ZEMA光学设计报告

1、ZEMAX 光学设计报告一、设计目的通过对设计一个双胶合望远物镜，学会zemax 软件的基本应用和操作。二、设计要求设计一个全视场角为 1.56 ，焦距为 1000mm，且相对孔径为 1:10 的双胶合望远物镜， 要求相高为 y =13.6mm。三、设计过程1. 双胶合望远物镜系统初始结构的选定1.1 选型由于该物镜的全视场角较小， 所以其轴外像差不太大， 主要校正的像差有球差、 正弦差和位 置色差。 又因为其相对孔径较小， 所以选用双胶合即可满足设计要求。 本系统采用紧贴型双 胶合透镜组，且孔径光阑与物镜框相重合。1.2 确定基本像差参量根据设计要求，假设像差的初级像差值为零，即球差L0 0

2、 ；正弦差 Ks0 0 ；位置色差C 0, 由此可得基本像差参量为lFC 0 0 。那么按初级像差公式可得 S SP W C 0 。1.3 求 P0因为没有指定玻璃的种类，故暂选用冕牌玻璃进行计算,即 P0 0.0085 。选定玻璃组合鉴于 K 9玻璃的性价比较好，所以选择 K 9作为其中一块玻璃。查表发现当 C 0.000 , 与P00.0085最接近的组合是 K9与 ZF 2组合，此时对应的 P0 0.038 。此系统选定 K9与ZF2组合。K 9 的 折 射 率 n1 1.5163 ， ZF2 的 折 射 率 n2 1.6725 ， P0 0.038319 , Q0 4.284074 ,

3、 W00.06099 ，1 2.009404 ，A 2.44, K 1.72 。求形状系数 Q般情况下，先利用下式求解出两个 Q 的值： 再与利用下式求的 Q 值相比较，取其最相近的一个值： 因为 P P0 ，所以可近似为 Q Q0 4.284074 , W W0 0.06099。求归一化条件下的透镜各面的曲率求球面曲率半径整理透镜系统结构数据视场 tan0.0136（负号表示入射光线从光轴左下方射向右下方） ，物距 L （表示物体在透镜组左侧无穷远处） ，入瞳半径 h 50mm ，光阑在透镜框上，即入瞳距第一折射 面的距离为 0 。数据整理表如下所示。表 1 数据整理表玻璃牌号表中的 d 之

4、所以为零， 是因为我们为了计算方便， 在一开始时就假定了该透镜组为没有厚度 的薄透镜组。经验证该薄透镜组的像差较小，适宜作为初始结构。求后透镜组各面的球面曲率半径 考虑到任何实际的透镜组总是有一定的厚度，因此需要把薄透镜组转换成后透镜组。 根据设计要求 f 1000mm ， D / f 1/10 ，则通光口径 D 100mm。选用压圈方式固 定透镜组，该方式所需余量由光学仪器设计手册查得为3.5mm ，由此可求得透镜组的外径为 103.5mm。对于凸透镜而言；假设 x1 ， x2 分别为球面矢高， r 为折射球面曲率半径， D 为透镜外径， 如图所示，则由上式可求得 x1 2.17 ， x2

5、2.67。将所求的的结果代入下式中可求得凸透镜最小边缘 厚度 t1 ： TOC o 1-5 h z 利用下式可求得凸透镜的最小中心厚度d1 。d2 t x2 x3 11.66 2.67 1.03 10.02mm 。对于凹透镜而言：先求得 x3 1.03，再代入下式中可求得凹透镜最小边缘厚度t2 。利用下式可求得凹透镜的最小中心厚度d2 。薄透镜变换成后透镜时，应保持 u和 u 不变的条件下进行。四、设计结果1、入瞳直径的设定（图 1.1）图 1.12、视场角的设定（图 2.1）图 2.13、工作波长的设定（图 3.1）图 3.14、评价函数的选择（图 4.1、 4.2）图 4.1图 4.25、

6、系统的透镜参数表（ 5.1）图 5.16、优化工具窗口（图 6.1）图 6.17、系统的结构轮廓图（ 7.1）图 7.18、系统的 FFT MTF （图 8.1） 图 8.19、系统的 FFT PSF（图 9.1）图 9.110、系统的 FIELD CURV/DIST 图（图 10.1） （图 10.1）11、系统的 GRID DISTORION 图 （图 11.1） 图 11.112、系统的 SPOT DIAGRAM 图 （图 12.1） 图 12.113、系统的 LATERAL COLOR 图（图 13.1）图 13.114、系统的RAYFAN图（图14.1)图14.115、系统的OPDF

7、AN图（图15.1)图15.116、系统的 WAVEFRRONT MAP 图 (图 16.1) 图 16.117、系统的 diffraction encircled energy 图 (图 17.1) 图 17.118、系统的 system data (数据如下)System/Prescription DataFile : C:Program FilesZEMAXSAMPLESLENS.ZMXTitle:Date : WED OCT 29 2014GENERAL LENS DATA:Surfaces : 5Stop: 1System ApertureGlass Catalogs: Entran

8、ce Pupil Diameter = 100 : SCHOTT 中国 GB903-87Ray AimingApodizationTemperature (C): Off: Uniform, factor =0.00000E+000: 2.00000E+001Pressure (ATM): 1.00000E+000Adjust Index Data To Environment : OffEffective Focal Length :Effective Focal Length :999.6842 (in air at system temperature and pressure)999.

9、6842 (in image space)Back Focal LengthTotal Track:989.2692:1013.029Image Space F/#: 9.996842Paraxial Working F/#:Working F/#Image Space NAObject Space NAStop RadiusParaxial Image Height : Paraxial Magnification :9.996842:9.996906:0.04995335:5e-009:5013.610110Entrance Pupil Diameter :100Entrance Pupi

10、l Position :0Exit Pupil Diameter:Exit Pupil Position:Field TypeMaximum Radial Field100.4728-1004.411: Angle in degrees: 0.78Primary Wavelength: 0.5875618 祄Lens Units: MillimetersAngular MagnificationFields: 50.9952938Field Type: Angle in degrees#X-ValueY-ValueWeight10.0000000.0000001.00000020.0000000.2340001.00000030.0000000.3900001.00000040.0000000.5510001.00000050.0000000.7800001.000000Vignetting Factors#VDXVDYVCXVCYVAN10.0000000.0000000.0000000.0000000.00000020.0000000.0000000.0000000.0000000.00000030.0000000.0000000.0000000.0000000.0000