工程光学照相物镜镜头设计与像差分析报告.doc

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1、工程光学课程设计题目：照相物镜镜头设计与像差分析院（系）名称信息工程学院专业班级光电信息科学与工程学号14010210XX学生姓名TXY指导教师2016年1月10日目录1照相物镜发展历程11.1风情摄影物镜11.2匹兹堡人物物镜11.3对称型物镜11.4三片式物镜11.5双高斯物镜21.6摄远物镜21.7反摄远物镜21.8广角物镜21.9变焦距物镜22照相物镜光学性能32.1相对孔径32.2视场角2w32.3焦距f’33设计过程53.1初始结构的选择53.2输入参数和缩放63.3在ZEMAX中进

2、行优化8总结14致谢15参考文献16照相物镜镜头设计与像差分析摘要随着信息化时代的到来，人们对照相的要求也越来越高，而照相物镜是照相机的眼睛，它的精度和分辨率直接影响到照相机的精度与成像质量。要保证所设计的照相物镜达到较高的技术要求，在设计时就必须达到更高的精度和分辨率。完成本课题需要以下几个部分第一：知晓物镜发展历程和物镜基本光学性能；第二：选择所需器件参数，符合本次课题设计要求；第三：应用ZEMAX光学设计软件进行课题设计；第四：对各结构元件进行反复的优化设计，使之达到要求的技术指标并显示快

3、速傅里叶显示图，赛德尔系数，视场、场曲失真图第五：总结了设计过程的心得体会。关键词：ZEMAX；物镜；赛德尔系数；快速傅里叶1照相物镜发展历程物镜的发展经历了许多年，经过不断地更新与发展，实际用途越来越广，质量越累越好，物镜经历了以下发展：1.1风情摄影物镜最早出现的照相物镜在1812年是单片的正月牙透镜，相对孔径小于1:14，视场50度以，可用于室外照明良好的条件下拍照。1821年出现了胶合的透镜，代替了弯月牙型的单透镜，双胶合透镜因色差得到校正成像质量有所提高，但制作成本比较高，正、负透镜分

4、离的形式可以得到更好的成像质量，因为双分离情形下可以更好地校正色散。1.2匹兹堡人物物镜1840年匹兹堡设计出了一个相对孔径为1:3.4，视场为25度左右的物镜，即匹兹堡人像物镜，该物镜可用于室摄影，是第一个依靠设计而制造出来的照相物镜。匹兹堡物镜是1910年以前的所有物镜中相对孔径最大的，它在近轴部分的成像优良，至今仍在用作电影放映物镜等须要大孔径小视场的场合，匹兹堡物镜的改进形式很多，是现在五大类物镜中的一类。1.3对称型物镜最早出现的对称型物镜，相对孔径很小，如斯坦赫尔的潜望镜头，相对孔径

5、为1:30，视场为70度，只能用做风景摄影。海普岗是这种类型的极限结构，是冯虚格在1900年设计出的，两个透镜的外表几乎是半球面，具有140度左右的视场，相对孔径很小1:30，但它具有大的无畸变视场，至今仍用在航测仪器中。数器、输入/输出接口和其他多种功能期间集成在一块芯片上的微型计算机。1.4三片式物镜1893年，塔克洛尔用分离薄透镜作为对称型的一半，设计出了柯克三片式物镜，这是能校正所有像差的一种最简单的结构，在非对称情况下，其独立变数恰能校正七种像差。这种类型现在已具有相对孔径1:4，视场

6、50度的光学性能。如果视场减小时，相对孔径可达1:2.8，现在它依旧是一种比较流行的物镜。1902年出现的天塞物镜可看做三式的后面一块正透镜改为二块玻璃胶合的结果，它在高级像差方面要比三片式要好。1.5双高斯物镜双高斯与达岗等对称物镜不同，它是用薄透镜加厚透镜的结构。由于具有小半径的厚透镜处在薄透镜后的会聚光中，近于不晕位置，因此它的像差和带像差都有所缩小，相对孔径比较大，它是现在1:2物镜的主要结构。1.6摄远物镜用正负二透镜组所构成能使摄影物长度减短的都称为摄远物镜。1.7反摄远物镜由正负透

7、镜组分离组成，负透镜位于正透镜之前，从而使主平面后移至物镜后方，达到像方顶焦距大于焦距的目的。1.8广角物镜广角物镜是以海里的全天照相物镜出发的，其视场很大。1.9变焦距物镜物镜能在一定围迅速的改变焦距，从而在投影仪固定不动的情况下获得不同比例的影像，可以代替多个定焦距摄影物镜使用。（本次涉及所使用的三片物镜是具有中等光学特性的照相物镜中结构最单，像片质量最好的一种，被广泛使用在比较廉价的135#和120#相机中，例如国产的海鸥—4、海鸥—9、天鹅相机等。这种照相物镜进一步复杂化的目的，大多是为

8、了增大相对孔径，或提高视场边缘成像质量）2照相物镜光学性能照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征，即相对孔径D/f’，视场角2w，焦距f’。2.1相对孔径相对孔径是个比值，镜头的有效的孔径与焦距比值，表示镜头的纳光束多少。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光照度E’=1/4πLτ(D/f’)2照相物镜按其相对孔径的大小，大致可分为如下表1所示：表1　照相物镜的相对孔径弱光物镜相对孔径小于1：9；普通物镜相对孔径