設(shè)計(jì)雙膠合望遠(yuǎn)物鏡

設(shè)計(jì)雙膠合望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誾emax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的使用，能進(jìn)行光學(xué)器件的設(shè)計(jì)和仿真，理解各種光學(xué)設(shè)計(jì)的基本分析原理，了解像差的基本概念、意義。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.設(shè)計(jì)要求：焦距： f'=250mm通光孔徑：D=35mm視場角： 2co=6°,工作中心波長為在可見光波段，入瞳與物鏡重合，物鏡后棱鏡系統(tǒng)的總厚度為 150mm,要求：8L'=0.15mm,SCm、=—0.003,ALFc=0.05mm2.給出設(shè)計(jì)結(jié)果，并對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析和評價(jià)。三.實(shí)驗(yàn).總體思路和基本方法與其他光學(xué)自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件相似，Zemax軟件進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的基本流程如圖1-1所示其中，光學(xué)系統(tǒng)模型的建立是光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步。其中各個(gè)參數(shù)的取值可以采用標(biāo)準(zhǔn)的PW算法，同時(shí)也可以通過查閱光學(xué)設(shè)計(jì)的鏡頭手冊來選擇一組合理的初始化數(shù)據(jù)。在Zemax中，光學(xué)系統(tǒng)建模分為兩個(gè)方面：系統(tǒng)特性參數(shù)的輸入和初始結(jié)構(gòu)的輸入。Zemax軟件同時(shí)還具有非常強(qiáng)大的像質(zhì)分析功能?？梢栽谥鞔翱谥械腁nalysis下拉菜單中選擇相應(yīng)的像質(zhì)評價(jià)工具。一些常用的分析功能也能通過工具欄中的圖標(biāo)按鈕來快速選擇。使用者可以通過對這些圖形和文本窗口提供的菜單命令進(jìn)行操作，設(shè)置需顯示或計(jì)算的內(nèi)容。 Zemax中的分析窗口都具有“Update刷新）”菜單命令，當(dāng)系統(tǒng)特性參數(shù)或結(jié)構(gòu)參數(shù)改變時(shí)，可以通過刷新命令使Zemax重新計(jì)算并重新顯示當(dāng)前窗口中的數(shù)據(jù)。Zemax的優(yōu)化功能可以根據(jù)設(shè)定的一系列目標(biāo)值去自動(dòng)改變光學(xué)系統(tǒng)的曲

率、厚度、玻璃、二次曲面系數(shù)及其他附加參數(shù)和多重結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)等， 以滿足光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性和像差的要求。在優(yōu)化過程中，使用者可以根據(jù)需要，對系統(tǒng)設(shè)定約束條件和目標(biāo)。Zemax通過構(gòu)造評價(jià)函數(shù)（Meritfunction）,并采用一定的算法計(jì)算評價(jià)函數(shù)的取值，由取值的大小判斷實(shí)際系統(tǒng)是否滿足約束條件及目標(biāo)的要求。.初始結(jié)構(gòu)的選擇經(jīng)查閱資料得到初始結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表所示。Surf:TypeRadiusThicknessGlassSemi-DiameterOBJStandardInfinityInfinityInfinitySTOStandard153.100006.0000000K920.0692362Standard-112.930004.0000000ZF120.0391343Standard-361.680050.00000020.0633294StandardInfinity150.00000K918.6284755StandardInfinityInfinityM15.818629IMAStandardInfinity13.220411.優(yōu)化函數(shù)的確立及Zemax實(shí)現(xiàn)（一）建立光學(xué)系統(tǒng)的模型（1）初始結(jié)構(gòu)的輸入；其中因?yàn)闆]有告訴后工作距，將厚度設(shè)為MarginalRayHeight（邊緣光線高度）犍1 口與己EditorEditSolviHOptionsHelpSurf:Type匚ussmanpSAdlLLHZfilclcnjaasSflBZ.