基于ZEMAX的非球面摄影镜头的设计

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1、第３５卷第１１期合肥工业大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１１２０１２年１１月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＥＦＥＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＮｏｖ．２０１２Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－５０６０．２０１２．１１．０１７基于ＺＥＭＡＸ的非球面摄影镜头的设计倪绿汀，程萍，位迪（合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥２３０００９）摘要：文章利用光学设计软件ＺＥＭＡＸ以及缩放法设计一款焦距５０ｍｍ，像素为５００×１０４的非球面摄影镜头。该镜头的像元大小为２．２μｍ，镜头采用的初始结构为双高斯摄影物镜结构。该设计的最大优点在于畸变极小，小于０

2、．０５％，各个视场的调制传递函数（ＭＴＦ）值超过一般要求值，在奈奎斯特频率１／２处视场的ＭＴＦ值等于０．５８５，０．７视场之内的ＭＴＦ值等于０．４６４，各个视场的照度都能达到９５％以上。关键词：ＺＥＭＡＸ软件；摄影镜头；光学设计；调制传递函数；非球面中图分类号：Ｏ４３５文献标识码：Ａ文章编号：１００３－５０６０（２０１２）１１－１５１０－０４ＤｅｓｉｇｎｏｆａｓｐｈｅｒｉｃｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃｌｅｎｓｂａｓｅｄｏｎＺＥＭＡＸ··ＮＩＬｕ－ｔｉｎｇ，ＣＨＥＮＧＰｉｎｇ，ＷＥＩＤｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｈｅ

3、ｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）４Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｓｐｈｅｒｉｃｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃｌｅｎｓｗｈｉｃｈｈａｓ５０ｍｍｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈａｎｄ５００×１０ｐｉｘｅｌｓｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎｓｏｆｔｗａｒｅＺＥＭＡＸａｎｄｓｃａｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．ＤｏｕｂｌｅＧａｕｓｓｌｅｎｓｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｉｎｉ－ｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｐｉｘｅｌｓｉｚｅｏｆｔｈｉｓｌｅｎｓｉｓ２．２μｍ．Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎｉｓｔｈａｔｔ

4、ｈｅｌｅｎｓｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．０５％．Ｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＭＴＦ）ｖａｌｕｅｏｆｅｖｅｒｙｆｉｅｌｄｃｏｖｅｒａｇｅｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｎｏｒｍａｌｖａｌｕｅａｎｄｅｑｕａｌｔｏ０．５８５ｗｈｅｎｉｎｔｈｅｈａｌｆ－Ｎｙｑｕｉｓｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｉｅｌｄｃｏｖｅｒａｇｅ，ａｎｄｉｔｉｓｅｑｕａｌｔｏ０．４６４ｗｈｅｎｉｎ０．７ｆｉｅｌｄｃｏｖｅｒａｇｅ．Ｔｈｅｉｒｒａｄｉａｎｃｅｏｆｅｖｅｒｙｆｉｅｌｄｃｏｖｅｒａｇｅｃａｎｒｅａｃｈｍｏｒｅｔｈａｎ９５％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＺＥＭＡＸｓｏｆｔｗａｒ

5、ｅ；ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃｌｅｎｓ；ｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎ；ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＭＴＦ）；ａｓｐｈｅｒｉｃｉｔｙ广泛的应用，尤其是在军事领域中，可以在军事观０引言察、侦查以及搜索指挥中得到应用。球面镜片具有球差像差的先天缺陷，从而带１摄影镜头设计技术指标来了无法克服的光斑现象，而非球面镜片使光线经过高次曲面的折射，就可以把光线精确地汇聚本产品的有效像素为２５８０×１９３６，总像素到一点。一片非球面镜片就能实现多个球面镜片为５００万像素，像元大小为２．２μｍ×２．２μｍ，其校正像差的效果，这样非球面镜头可以有效地减ＣＣＤ的有效面积为５

6、．６８ｍｍ×４．２６ｍｍ，对角线少镜片数量，从而减小了体积和质量。长度为７．１ｍｍ。设计中取对角线的１／２作为系非球面镜头成为佳能、索尼及奥林巴斯等各统的像高。相对孔径Ｄ／ｆ＝１／２，Ｄ为透镜孔径，大公司的热门镜头。由于它在低照度下所表现出焦距ｆ＝５０ｍｍ。的优越性能，非球面镜头必将在视频监控中得到由于摄影系统的ＣＣＤ的像元取分立值，其允收稿日期：２０１２－０４－０９；修回日期：２０１２－０６－１４作者简介：倪绿汀（１９８７－），女，江苏泰州人，合肥工业大学硕士生；程萍（１９５７－），女，安徽滁州人，合肥工业大学副教授，硕士生导师．第１１期倪绿汀，等：基于ＺＥＭＡＸ的非球

7、面摄影镜头的设计１５１１许的奈奎斯特频率为２２７ｌｐ／ｍｍ，为了获取优秀δＬ，…）放大Ｋ倍，角量（如ω，ｓｉｎｕ）和相对量（如的成像质量，此处全视场的调制传递函数（Ｍｏｄｕ－δｙ′）不变。其中，ｒ为半径；ｄ为透镜间距；ｌ为物ｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ，简称ＭＴＦ）值应大于距；ｙ为物高；δＬ′为轴向球差；ｕ为孔径角；δｙ′为０．３。畸变。（３）本文中Ｋ＝５０／８０．５６＝０．６２。２设计方案３镜头设计结构的优化２．１初始结构设计［１］镜头初始结构的选择非常重要，较好的初通过缩放法得到的结构比较接近所需的结始结构