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1、照相物镜设计汉口学院应用光学课程设计报告报告题目：照相物镜设计学生姓名：学 号：专业班级：授课老师：二O 一四年十二月录一、 选题背景3二、 设计要求4三、 外形尺寸计算4四、 结构选型及参数计算 51. 结构选型52. 参数数据6五、 ZEMAX初始数据61. 初始结构参数 62. 缩放焦距83. 更换玻璃8六、 ZEMAX校正数据101. 设置约束对象 102. 设置变量113. 优化114. 最终结构数据 11七、 像质评价 121. 2D 草图 122. 场曲和畸变 123. 快速傅立叶变换调制传递函数 134. 标准点列图 135. 光线像差特性曲线 146. 光路特性曲线 14八、
2、 零件图15九、 学习体会 16十、参考文献 17一、选题背景照相机广泛应用于社会生活的各个领城，已成为科研、国防、生产、教育以及文化生活各领域中的重要手段。 它给人类的文明生活带 来了许多方便，随着科学技术的发展，人们物质文化生活水平的提高， 社会上的照相机也发展的越来越快，越来越普及了。照相机是由镜头，光圈，快门，取景器，测距器，卷片，机身（暗 箱）等主要部件构成的。其中镜头的作用是通过光线把景物集结成影 像并投射到感光片上，使感光片接受清晰的影像，它的好坏直接决定 了照相机的性能。照相物镜的光学特性一般用焦距 f，、相对孔径 D/f 、视场角26表示。此外还提出分辨率的要求，作为保证产品
3、质 量的技术条件。照相物镜的结构型式很多，而且不断有新的型式出现。选用照相 物镜的原则应该是：既能满足光学性能和成像质量的要求，而结构又 最简单。双高斯物镜是具有较大视场（大约20 =400左右）的物镜中相对孔 径最先达到1/2的物镜1225。双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲 的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1-1.1所示。图 1-1.1图 1-1.2图 1-1.3双高斯照相物镜是目前多数大孔径物镜的基础，它的演变型式很多，它的复杂化目的是为了改善成像质量， 如图1-1.2所示，或者是 为了增大相对孔径，如图1-1.3所示，相对孔径可达1/0.95。由于 双高斯
4、物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。设计这种 类型的系统时，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校正 2167。二、设计要求设计一照相物镜，其相关技术要求为1238:焦距f，= 30mm相对孔径D/ f = 1/ 2;视场角20 =40%系统畸变 0.4 。三、外形尺寸计算由于照相物镜结构比较复杂，而且它们的结构主要是由高级相差 决定的，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，通过相差计算逐步进行修改， 达到满足要求的光学特性和成像质量2176 O在选择初始结构时,不必一定找到
5、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 得到要求的焦距值。四、结构选型及参数计算1 .结构选型f : = 30mm;D/ f = 1/ 2= D = 15mm;20 = 400=20 。根据所要求的技术条件，选用双高斯物镜结构较为合适3。利用光学设计软件CODE川找到一个合适的初始结构4 ,来自 美国专利2117252的初始结构5。其相对孔径和视场角都满足要求，如图4-1.1所示图 4-1.12 .参数数据其默认结本勾参数为 广=1时的数据，见表4-2.1表4-2.1默认结构参数表面编号表面类型厚度玻璃折射模式物面球面1球面2球面3源面4豚面5
6、球面光阐球面添而18染面9海面10诲面11球面无限 10,6402 6345 _J0.4016 1”2.25376苕希 | 无限 1-0,2873 0.4613 -O. 371817785 :“-i6339无限0.0795610000.5330000.00500.1451623400.5620000.0398608300.3960000.00940.09940.0398605400.38000001292 52 口900.5720000.00500 0805623400.6620000.6539 30.00000.3090 寸0.3015O0 2578O0.2182O0.1644心0.1595
7、O0.1549Q0.1977O0.205800.241300 2480O0.3612心41 41S3一 HJ - 4J -17- -nq- -五、ZEMAX初始数据1.初始结构参数打开ZEMAX,设置相对孔径值，如图5-1.1所示。Files Non-Sequential | Polarization | Ray Aiming | Mise, Aperture Title/Notes | Units | Glass Catalogs Environment图像空间F/fl光圈教11：2变迹法：lUnifcrm变迹因子:o远心光阑面图 5-1.1按照镜头专利数据如图5-1.2所示，设置视场角及渐
8、晕系数如图5-1.3所示#图 5-1.2Field Data精定。放弃iga(Set)7ig(V)漕除仁1唠叮8排序帮助保存加载使用上视场丁初场故重VBXVDYvexVCYVIM0 1001, 00300. 000000, 00：00o, ooooo0, 003000, 00： 00“2014I. 00000. 0000010. 000000. 000000. 2000010. OOOOO,F 30201.00000. 000000. 000000. 000000. 400000. ooooo4口0二 00000. 00000口. 000000. 0000。o. ooooo0. ooooo50
9、01, 00000. 000000. ooooo0, 00000o. oooooo, ooooo方00：7ooooo, ooooo|0- 0000bo. oooooo, ooooo0. ooooo0F：7obooo, ooooo|o7oooocTo, ooooo0, oooooo, oooooFa。1。|1. 00000. 00000|0. 00000o. oooooo. oooooo. oooooF90F1. 00000. 000000. 00000o. ooooo|o. oooooo. ooooor io0F1. 00000. 000000. 00000CL 00000o. ooooo0.
10、 ooooor n0E二 0000色 000000. 00000o. oooooo. ooooo0. ooooor 120F二 00000. 000000. 00000o. oooooCl OOOOO0. ooooor图像近他高度其实图像高度角度（度） 物面后度图 5-1.3将表4-2.1中初始参数输入ZEMAX如图5-1.4所示Surf:TypeCoimeni;RadiusThlsknftsaGlassStffld-DlMjecezOBJIftfifiicyIfiflalty1StH.d.d.rdQ.402200-079531161,53-30.290342Standard2 .皿至5口t9
11、71D0DE.-0D30.2S5B793Standard0.401430O-1-4S1411.62.1匕34StandAEd2 .*$兴。口4. 1 -1p 3 d-gd5然一5D,0tS4130,16161#5TOStaindardI-ofinity0,16063175弓占靠dard。工日了融。0.039751.61P3S.OB5Ear.darc30.4C1ZSOD.1292371-62,57.20.2D33229-O.371010tS71DaDE-aD3a.211796ID5ta,d.4.xd1.776SOO。口H05251.53 52口,25。的411Standard-1bO3390D仃
12、653勺03制0.2S7452St ar.dj.rdZn famty-图 5-1.42 .缩放焦距默认结构参数为f = i时的数据，输入焦距30mmffi行缩放，如图5-2.1所示。建立焦长焦点的长度二30确定放弃(C)|图 5-2.1缩放后得到我们所设计的焦距f = 30mm勺初始参数，如图5-2.2 所示。stuffCamr.eDEEadiuaTtilclcn-easGlass3MLi-D工 amsEEHOBJS t az； da r dInfinityInfinityInf jjaiey1St a zl di rd，右L B3.3a.iaso?,2St-andazd? 9-0311121631J,D4B5SS*3X15,:UEXN7,1-2533343G3靠dard标3函二百lr1929)141,方L,由副5工修5Scantlard7.3M2792.9B230D4.936295TDSE-azsda.
