照相物镜设计：焦距1mm视场角40详解.docx

照相物镜设计 一、设计要求 1、焦距：100mm； 2、视场角： 2w=40?； 3、相对孔径： D/f=1/4； 4、弥散斑直径小于0.06mm；倍率色差不超过0.02mm；畸变小于5%。 二、给出初始结构 1、根据设计要求，我们可以参考Ernostar和Tessar联合型物镜设计的相关数据，并对其进行相关改进。Ernostar和Tessar联合型物镜设计相关数据如下表所示，其中该系统的焦距f’=75.68mm；相对孔径D／f’=1：2.4；视场角2ω=56?。 半径/r厚度/d折射率/n玻璃阿贝数/ν38.3393.571.7128953.950.9880.3235.1925.491.7128953.9197.944.83-96.1441.871.636235.326.538-1074.11.381.5324645.937.0537.6-49.1351.7290454.82、根据焦距曲率镜片厚度之间的比例关系，即f1／f2=r1／r2=d1／d2,得到焦距100mm，相对孔径D／f’=1：4的透镜数据，如下表所示： 半径/r厚度/d折射率/n玻璃阿贝数/ν50.6594.7171.7128953.967.3730.42346.5017.2541.7128953.9261.5486.382-127.0402.4711.636235.335.05510.571-1419.2621.8241.5324645.948.96010.042-64.9251.7290454.83、启动ZEMAX，将修改后表中的数据进行输入，步骤如下： （1）打开ZEMAX，在主选单system下，选择wavelengths，输入所要的波长，第一列输入0.486，单位为microns，第二、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。 （2）输入孔径大小，因为设计要求相对孔径为1：4，焦距为100mm得到孔径D=100/4=25mm。在主选单system菜单中选择general data,在aper value上输入25。 （3）输入视场角，根据设计要求，设置的视场分别为0，6，10，14，20。 （4）输入曲率，面之间厚度，玻璃材质。本次设计中共有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、OBJ、IMA，在STO前后插入几组数据，除IMA外共计9组surface，按照修改后的表中数据进行输入，如下图所示，最后根据参考实验图可以确定STO在第6面上。 （5）画出图形。  = 1 \* GB3 ①点击layout画出2D图形如下：  = 2 \* GB3 ②点击spot diagram 画出的点阵图如下： 由图得其弥散斑半径大小分别为26.012um、32.990um、44.238um、55.642um、58.511um，其中大部分弥散斑半径大小大于60微米，不符合要求，故需要改进。  = 3 \* GB3 ③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 由图知畸变小于5%，符合要求。  = 4 \* GB3 ④点击lateral color，即为倍率色差： 由图知倍率色差小于0.02mm，符合要求。 综上所述，该设计不符合要求，所以我们下面要对以上数据进行优化，以使它的弥散斑直径符合要求。 三、优化 1、在本实验中，选择曲率半径为优化对象，双击surface1，在solve type下拉框中选择variable。 剩下的8个面也是这样进行设置，为了使弥散斑尽量聚焦于一点且不改变透镜厚度和镜组之间距离，将surface9名下的thickness也改为variable。 接着设置优化功能，在system的editors中选取merit function，点击tools，再点击default merit function，default merit function，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，如下图所示： 在tools 中选optimization项，按automatic，完成最佳化设计后的参数如下图所示： 下