-Cj.unDOBJEt-andazdInfxo-it-y0.000000STO.百皿gQ口N口露3$cr2*￡*canda.rd-113.3100004.000000ZFL￡0.035134u3*寫工5仃d啟Hd-351*酊口口口mo.g口口?？凇觥?*￡rcariila.rdInflalxy1島口.口口鹿口K9ia.<S2B47fiuS*■StandardInfinit-yInfinityMifi.siseasurm.Infi-HlEy-13.2504.11u（2）系統(tǒng)特性參數(shù)的輸入；（主要是對孔徑、視場、波長進(jìn)行設(shè)定）FieldData(?Angle(Deg) CParaxialImageHeightCObjectHeight CRealImageHeightUseX-Field Y-Field Weight VDX VDY VCX '[71|o |o 11.0000 |o.ooooo|o.ooooo[o.oooooI72|0 (2.121 p.OOOO|0.00000 |0.00000 |0,00000"3|0 3 p.oooo(0.00000 0.00000 0.00000Ir4[b [o p.0000 |0.00000 0.00000 0.00000Ir5|0 0 1,0000 |0.00000 0.00000 0.00000Ir6[o |o p.oooo|6.00000[o.ooooo[0,00000Ir7|o 0 [1.0000 0.00000[o.ooooo[o.ooooor8|o [o p.oooo[0.00000[0,00000[0,00000r9|o o p.oooo[o.ooooo|b.ooooo[o.oooooIr10|o [o p.oooo|b.ooooo[o.ooooo[o.ooooor110 0 1.0000 0.00000 0.00000 0.00000|r12[o |b p.oooo|b.ooooo[0,00000[o.ooooo OK Cancel SortSetVig ClrVig SaveWaveengthDataUseV/avelenglhWeightUseWavelength(pm)Weight1711466132701r130.550000001R2|O.5075G18O1r141*3OL65627250卜ris0.550000001r4Q.5500000Q1ni60.550000001r50.550000001r17口.5500000。1reOL550000001r181550000001ri(15SOOOOOO|1r190.550000001rs0.550000001rso015500000。丁ra1550000001r2i0.550000001rioa55000000I1r220.55C3000D1r110.550000001r231r12OL550000001r240.550000001 Select^_]|F,d.C(Visible]二I|2zJOKCancel$□(！HelpLoad (二)像質(zhì)評價(jià)(1)焦距:(1)焦距:EFFL:251.07&(2)球差：Analysis-Miscellaneous—Longitudinalaberration—textA82;LongitudinalAberration20.S3001.577E-OO1-3.241E-0O2o.saoo0.S3001.577E-OO1-3.241E-0O2o.saooL,277Z-0ai-3.435Z-aO20,62001,2781-001-3.€323-0020,€4001,2891-001-3.8233-0020.€6001.5821-001-4.028Z-9020.6800i.；a5i-aai-4.2；7E-Q02口.70001.239E-001-4.42€E-aO20.72001.2932-001-4.62SE-aO2fl.7400-4.622E-0020.76001.304E-0C1-S.017Z-0020.7SOO1.312Z-0D1-S.210i'0020.80001.320Z-001-5.400S-0020.32001.329Z-001-5.53GE-0020.34001.340￡-001^S.7GSE-aO20.36001.3S2Z-001-S.944E-0O2o.seoo1.3￡5Z-0ai-*€.1151-0020.90001,379Z-001-€.279E-aO20,92001-396E-001Y.43鈕-MW口.94口。1.4131-Oai-6.585Z-0020.96001.433i-oai-?,725E-002。.90001.4S4Z-0Q1-6-8SSE-0021.00001.477Z-001-€.974E-002UpdateSettingsPrintWindowS.S2SE-00：S,S55H-0a；S,2BLi-0025.0D3E-DOZ4.7201-0024.435^-0024.147E-0a23.8S7E-0023.StSi-00z3.2*72E-0022.979E-0022.€8EE-0a22.394E-OO22.104Z-0021.B1GZ-0021.530E-0021.24SZ-O0：5,7102-003€,9971-0034.3245-0031.72BE-003-7.915E-004所以可得6L'm=-0.06974mm；(3)正弦差：根據(jù)初級(jí)彗差和初級(jí)正弦差的關(guān)系SC'm=K's/y'=-6.276404m/13.154mm=-0.000477

