw4Dtl*rd137.MgQdl>2.471009F6L1.9a4E4tD.oaooaSICStndikxdA5.a5EDOfl!10.&7CiaDa1.0.9-7£142o

7、.ooaoa7SsndArd-L419.2G2MQiL.eZJ&DGLLIZM.iiesca：a.oooonaaSjin±hxd4B_»fiOdaO!D.O412fiOK-LAX1415.<3149?e.adacoa9ScndAX-d-fl-SZ&DOO77.50376?HL.1991Bij.onaoao£c«n±kxdIn£inxt：FaT.anoaic0,4040130 點(diǎn)擊layout,畫(huà)出2D圖形 點(diǎn)擊spot diagram ,畫(huà)出點(diǎn)陣圖UfidtlA £il.LD.cs Irmi 丑也 Io

8、.tQBr： 0 ZI3 DBGOBJ： LB.50 DEG%垃 0 4361 0.507"$0 .白S63INA. 0 1330 HIFRI JUL 1 2011UNITS ARE gA.FIELD:123RMS RADIUS :33,6255H,T】964,763GEO RADIUS :69.560IK.770122.231LENS,ZMXSCZLE BAR :M00REFERENCECHIEF RRYCONFIGURATION LCF 1二：FF丁 THFIHR； 27.033 HNSPOT DIAGRAM由圖看出光波在波長(zhǎng)1、2、3下的彌散斑直徑大小分別為33.625、54.

9、419、64.768 （單位：微米），其中第2、3波長(zhǎng)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。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(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，是它的彌散斑直徑符合要求。優(yōu)化一(6) 優(yōu)化。(說(shuō)明：優(yōu)化并無(wú)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(duì)象，雙擊surfacel，出現(xiàn)Cwvit

10、nre solve ob ew£&cCmrv&turft selve on snrE&ce在solve type下拉框中選擇variable,如圖OKVariableFixed1Variable.Solve Tjpe:Marginal Angle Chief Ray Angle PickUpMarginal Ray Normal Chief Ray Normal Anlandtic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variable。得到接著設(shè)置優(yōu)化功能，在sys

11、tem的editors中選取 merit function，進(jìn)入tools，再點(diǎn)擊default merit function,即我們選用default merit function，這還不夠，我們還要規(guī)定給 merit function 一個(gè)focal length為100的限制，所以在 merit function editor第1列中往后插入一列，即顯示第2列，代表suface2,在此列中的type上鍵入 EFFL，同列中的target項(xiàng)中鍵入100，weight中鍵入£iil Iofils 創(chuàng):LpWU tfyp«Tz*#.匕1 DSFE32 EFTLiirL11嘰

12、時(shí)DOM1,4040043 BlETBLKKIUELCrunculQD： KH3vAfEan.-c MGEDld G3 3 zlJiQi <E *nu4 KLNK£LKKNd da-Skult >:-e tbicaiaa bounds cy ccaiAt EiiinE E BlETBLKKNo di fiLiLlc gl*n chicliL«»9baandJiEy >&Qnjru.iriT- KLNKALKKCp«fandp fax*UM I.7 OKKQPEXX1o.ouooaaD.IMOIK1D0.33E7L1jf.ODCH

13、OOOo.aoooott0 .CI9£S«S13曲I©沖咖g"20曲-gMM0.】鱉弘14立9 DE ZKc-pnx1o.oo-aonaa.iinoaaoa.S4il9£fio.onooooD-QaooooO.O969E3IQ EiHKgD-xaoglO, 311(71.10. wu11 DEZKc-pnx2o.oo-aonaa.iinoacio0-707107O.ODOODOD-QaOQOt>O.1B5143槨 OMHi8少54X200dA41I4IO.diMMO譏旳加Mis oratC-VDX3O.OO-OODflla.iinooci

14、D0.33E7L1D.ODCMCID-DOQOQ0.0569E3旅 OHIt3Q W0Oi.OlHMO4rQ4M0»4】*訕4丄跳出 merit function editor，在 tools 中選 optimization 項(xiàng)，按 automatic，完畢后跳出來(lái)，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?？梢钥吹綇浬叽笮【弦蠡冃∮?%，符合要求倍率色差小于10um符合要求。透鏡的2D圖如下：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?；静襟E如前，為了不使第一組

15、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)果ni. Hal. EJi 1 ar-ini xi£,dit Siolvts Qptiaoi翳4庫(kù)屮：Typ*亡 cudbeie.THSikna-Hiai!.*«£ am 4 g is* 匕 x*CffTll C4O：BJSc-iridJii-dInfiDl-cDiJEifilcvInflDlLVs.onaooo1仙上MW4EM忖UEOMJ直SckndJird&0-117347-0.-42 3000L7.414E20.0000003n.umaV7.214000uura4SEARidJiXd-2B29.7G

16、BB&&-C.-3B20D0L5.B5B14Ca.OOiOQOV3.4X00rt11 “SICSEAEldJiXdS：l_0-2£3£Vli»a&7(BiDaLD.BaCaBOa.DOOODOConii rdmtacoMV11. ttM070.004040841-690272V1D.O422S0££.4dlfi390.0000009fMin44irdvVsmallO.QHQiOOZHXInfialty-a.oaDooj彌散斑最大直徑不超過(guò)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5u

17、m ,符合要求Default. Icrit Function:RMSOptimization Function and Reference T |Wavefront| CentroidPupil Integration Method(* Gaussian QuadratuieRings:3三|Aim®:(6C" Rectnguhr ArrayGrid:|4x4廠(chǎng) Delete VignettecT hickne B oundary Values廠(chǎng) GlassMineM 少:Edge:|(J廠(chǎng) Air:Min：Max:說(shuō) Assume Axial SymmetryIgnore

18、 Lateral ColorStart At:ReldtiveXWgt;Overall Weight:I QK. I _CaiuEl I再點(diǎn)擊Wavefront將他設(shè)置為spot radius如下圖其余一切照舊得到如下圖表,*：】； rr&t 廠(chǎng)j 忙二、!'： - i 1 si -Edit I&cls 勘lpdlOp»E ffyp*Tz*#.匕H»iih.-t1 EKFEDHrS2 EHLirn.1伽ODOM*404 口 043 BlETBLKK班世IiLLlT* 1UE1G runcLsn: KHS ipci: ZAdlUl OtDCfOld M 3 cliig* E km4 KLNK