ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)目的通過對(duì)設(shè)計(jì)一個(gè)雙膠合望遠(yuǎn)物鏡，學(xué)會(huì)zemax軟件的基本應(yīng)用和操作。二、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)全視場(chǎng)角為1.56，焦距為1000mm，且相對(duì)孔徑為1:10的雙膠合望遠(yuǎn)物鏡，要求相高為y=13.6mm。三、設(shè)計(jì)過程1.雙膠合望遠(yuǎn)物鏡系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)的選定選型由于該物鏡的全視場(chǎng)角較小，所以其軸外像差不太大，主要校正的像差有球差、正弦差和位置色差。又因?yàn)槠湎鄬?duì)孔徑較小，所以選用雙膠合即可滿足設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)采用緊貼型雙膠合透鏡組，且孔徑光闌與物鏡框相重合。確定基本像差參量TOC o 1-5 h z根據(jù)設(shè)計(jì)要求，假設(shè)像差的初級(jí)像差值為零，即球差3L=0；正弦差K=0；位置色差0s

2、031=0。那么按初級(jí)像差公式可得ZS=ZS=ZC=0,由此可得基本像差參量為FC0IIII求P0冕牌玻璃在前時(shí)火石玻璃在前時(shí)r(.冕牌玻璃在前時(shí)火石玻璃在前時(shí)P80.858+0.1 HYPERLINK l bookmark14 P=1(0IP80.85W8+0.2因?yàn)闆]有指定玻璃的種類，故暫選用冕牌玻璃進(jìn)行計(jì)算即P=-0.0085。選定玻璃組合鑒于K9玻璃的性價(jià)比較好，所以選擇K9作為其中一塊玻璃。查表發(fā)現(xiàn)當(dāng)J=0.000，與P0=-0.085最接近的組合是K9與ZF2組合，此時(shí)對(duì)應(yīng)的勺=0.038。此系統(tǒng)選定K9與ZF2組合。K9的折射率n=K9的折射率n=1.51631P=0.03831

3、9,Q=-4.28407400A=2.44,K=1.72。ZF2的折射率n=1.67252W=-0.060990隼，=2.0094041求形狀系數(shù)Q一般情況下，先利用下式求解出兩個(gè)Q的值:IP6-PQ=QvoA再與利用下式求的Q值相比較，取其最相近的一個(gè)值:（一）2W6-PQ=Q+0A+1因?yàn)镻6六P，所以可近似為Q=Q=-4.284074,W6=W=-0.06099。0001.6求歸一化條件下的透鏡各面的曲率1n八1.5163x2.009404(,八1_=p=+Q=+(-4.284074)=1.61726r1n-11.5163-11-=p=+Q=2.009404+(-4.284074)=-2

4、.27467r221=p=g+Q-=-0.77370r3n一1n一1322求球面曲率半徑1000=618.3301.61726P2fP2fF3安24貴=-1292.4911.8整理透鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)視場(chǎng)tan3=-0.0136（負(fù)號(hào)表示入射光線從光軸左下方射向右下方），物距L=-6（表示物體在透鏡組左側(cè)無窮遠(yuǎn)處），入瞳半徑h=50mm，光闌在透鏡框上，即入瞳距第一折射面的距離為0。數(shù)據(jù)整理表如下所示。表1數(shù)據(jù)整理表r/mmd/mm玻璃牌號(hào)r1=618.33/r2=-439.624d1=0K9r=-1292.491d2=0ZF2表中的d之所以為零，是因?yàn)槲覀優(yōu)榱擞?jì)算方便，在一開始時(shí)就假定了該透鏡組

5、為沒有厚度的薄透鏡組。經(jīng)驗(yàn)證該薄透鏡組的像差較小，適宜作為初始結(jié)構(gòu)。求后透鏡組各面的球面曲率半徑考慮到任何實(shí)際的透鏡組總是有一定的厚度，因此需要把薄透鏡組轉(zhuǎn)換成后透鏡組。根據(jù)設(shè)計(jì)要求r=1。相機(jī)，D/=/0,則通光口徑。=100如n。選用壓圈方式固定透鏡組，該方式所需余量由光學(xué)儀器設(shè)計(jì)手冊(cè)查得為3.5機(jī)機(jī)，由此可求得透鏡組的外徑為103.5租租。對(duì)于凸透鏡而言；假設(shè)%,1分別為球面矢高，為折射球面曲率半徑，。為透鏡外徑,12如圖所示，則,I2x=rr2-由上式可求得IX1=2.17,X2=2.67。將所求的的結(jié)果代入下式中可求得凸透鏡最小邊緣8.9mmD3(x+x)103.53義4.84128

6、.9mm1010利用下式可求得凸透鏡的最小中心厚度d。1dt-x+x=11.662.67+1.0310.02mm。23對(duì)于凹透鏡而言：先求得x3=L03，再代入下式中可求得凹透鏡最小邊緣厚度t2。D+8xD+8x+x2:10)103.5-8x(2.67-1.03)1011.66mm利用下式可求得凹透鏡的最小中心厚度d。2薄透鏡變換成后透鏡時(shí)，應(yīng)保持u和u不變的條件下進(jìn)行。圖圖3.1四、設(shè)計(jì)結(jié)果1、入瞳直徑的設(shè)定（圖1.1）圖1.12、視場(chǎng)角的設(shè)定（圖2.1）圖2.13、工作波長(zhǎng)的設(shè)定（圖3.1）圖圖5.16、優(yōu)化工具窗口（圖6.1）4、評(píng)價(jià)函數(shù)的選擇（圖4.1、4.2）ixrdIrMhE加sK

