光学设计照相物镜的设计

——照相物镜设计

班级：******** 学号：************* 姓名：*** 一、系统设计要求：

1、焦距：f’=15mm； 2、相对孔径：1/2.8；

3、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光）

4、视场角2w=74°

二、设计过程

1,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，初始参数为：

焦距分f’=42.12mm;相对孔径1：2.8；视场角2w=54°，其余参数见下表1 r1=13.44 r2=30.996 r3=-40.614 r4=13.44 r5=32.508 r6=-27.006 d1=4.41 d2=4.41 d3=1.01 d4=2.39 d5=3.36 n=1.67779 n=1.59341 n=1.69669 v=55.2 v=35.5 v=55.4 后置光阑三片物镜原始结构如下

输入初始参数

2,优化设计过程

将参数输入zemax：其中第六面设为光阑面，厚度设为marginal ray height，移动光标到STO光阑面的“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，顺序输入上表1中的镜片焦距（注意OBJ面不做任何操作）；在镜片厚度（Thickness）列顺序输入表1中的镜片厚度；在第七个面厚度处单击右键，选择面型为Marginal Ray Height。在镜片类型（Class）列输入镜片参数，方法是:在表中点右键对话框Solve Type选中Model，Index nd中输入n值Abbe Vd中输入v值。结果如下在system-general-aperture中输入相对孔径值2.8，在system-wavelength中输入波段，然后在tools-make focus中该改焦距为15mm进行缩放。

3,设置相对孔径值和波长

输入焦距15mm进行缩放：

4,定义视场如下

此时得到初始结构及参数如下图

5,优化设计过程

利用ZEMAX得到初始结构的M TF 曲线可看出成像质量很差, 因此需要校正像差。该结构可以用作优化变量的的数据有：6个曲率半径，2个空气间隔，3个玻璃厚度。首先使用Default Merit Function建立缺省评价函数进行优化，

选择Editors-Merit Function，在第一行中先输入EFFL，目标值设为15，权重设为1。再输入SPHA和MTFA，在Target中输入0.4，在Weight中输入1。再选择Tools-Default Merit Function，选择OK，建立缺省评价函数。

EFFL：指定波长号的有效焦距。

SPHA：指球差，如果Surf=0，则指整个系统的球差总和。 MTFA：弧矢和子午的调制传递函数的平均值

然后在Analysis-Aberration Coefficients-Seidel Coefficients中查看，找出对赛得和数影响大的面，将这些面的曲率半径设为变量，优先优化。

发现第一面和光阑面影响较大，优先优化。先将STO面的类型改为Even Asphere，将1、6面曲率半径设为变量，选择快捷选项Opt，然后进行优化，优化后取消变量，将剩余面的曲率半径设为变量，再次优化，完毕后取消变量。再将透镜间隔和玻璃厚度先后进行优化。根据其中像差的变化不断的对数据进行常识性优化，再根据2D图适当调整曲率半径和厚度，每次调整后再次优化实时关注MTF图的曲线变化，最后使各个参数都在可接受范围之内，完成设计。

6,优化结果和分析如下

由2D LAYOUT图可知，主要光线聚焦完美，但视场为1的远场光线聚焦不是完善，这并不影响照相物镜的照相要求，相片的外围的稍微模糊不影响相片的质量。

像差特性曲线

点列图：由Spot Diagram点列图可知，前五个视场的能力集中在中心区域。

FFT调制传递函数：由FFT MFT图可知，大部分光线与坐标轴所围的面积已经得到很好的优化。

场曲与匹兹伐曲线：由Field Curv\\Dist图可知，三种波的子午场曲和弧矢场曲间的距离小，高级求差得到良好优化。

塞德和系数：由塞德和系数图表分析后，影响像差的系数变小，最后整个系统球差0.000192，慧差0.000432，像散0.002716，

本设计的优化结果中，

由2D LAYOUT图可知，主要光线聚焦完美，但视场为1的远场光线聚焦不是完善，这并不影响照相物镜的照相要求，相片的外围的稍微模糊不影响相片的质量。 由RAY LAN图可知，子午球差已经很小，也只有远视场稍微大些。

由Field Curv\\Dist图可知，三种波的子午场曲和弧矢场曲间的距离小，高级求差得到良好优化。

由Spot Diagram点列图可知，前五个视场的能力集中在中心区域。

由FFT MFT图可知，大部分光线与坐标轴所围的面积已经得到很好的优化。由塞德和系数图表分析后，影响像差的系数变小，最后整个系统球差0.000192，慧差0.000432，像散0.002716， 综上所述该设计基本满足设计要求。