折衍混合低倍望远物镜

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1、光学设计报告刘生润中国科学院大学光学设计报告设计名称：折衍混合低倍望远物镜培养单位：西安光学精密机械研究所学生姓名：刘生润学生学号：2015280142200181/14光学设计报告刘生润一、设计指标设计一个折衍混合低倍望远物镜，光学特性要求如下(自己选择)：放大倍率4，通光口径15mm，视场角：2ω=6°，单透镜(单一材料)：K9，可见光波段，焦距：100mm二、系统初始结构确定1、设计步骤1）求解初始结构的基本参数2）利用传统的方法先优化单透镜系统3）加入二元面来结合A1，A2再进行优化2、根据像差特性参数计算确定的初始结构（参考文献：

2、《折衍混合单透镜替代双胶合望远物镜的设计研究》，赵丽萍，邬敏贤。清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室）图1本次设计采用图1的结构，前面为球面，后面为平面，并且二元面在平面上加工。2/14光学设计报告刘生润设前后折衍射透镜折射率分别为nn12,，阿贝数分别为12,。衍射光学d透镜对d光的等效阿贝数：2=3.452FC折射透镜材料选为K9，阿贝数1=64.1，折射率n11.5164。'12由121/f0.01，012求得164.110.010.00951264.1

3、3.45223.452420.01255.1110213.45264.1n11.51641r54.35810.00951设旋转对称二元光学衍射面的半径为r，其相位函数表示形式为：224Φ()r(Ar12Ar)系数A1决定二元光学元件的光焦度，对于主设计波长为d=0.5896μm的衍射光学透镜，当照明波长为时光焦度为：2mA1d式中m为衍射级次，一般m=1，4由于d216.375102mA4求得，A12/22.55510当采用弯曲系数B=1的结构

4、时对应的初级球差、慧差系数如下：43yn2n24(n1)3n2S[()]I24n1nn(1)nn(1)n22yHn12n1S[]II2nn(1)n3/14光学设计报告刘生润计算混合单透镜的总球差系数为：43yrefn24n24(n1)3n2S[()]8mAy0I224n1nn(1)nn(1)n其中0.949=0.00949ref对系统消球差，则需满足上式：解得7A2.36102最终结构参数Surf：typer/mmd/mm玻璃STO（standard）54.3584

5、K9Binary2Infinity96.547724（3）给出波长、视场、入瞳、玻璃库的数据视场设置波长设置4/14光学设计报告刘生润入瞳数据玻璃库（4）给出计算得到的结构参数初始结构参数（5）给出初始二维图，并判断透镜边缘厚度是否合理，光线有没有在像面理想聚集？5/14光学设计报告刘生润初始结构的二维图和渲染图光线理想的聚焦在像平面。三、像质评价（初始结构）1、像差分析6/14光学设计报告刘生润初始结构的垂轴像差特性曲线和光程差特性曲线初始结构的纵向像差特性曲线和场曲畸变曲线球差和纵向像差比较大，场曲畸变比较小2、点列图与调制传递函数分析球

6、差比较大，象散比较严重，而且系统分辨率很低。7/14光学设计报告刘生润初始结构的点列图和FFT-MTF特性曲线四、优化设计1、选择变量加入二元面，输入A1，A2，选择，第一面曲率半径，像距，A1、A2为变量，进行优化。设置变量后的结构参数2、设置优化操作数并执行优化选择优化操作数:EFFL100优化操作数（3）执行优化，经过多次优化，最终得到的结构参数：8/14光学设计报告刘生润五、最终优化结果误差计算100.003100焦距误差E1100%0.003%100误差都很小，说明优化的结构比较好。六、系统数据报告和图表给出最终优化设计后的

7、系统数据报告和系统图。9/14光学设计报告刘生润系统数据报告10/14光学设计报告刘生润系统图表报告11/14光学设计报告刘生润12/14光学设计报告刘生润最终的像差曲线和初始结构的相差对比发现，球差和纵向色差以及系统分辨率都有所提高，而且通过阅读文献发现，折衍混合单透镜替代双胶合望远物镜可以缩减光学系统的重量和体积以及成本。七、设计总结1、本系统涉及到计算，需要计算出初始结构参数，这些可以根据以前的知识计算得到。主要是在后面的玻璃材料的选择上面，直接采用了文献里面提到的玻璃。2、因为单透镜的结构比较简单，涉及到的变量和优化函数比较少，所以优

8、化相对会简单一点。3、因为是初次接触zemax，再者对像差还没完全理解，对很多像差13/14光学设计报告刘生润曲线理解不是很透彻，有些曲线甚至看不太懂，导致在优化的