设计实例zemax设计照相物镜详细过程课件.ppt

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1、照相物镜镜头设计与像差分析设计实例光学设计流程光学设计初始结构方法1、计算法2、计算结合经验法3、经验法4、查资料法(孔径、视场、波长、焦距，整体缩放)查资料法:确定初始结构查资料法E.F.L----EffectiveFocusLength（有效焦距）B.F.L----BackFocusLength（后工作距）FNo.----FNumber（相对孔径）F.A.----FieldAngle(视场角)照相物镜设计实例照相物镜的技术指标要求：焦距：f’=9.6mm；焦距：f’=9.6mm；相对孔径D/f’不小于1/2

2、.8；图像传感器为1/2.5英寸的CCD，成像面大小为4.32mm×5.76mm；后工作距>5mm在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)；1m成像质量，MTF轴上>40%@100lp/mm轴外0.707>35%@100lp/mm?最大畸变<1%任务：1、简述照相物镜的设计原理和类型；2．确定照相物镜的基本性能技术指标要求，并要通过查资料确定恰当的初始结构；3．输入镜头组数据，设置评价函数操作数，进行优化设计和像差结果分析；4．给出像质评价报告，撰写课程设计论文Step1:确定照相物镜的基本性能要求

3、焦距：f’=9.6mm；FNo.>1/2.8；像高：y’=sqrt（5.76^2+4.32^2)/2=3.6mm视场角：atan（y’/f’）=20.55度后工作距>5mm反远距比：>5/9.6=0.5208在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)；5m成像质量，MTF轴上>40%@100lp/mm轴外0.707>35%@100lp/mm最大畸变<1%5.76mm4.32mmE.F.L----EffectiveFocusLength（有效焦距）B.F.L----BackFocusLength（后工作

4、距）FNo.----FNumber（相对孔径）F.A.----FieldAngle(视场角)Step2:确定初始结构Step3:输入初始结构(上一页的上面一组数据初始结构的选择照相物镜属于大视场大孔径系统,因此需要校正的像差也大大增加,结构也比较复杂,所以照相物镜设计的初始结构一般都不采用初级像差求解的方法来确定,而是根据要求从手册、资料或专利文献中找出一个和设计要求比较接近的系统作为原始系统。在选择初始结构时,不必一定找到和要求相近的焦距,一般在相对孔径和视场角达到要求时,我们就可以将此初始结构进行整体缩放

5、得到要求的焦距值照相物镜的视场角和有效焦距决定了摄入底片或图像传感器的空间范围,镜头所成的半像高y′可用公式y′=-f′tanw计算,其中f′为有效焦距,2w为视场角。半像高y′应稍大于图像传感器CCD或CMOS的有效成像面对角线半径,防止CMOS装调偏离光轴而形成暗角。经过简单计算：y’=sqrt(4.29^2+5.76^2)/2≈3.6mm,w=atan(y′/f′)≈16.66°视场角2w=33.32°。在光学技术手册查询后选定初始结构为后置光阑的三片物镜（如图1），初始参数为：焦距f’=42.12mm;

6、相对孔径1：2.8；视场角2w=54°，其余参数见表1-2。表1-2(查光学设计手册得到的照相物镜初始结构）半径（r）厚度（d）折射率（n）阿贝数r1=13.44d1=4.41n=1.67779v=55.2r2=30.996d2=4.41r3=-40.614d3=1.01n=1.59341v=35.5r4=13.44d4=2.39r5=32.508d5=3.36n=1.69669v=55.4r6=-27.006可以设计如下其它结构(后置光阑三片物镜原始结构)将参数输入zemax：其中第六面设为光阑面，厚度设为m

7、arginalrayheight，移动光标到STO光阑面（中间一个面）的“无穷（Infinity）”之上，按INSERT键。这将会在那一行插入一个新的面，并将STO光阑面往下移。新的面被标为第2面。再按INSERT键两次。移动光标到IMA像平面，按INSERT键两次。在LDE曲率半径（Radius）列，顺序输入表1-2中的镜片每个面的曲率半径（注意OBJ面不做任何操作）；在镜片厚度（Thickness）列顺序输入表1-2中的镜片厚度；在第七个面厚度处单击右键，选择面型为MarginalRayHeight。在镜片

8、类型（Glass）列输入镜片参数，方法是:在表中点右键对话框SolveType选中Model，Indexnd中输入n值，AbbeVd中输入v值。结果如下图2-1在system-general-aperture中输入相对孔径值2.8，在system-wavelength中输入所选波段，根据要求选d光为主波长。然后在tools-makefocus中改焦距为12mm进行缩放。Step4:输入