7、tistrih1BFLEBI1mix(iJ.HH叫解睛痂4G2MlELKVFfauliwntDiKHicfiiU5wmfEi:就81rlrs5armjE4JGELII!ddwltilflhi50Ff4auI&Mli.in(L和CllMCliXCiL.iSi工才TT.I537仲得fH1UMII.KNCLBlaimaweD.l!iIB笛a(bǔ)OIEi3癡口)：flC1D.lI.KHamCLMdD.ESI-L-filSLfflfiif訐i4說UL11Mli.Kn(L也U.LU0.I1Ci.isi-LOEL第E1.0ffff2ahiI.KKitfMftMaweminWZHE2.SME-flW1.1_nt5

8、11HlI.KHLNWU.LUlliMD.I5IL出ClBIBL?ffl1ClEELtPmcH口工EU1：LiE-dll圖4.1圖4.25、系統(tǒng)的透鏡參數(shù)表（5.1）圖6.17、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)輪廓圖（7.1）4：3DLayout|_圖7.18、系統(tǒng)的FFTMTF（圖8.1）圖8.19、系統(tǒng)的FFTPSF（圖9.1）圖9.110、系統(tǒng)的FIELDCURV/DIST圖（圖10.1）（圖10.1）11、系統(tǒng)的GRIDDISTORION圖（圖11.1）圖圖12.113、系統(tǒng)的LATERALCOLOR圖（圖13.1）5:GridDistortioii回又1A1UpdateSettings爵rintWindo

9、wTitZoc-tiGRIDlISTIORTIdNLEtMS.ZI1XCuMPrCLIRSTIDN1DP1GRIDlISTIORTIdNLEtMS.ZI1XCuMPrCLIRSTIDN1DP1MEDQDTE?ZDFIELD：L,1038U1,L03LH口ECREEEIMAGE：L9.25U19.25HriILLIMETERE：HASIMLMDISTDRTILM!-0DQS2X3CRLE；L.300K.nUFlVBEHGTH：E,SBFb*0圖11.112、系統(tǒng)的SPOTDIAGRAM圖（圖12.1）fil1:I.HiRralColor圖13.114、系統(tǒng)的RAYFAN圖（圖14.1）圖14.1

10、15、系統(tǒng)的OPDFAN圖（圖15.1）biin口E圖15.116、系統(tǒng)的WA/EFRRONTMAP圖（圖16.1）圖16.117、系統(tǒng)的diffractionencircledenergy圖（圖17.1）gII:DiffractionEncircledEnergy-*UpdateSettingsPrintWindowTextZocriDZFF.LIMIT0.DE0ZflDEGQ.23MDEG；EL：芬叫DZFF.LIMIT0.DE0ZflDEGQ.23MDEG；EL：芬叫DEC0.EELODECi.7Q0EiEG；L。3iS印帽制第HRDUJSFRDHCBMTRDIDIN桂H二FT口工FFR

11、R二:THDNENCIRCLEDENERGi白.?？43-JJJ100000191a000也IkLLIzLLI口LLIIZI口-luzUJL口znHL:!I-IE比LLEt-JS.ZMXCOr-FICURATZON1DF1WEDOCT20LHUAUELENGTA!PDLYDHCLt-1ATICSURFACELEt-JS.ZMXCOr-FICURATZON1DF1圖17.118、系統(tǒng)的systemdata(數(shù)據(jù)如下)System/PrescriptionDataFile:C:ProgramFilesZEMAXSAMPLESLENS.ZMXTitle:Date:WEDOCT292014GENERA

12、LLENSDATA:SurfacesStopSystemApertureGlassCatalogsRayAimingApodizationTemperature(C)Pressure(ATM):EntrancePupilDiameter=100:SCHOTT中國(guó)GB903-87:Off:Uniform,factor=0.00000E+0002.00000E+0011.00000E+000EffectiveFocalLength:EffectiveFocalLength:EffectiveFocalLength:EffectiveFocalLength:BackFocalLengthTotalT

13、rack1013.029AdjustIndexDataToEnvironment:Off999.6842(inairatsystemtemperatureandpressure)999.6842(inimagespace)989.2692ImageSpaceF/#ParaxialWorkingF/#WorkingF/#9.9968429.9968429.996906ImageSpaceNA:0.04995335ObjectSpaceNA:5e-009StopRadius:50ParaxialImageHeight:13.61011ParaxialMagnification:0EntranceP

14、upilDiameter:100EntrancePupilPosition:0ExitPupilDiameter:100.4728ExitPupilPosition:-1004.411FieldType:AngleindegreesMaximumRadialField:0.78PrimaryWavelength:0.5875618粉LensUnits:MillimetersAngularMagnification0.9952938Fields:5FieldType:Angleindegrees#X-ValueY-ValueWeight10.0000000.0000001.00000020.0000000.2340001.00000030.0000000.3900001.00000040.0000000.5510001.00000050.0000000.7800001.000000VignettingFactors#VDXVDYVCXVCYVAN10.0000000.0000000.0000000.0000000.00000020.0000000.000000