K's:FanDiagramSettingsPlotSeals0.000003Wavelength：All -]NumbarofRays:20Field:AllTangential:YAberfation▼Sagiltal:YAberrationPU?eDashesSurface：1|17VignettedPupil「CheckApeitue$|OK|匚anuel|SaveLoadJResetHelp_|觥12:RayFan2口?回UpdateSettingsPrintWindowSagitta!ran,fieldnunfcer3?3.0000dsgPupil 0.4ML33 0.SB75€2 0.€5S273-1.000 -2€,591035 Y.E7ES4 2.323874yOBJ；3.a0B0DEGIHA：13J5Hm⑷軸向色差A(yù)L'FC一股指0.707h的軸向色差，可以由ChormaticFocalShift獲得,即AL'FC=L'F-L'C設(shè)置Setting中的孔徑：觀察text：ffavelengtli0.4B€L33ffavelengtli0.4B€L332hi5t0.1739S3330.0.CIS5414410.所以可得AL'FC=L'F-L'C=0.17395333-0.08541441=0.08853892mm（三）優(yōu)化（1）像差控制：顯然我們所得的像差與要求的像差數(shù)據(jù)有差距，所以必須要進(jìn)行進(jìn)一步的像差優(yōu)化。首先要在評價(jià)函數(shù)中自己來定義像差的專門控制操作：1）焦距：EFFLf'=2502）球差控制：LONA波長號(hào)為2,孔徑為13）正弦差控制：Ks'由TRAY（Hy=1.0,Px=1.0）,V,由PIMH得到SC'm=K's/y'由DIVI得到4）軸向色差控制：AXCL,輸入波長號(hào)（1,3）和孔徑（0.707）此時(shí)求得的軸向色差和實(shí)際符號(hào)相反，一般可以乘上一個(gè)‘-1'。（2）設(shè)置變量現(xiàn)在除了三種像差，還有個(gè)焦距需要控制，而自適應(yīng)法優(yōu)化控制像差數(shù)必須小于自變量數(shù)的基本要求，我們現(xiàn)在僅有三個(gè)變量（棱鏡的參數(shù)顯然不變） ，因此先不控制球差。然LensDataEditorEditSolvesCptiorsHelpSurfTli'peConnnentRadiusThicknessOBJStandardInfinityInfinitySTO^Standard153.100000Vc.oaooao2*StandArd-112-930000Vi.aoooao3*Standard-36i,€aooooV50,0000004*StandardInfinity150,000000S*St.tanda.rdInfinitiyS7.44S9&7MIMAInfinity所以先給定焦距、正弦差和軸向色差的目標(biāo)值，并加入權(quán)因子進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過第一次優(yōu)化后，除了球差值外其余都達(dá)到目標(biāo)值。研MhiiCFLTKtcnEdNcr:電”MUE-DIEIEdcladiiHrip工ZP?1,■N Tuzqut Y.LRit I T'aIuh>匚CUFHfb33F7L- EHl? 22母MW l.m4Ml3“MQQM涉3H。髀shime Bum?USk LM4| | | 0.1&M44] &..-?H?50|4SUEZ L1KTSTRJLT railZ a.QaDQDD l.aODDDD 1.DDDDDO 口.的比8 口.比K>M口 D-OOMOa FLgMM。一口口口口口口gPM POffi-2 Q,口moa 0.K-MQQ§qq3gthe nmS-c -s.DDOciDi^c^j /1.口口依皿?。（0.29-1394BHUH HUffifiAXCL 1XZL13 O.^aTanD 0. b.Cf044dd -4-Od；>3>3flaCi.aadaaoIDCOE31 CCH3-i.Dwwa D.owflan -i-Maaan$_aaaaon0優(yōu)

