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1、-华侨大学工学院光学软件设计课程设计报告题目：一款照相物镜设计专业、班级： 13级光电2班学生：周观后*： 130250202 指导教师：倩倩分数 : 课程设计任务书课程名称：光学软件课程设计指导教师：倩倩*1302502032学生周育章专业班级光电2班设计题目一款照相物镜设计设计技术参数焦距：f=12mm 相对孔径：D/f=1/2.8 成像质量：MTF 轴上40%100 lp/mm，轴外0.70735%100lp/mm弥散斑0.05mm 最大畸变1米，f为几十毫米，因此像平面靠近焦面，所以当物体处于无限远时，像高为1-2因此半视场角=atan1-3表1-1中列出了照相物镜的焦距标准：表1-1
2、物镜类型鱼眼超广角广角标准短望远望远超望远物镜焦距f/mm7.515172024 28 355085 100135 200 300400 500600 800相对孔径决定其受衍射限制的最高分辨率和像面光照度，在此的分辨率亦即通常所说的截止频N1-4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=1/4L(D/f)2 (1-5)照相物镜的视场角决定其在承受器上成清晰像的空间围。按视场角的大小，照相物镜又分为 a小视场物镜：视场角在30以下；b中视场物镜：视场角在3060之间；c广角物镜：视场角在6090之间；d超广角
3、物镜：视场角在90以上。照相物镜按其相对孔径的大小，大致分为a弱光物镜：相对孔径小于1：9；b普通物镜：相对孔径为1：91：3.5；c强光物镜：相对孔径为1：3.51：1.4；d超强光物镜：相对孔径大于1：1.4；照相物镜没有专门的视场光阑，视场大小被承受器本身的有效承受面积所限制，即以接收器本身的边框作为视场光阑。照相物镜上述三个光学性能参数是相互关联，相互制约的。这三个参数决定了物镜的光学性能。企图同时提高这三个参数的指标则是困难的，甚至是不可能的。只能根据不同的使用要求，在侧重提高一个参数的同时，相应地降低其余两个参数的指标。早期的照相物镜是单片的正弯月形透镜，其前置一孔径光阑，之后演变
4、为双胶合弯月透镜以及正负别离透镜，这些简单的物镜相对孔径很小只能在室外照明条件良好时拍摄，又称为风景物镜。最早出现的对称型物镜，属于简单的风景物镜对称于光阑的组合，相对孔径仍然很小，如Hypogon物镜。之后又出现Protar物镜，Dagor物镜等一系列逐渐演变出来的物镜，之后出现的三片物镜是很多复杂透镜的根底，它由三片别离的薄透镜组成，在视场角为55时，相对孔径可以到达1：3.51;2.8,在视场角适当降低时，相对孔径可提高到1：2.4以上。其他还有双高斯物镜、远距物镜、反远距物镜等等复杂物镜。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构造最简单，像质最好的一种，被广泛使用在比拟
5、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，大多是为了增大相对孔径，或提高视场边缘成像质量。二、 确定初始构造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, 构造也比拟复杂, 所以照相物镜设计的初始构造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拟接近的系统作为原始系统。在选择初始构造时, 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到达要求时, 我们就可以将此初始构造进展整体缩放得到要求的焦距值。原设计要求：焦距：f=12mm 相对孔径：D/f=1/2.8
6、成像质量：MTF 轴上40%100 lp/mm，轴外0.70735%100lp/mm弥散斑0.05mm 最大畸变1%在可见光波段(取d、F、C三种色光，d为主波长) lp/mm。最大畸变1%初始参数见下列图图1、初始数据将参数输入zema*：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中的镜片焦距注意
7、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，Inde* nd中输入n值Abbe Vd中输入v值。结果如下列图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-make focus中该改焦距为12mm进展缩放。输入图1初始参数，设置相对孔径值和波段以及视场图2、设置相
8、对孔径值图3、设置波长图4、设置视场角输入焦距为12mm图5、焦距到这里，初始构造及其参数已经完成。初始Layout三、用ZEMA*优化像质评价报告图：优化前Ray Fan如图6图6、优化前Ray Fan优化前Opd Fan 如图、7图7、优化前Opd Fan优化前Spt 如图8图8、优化前Spt 优化前Mtf 如图9图9、优化前Mtf 优化前场曲和畸变如图10图10、优化前场曲和畸变经分析，像质不够好，有待进一步优化。将透镜的曲率半径和厚度作为优化变量，通过优化曲率半径和厚度来提高像质。观察赛德尔系数，发现镜面1，3，4，6，7是赛德尔数影响大的面，将这些面的曲率半径设为变量，优先优化。图1
9、1、赛德尔系数将1、3，4，6，7面曲率半径设为变量，选择快捷选项Opt，然后进展优化，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展优化。图12、优化到这一步后发现已经根本符合设计要求，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承受围之。优化后镜头数据如图13图13、优化后镜头数据优化后Ray Fan 如图图14、优化后Ray Fan 优化后Opd Fan 如图15图15、优化后Opd Fan 优化后Spt如图16图16、优化后Spt优化后Mtf如图17图17、优化后Mtf优化后
10、Lay 如图18图18、优化后Lay 优化后场曲和畸变如图19图19、优化后场曲和畸变四、结论照相物镜可以先从它的半部系统着手，这时只需要考虑校正半部系统的球差、像散、场曲、位置色差这四类轴向象差，全对称合成后，其垂轴色差自动相消。对于半部系统，采用厚透镜校正象差弯曲系数，用加无光焦度双薄透镜校正球差系数，用选取孔径光阑位置校正像散系数，再在厚透镜中加消色散胶合面的方法，校正位置色差系数。计算出初始构造参数后，通过软件进展调试优化。选取透镜的曲率半径和厚度作为优化变量。调试优化直至各参数满足设计要求。五、心得体会光学设计课程设计完毕了，通过这次课程设计，我深深体会到纸上得来终觉浅，觉知此事要躬
11、行这句千古名言的真正含义。就说论文的编写吧，各种公式的录入和各种图形的绘画，都是在这次的课程设计中学习的。通过这次的课程设计，我认识到了学习是始终伴随自己的，从开场的对ZEMA*的一窍不通，到现在能根本用它完成简单光学系统的设计优化。从开场不知道怎么使用VISIO作图，到现在能使用其作出相关的图形。当然，各种软件功能都及其庞大，但是，认识到边学边用后，自己便能在以后的工作和学习生活中更加沉着一些。在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，和同学们相互探讨，相互学习。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，
12、是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。我努力做了，虽然不是很完美，但自己也收获了些东西，相信自己会从中受益。学无止境，今后会更加努力。六、参考文献 1、钧、高明光学设计电子科技大学2006 2、光学仪器设计手册国防科技1971 3、光学设计软件ZEMA* 4、以谟应用光学机械工业1982 5、王之江实用光学技术手册机械工业出版城2006 6、光学仪器设计手册国坊工业1971光学软件课程设计成绩评定表序号评价指标总分值值得分1任务书及设计要求全面、准确102初始构造的选择及其论证充分、合理103进展像差控制和优化设计，优化合理104像质评价报告详细、准确155设计结果，根本指标的实现256一样像质情况下，片数少、材料普通107报告构造合理、规，条理清晰108课程设计过程中的学习态度认真、出勤率高10总评教师评语：指导教师年月日. z.
