【精品原创】1“光学系统课程设计”期末报告

《【精品原创】1“光学系统课程设计”期末报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、双高斯成像结构仿真与杂散光分析金远，王加琪（浙江大学光电信息工程学系，杭州310027）摘要：本课题设计并实现了一种新型的双高斯成像系统，在Zemax上实现了优化及性能提升，并采用ASAP软件实现了系统的进一步优化，完成了系统的封装，并使用ASAP软件完成了系统的整体设计和杂散光分析。最后创新性的选用了遮光板实现了杂散光的滤除。本课题巧妙结合了本学期所学的两种软件，完成了双高斯成像系统的结构仿真和杂散光分析。关键词：双高斯结构；ASAP仿真；高级系统分析程序；杂散光分析0引言全1890年，Baush&Lomb公司投资研发AlavnG.

2、Clark这种结构的广角镜头，一直卖到1898年（但是这样的镜头卖得并不好，后来停止生产）。接着有更多的欧洲光学设计人员开始注意到双高斯结构并开始研发，有的公司的同类产品一直卖到193（）年。1930年后，较典型的DoubleGauss镜头是ZEISS的Topogon广角镜（视角约90度）；这颗f/6.3的广角镜用于空照用镜多年，是当时的空照标准用镜，变形率很低。此后，在第二次世界大战期间与战后，挂着各家厂牌的双高斯结构的镜头大量问世，但这些镜头其实都是将Baush&Lomb公司的Melrogon镜头所改良的双高斯镜头。当时Metro

3、gon的DoubleGauss4片结构的新月型镜片曲率很大，容易造成镜片光轴凸向底片，而镜片边缘离底片偏远，而造成画面照度不平均，产生严重的暗角。当时双高斯结构的镜头，需要用中央渐层减光滤镜来搭配使用，以防暗角。1896年，PaulRudolph注意到双高斯结构可以帮助他设汁岀更好的镜头，因为双高斯是对称式的的结构，可以使设计者能减少很多的像差的控制自由度。但是原木的双高斯4片薄形半月镜结构，正与负镜片之间的间隔很大，斜行光线入射的像差（如coma,及astigmatizm像差）会很明显，即使将光圈缩到f/8都很严重。这个问题在Pau

4、lRudolph手中解决了！他把原本薄的新月型负镜（thinmeniscus）加厚，这使得正与负之间的镜片距离减小，进而降低了斜射光线所造成的像差。但是双高斯仍有色差控制问题要解决，Rudolph为时找不到足够低色散的玻璃来抑制（1896年还没冇高折射率玻璃），但是他发明了一种设计方式来代替。Rudolph的双高斯结构控制色差的方法，就是将原本加厚的负镜再分成两片，然后再胶合起来。这种方法跟上述加厚凹负镜的两种改良，是Rudolph版的PLANAR的精髓所在！1双高斯系统介绍双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。双高斯物镜是以厚透

5、镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成,如图1所示。Fig.l1.1结构特点由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。设计这种类型的系统时，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校止。在双高斯物镜屮依靠厚透镜的结构变化可以校止场曲，利用薄透镜的弯曲可以校止球差，改变两块厚透镜之间的距离可以校止像散，在厚透镜屮引入一个胶合面可以校止色差。双高斯物镜的半部系统可以看作是山厚透镜演变而来，一块校正了匹兹万场曲的厚透镜是弯月形的，两个球面的半径相等。在厚透镜的背后加上一块正、负透镜组成的无光焦度薄透

6、镜组，対整个光焦度的分配和像差分布没有明显的影响，然后把靠近厚透镜的负透镜分离出来，且与厚透镜合为一体，这样就组成了一个两球面半径不等的厚透镜和一个正光焦度的薄透镜的双高斯物镜半部系统。这个半部系统回来了承受无限远物体的光线时，可用薄透镜的弯曲校止其球差。由于从厚透镜射出的轴上光线近似平行与光轴，因此薄透镜越向后弯曲，越接近与平凸透镜，其上产生的球差及高级量越小。但是，该透镜上的轴外光线的入射状态变坏，随着透镜向后弯曲，轴外光线的入射角增大，于是产牛了较大的像散。为了平衡，需要把光阑尽量地靠近厚透镜，使光阑进一步偏离厚透镜前表面的球心

7、，用该面上产生的止像散平衡。于此同时，轴外光线在前表面上的入射角急剧增大，产生的轴外球差及其高级量也在增大，从而引出了球差校止和高级量减小时，像散的高级量和轴外球差增人的后Pb=PelPa-Pa^aPal=Pa^a及式子果。相反，若将光阑离开厚透镜，使之趋向厚透镜的前表而球心，则轴外光线的入射状态就能大大的好转，轴外球差很快下降，此时厚透镜前表面产生的正像散减小。为了平衡，薄透镜应该向前弯曲，以使球面与光阑同心。这样一来,球差及其高级量就要增加。以上分析表明：进一步提高双高斯物镜的光学性能指标，将受到一对牙盾的限制，即球差高级

8、量和轴外球差高级量的矛盾。解决这対矛盾的方法有三种：第一，选用高折射率低色散的玻璃做正透镜，使它的球面半径加大。第二，把薄透镜分成两个，使每一个透镜的负担减小，同时使薄透镜的半径加大。第三，在两个半部系统之间引入无焦度的