因此要通過換玻璃的方法來控制球差。我們將雙透鏡中的K9設(shè)為變量，并且限制玻璃的變化范圍，加入球差的權(quán)因子，然后再對四個(gè)變量進(jìn)行優(yōu)化(圖示為優(yōu)化后變量)。觥，LemsDataEditorEditSalwsOption?HelpSurf'Tyt?eThleknessGiaasS4&l-DiicnsterOBJSiandardTHfS.nlc-yInfinityInflnltv5TQ*Standard114.03045ilV百,OOOOOD1,5耳上54.口V血口的』3百u2*ScandAE'd-107.048055u4.OOOOODZF120,033134u3*5『3R均才±3X，44553^E+gg-fV5Q,QQQQgMQM33NBu4*ScarLdardInfinl-cyi$o.gooogDKtIB.628479口￡*AndardInfaniryIS.BLBg：S口IHAInfinity-ia.sidanti制|MentFunctionLdHw:LU0200￡-0110EdiiTWs：Helpttp*工“”*串Qmzl^1HE二因HSCEH-1Il.TtOMQi.oMaaai.”q口門口口一時(shí)也口口??AABl?A￡1*i.WHMW-MflCiflifi九—加4MU5KCU1sfi￡.bDM4di.cn&Maacg-Maaaao.addaoEi3ZFF1.OTL工ZBD.DWO：*]i.owaaaa&o-caaaaoM.17Q&3Z$-BLHTEQJ*FT：L?XIjOKA.工l.fli3CiaQDD.ltC?E4i.oocaaa4-iiaaaoo.iaaiJGgxunc￡LBV.?TOTraxM%QMMQ\QQQQQ01.ggg*WW口.m4MT憫髀Q*4.449000ID。二工PDOf:o.E??0aaCkOOGg口i，-1101mo.aaaaao11JT/ISE'/Ig107.如岫nrvj。?.17S?7fl13SLKZSLKC13AXCLJLXCLi3G?7n7DDG0.DCO044口-oms-o-oiaaano.aaaaDD141x?acctra-l.D&Mfli]s.-w^Hoa-i-MaoaflItR20D：EGDD1314d.ctooaa1.oocaaaS：2*EM￡4.設(shè)計(jì)結(jié)果經(jīng)優(yōu)化后，將玻璃變量取消，發(fā)現(xiàn)它自動(dòng)變成N-KZFS2r澗，LensDataEditorEditSolvesOpB白 HelpSurf::TypeCanineMadiasThi.a:lEM33：&laj9S-emi-Di-ane^erOBJStandardInfxiiiiE-y工：n￡工七腎Ia.fihlty5TO*5r*g<aB117394”V—□MQQ0N-FZF3J百y￡*Srandard-ICT?--?白MTVI.QDOCiaOznao-oastai口34￡taEidard1.44&郎EMM72O.OCU23Iu44St-ftEidafdIftflhlXJfISQ.aDOOOO□1B.42S47S口5*目E.g亳工n￡1inJrj￥S3.3-45472H15.SISC29q工"Standard.Zn￡±Ei±zyll.xldtiln.設(shè)計(jì)結(jié)果的像質(zhì)評價(jià)(1)焦距(1)焦距EFFL:250(2)球差：Analysis—Miscellaneous—Longitudinalaberration—textUpdateSettingsPrintWindow0.S8002.041E-0013.€39Z^0021.81EE-0010.60002.iaoE-aoi3.94fE-0021asez-oai0.62002.1€3E-0014.270E-0021.BE8E-0010.64002.2：BE-aOLUpdateSettingsPrintWindow0.S8002.041E-0013.€39Z^0021.81EE-0010.60002.iaoE-aoi3.94fE-0021asez-oai0.62002.1€3E-0014.270E-0021.BE8E-0010.64002.2：BE-aOL4.613E-0021.8BOE-0010.6€002.29€E-00L4,97€i-00；1.304E-0010.68002.367E-001B,SSfiE-DOZ1,930=1-0010.70002.441S-001S761i-0021.95?Z-DO10.72002.519E-001S.ia6H-0'021.9e7E-001□,74002.S99E-001G.S34E-0022.QiaE-OOl0.7€002_fiS4i-00t7.105E-0022.OSli-OOl0.7A002-77SE-00I.7.C01S-0022.DSfiS-0010.00002.S€3E-001S.123Z-0022.124E'0010.02002.9saz-ooiS.fi71E-0022.1€3E-0010.B4003.05QE-0015.247Z-0022.205E-001o.efoo3.1€lE-a019.S52E-O022.249E-0010.38003.2GSE-0D11.0-492-0012.2S6E-a010.30003.3BOE-OOL1.1153-0012.346E-0010.92003.49€E-00L1.19SZ-O012.399Z-0010.9