大倍率远摄照相物镜的设计与优化

大倍率远摄照相物镜的设计与优化

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1、※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2010级物理学应用光学课程设计应用光学课程设计报告书课题名称大倍率远摄照相物镜的设计与优化姓名夏玉学号101210146院、系、部通信与电子工程系专业物理学指导教师熊翠秀2012年12月16日23一、设计任务及要求:设计任务:设计一个大倍率远摄照相物镜并将其进行优化要求:1焦距;2相对孔径;3物方视场角°;4像方顶焦点´F。指导教师签名:年月日二、指导教师评语:指导教师签名:年月日三、成绩验收盖章年月日23大倍率远摄照相物镜的设计与优化1设计目的(1)了解设计光学仪器的基本流程。(2)熟悉ZEMAX软件,掌握用ZEMAX软件分析

2、和校正初级像差的程序,并能利用ZEMAX软件优化设计。(3)熟悉了解操作Word文档的基本操作方法。2设计思路(1)了解原有大倍率远摄照相物镜的基本结构。(2)学习ZEMAX软件操作的步骤和原理。(3)利用ZEMAX软件,输入镜头组数据,设置评价函数,进行优化设计和像差结果分析。(4分析结果后写出心得体会。3设计过程3.1背景知识3.1.1引言在几何光学中,我们学习了解过光学系统的成像的一些基本规律,主要研究物体经过光学系统成像的大小、位置和正倒等问题,再根据仪器的成像要求,来确定光学系统的各个透镜的焦距、口径等,这些都是在解决光学系统的外形尺寸的问题。然而,我们所做的这些问题

3、都是根据理想的光学系统的理论来实现的,这时我们认为的系统所成的像为“理想像”或“完善像”。但是,对于实际光学系统来说,只有在近轴区才能像理想光学系统那样具有完善成像的性质。实际光学系统,除了平面镜外,成像总是不完善而存在像差的,具有这种成像缺陷的光学系统是不能满足使用要求的,在设计光学仪器时必须适当的选取光学系统的结构参数来调整所设计的仪器,从而对仪器的像差得到校正,以满足我们的需要。我们常用来设计光学系统的软件是ZEMAX23,它具有强大的结构数据优化功能,利用此软件,我们可以得到较为准确的系统设计草图,为我们实际加工提供便利。本文将通过对大倍率远摄照相物镜的设计与优化来展现

4、出ZEMAX的强大功能和了解像差的相关知识。3.1.2照相物镜的简介照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。即焦距、相对孔径和视场角2。照相物镜的焦距决定所成像的大小Ⅰ)当物体处于有限远时,像高为(1)式中,为垂轴放大率,。对一般的照相机来说,物距l都比较大,一般>1米,为几十毫米,因此像平面靠近焦面,,所以(2)Ⅱ)当物体处于无限远时,→∞像高为(3)因此半视场角(4)相对孔径决定其受衍射限制的最高分辨率和像面光照度,在此的分辨率亦即通常所说的截止频N(5)照相物镜中只有很少几种如微缩物镜和制版物镜追求高分辨率,多数照相物镜因其本身的分辨率不高,相对孔径的作用是为了提高像面

5、光照度(6)照相物镜的视场角决定其在接受器上成清晰像的空间范围。按视场角的大小,照相物镜又分为:(1)小视场物镜:视场角在30°以下;23(2)中视场物镜:视场角在30°~60°之间;(3)广角物镜:视场角在60°~90°之间;(4)超广角物镜:视场角在90°以上。照相物镜按其相对孔径的大小,大致分为:(1)弱光物镜:相对孔径小于1:9;(2)普通物镜:相对孔径为1:9~1:3.5;(3)强光物镜:相对孔径为1:3.5~1:1.4;(4)超强光物镜:相对孔径大于1:1.4。照相物镜上述三个光学性能参数是相互关联,相互制约的。这三个参数决定了物镜的光学性能。企图同时提高这三个参数

6、的指标则是困难的,甚至是不可能的。只能根据不同的使用要求,在侧重提高一个参数的同时,相应地降低其余两个参数的指标。3.2确定初始结构3.2.1初始参数的选取根据设计要求,可以选取出最佳的初始参数,参照参考文献[2]。如表3.1所示:表3.1大倍率远摄照相物镜初始参数半径厚度折射率玻璃阿贝数0.421560.066761.6425058.09-0.882140.019451.7283028.6618.000730.01183-1.372880.019451.6544633.79-5.306490.522030.342020.022341.7578731.561.174960.03

7、859-0.320690.005291.6501639.310.69782其中;相对孔径;物方视场角°;像方顶焦点´F。233.2.2确定初始结构图形初始结构图形如图3.1所示:图3.1原理图3.3用ZEMAX设计3.3.1打开ZEMAX.如图3.2所示:图3.2新镜头3.3.2输入波段在主选单system下,圈出wavelengths,输入三列不同的波长,在primary中点击选2,即用第二个波长为近轴波长。如图3.3所示:图3.3波长输入图233.3.3输入孔径大小已知相对孔径D/f´=

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