設(shè)計雙膠合望遠物鏡

1、設(shè)計雙膠合望遠物鏡設(shè)計性實驗一、實驗?zāi)康恼莆誾emax光學(xué)設(shè)計軟件的使用，能進行光學(xué)器件的設(shè)計和仿真，理解各種光學(xué)設(shè)計的基本分析原理，了解像差的基本概念、意義。二、實驗內(nèi)容1設(shè)計要求： 焦距： f250 mm通光孔徑：d35 mm視場角： 26，工作中心波長為在可見光波段，入瞳與物鏡重合，物鏡后棱鏡系統(tǒng)的總厚度為 150 mm，要求：lm0.1 5mm， scm、0.003，lfc0.05 mm 2給出設(shè)計結(jié)果，并對設(shè)計結(jié)果進行分析和評價。三實驗1.總體思路和基本方法建立光學(xué)系統(tǒng)模型與其他光學(xué)自動設(shè)計軟件相似，zemax軟件進行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計時的基本流程如圖1-1所示。 套樣板 像質(zhì)評價 像質(zhì)是

2、否滿足要求公差分析 是圖表輸出等 否 優(yōu)化 其中，光學(xué)系統(tǒng)模型的建立是光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的第一步。其中各個參數(shù)的取值可以采用標準的pw算法，同時也可以通過查閱光學(xué)設(shè)計的鏡頭手冊來選擇一組合理的初始化數(shù)據(jù)。在zemax中，光學(xué)系統(tǒng)建模分為兩個方面：系統(tǒng)特性參數(shù)的輸入和初始結(jié)構(gòu)的輸入。zemax軟件同時還具有非常強大的像質(zhì)分析功能?？梢栽谥鞔翱谥械腶nalysis下拉菜單中選擇相應(yīng)的像質(zhì)評價工具。一些常用的分析功能也能通過工具欄中的圖標按鈕來快速選擇。使用者可以通過對這些圖形和文本窗口提供的菜單命令進行操作，設(shè)置需顯示或計算的內(nèi)容。zemax中的分析窗口都具有“update(刷新）”菜單命令，當(dāng)系統(tǒng)特性

3、參數(shù)或結(jié)構(gòu)參數(shù)改變時，可以通過刷新命令使zemax重新計算并重新顯示當(dāng)前窗口中的數(shù)據(jù)。zemax的優(yōu)化功能可以根據(jù)設(shè)定的一系列目標值去自動改變光學(xué)系統(tǒng)的曲率厚度玻璃二次曲面系數(shù)及其他附加參數(shù)和多重結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)等，以滿足光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性和像差的要求。在優(yōu)化過程中，使用者可以根據(jù)需要，對系統(tǒng)設(shè)定約束條件和目標。zemax通過構(gòu)造評價函數(shù)（merit function)，并采用一定的算法計算評價函數(shù)的取值，由取值的大小判斷實際系統(tǒng)是否滿足約束條件及目標的要求。2.初始結(jié)構(gòu)的選擇經(jīng)查閱資料得到初始結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表所示。 surf:type radius thickness glasssemi-diamet

4、erobjstandard infinity infinity infinitystostandard153.100006.0000000 k920.069236 2 standard-112.930004.0000000 zf120.039134 3standard-361.680050.00000020.063329 4standard infinity150.00000 k918.628475 5standard infinity infinitym15.818629imastandard infinity13.2204113. 優(yōu)化函數(shù)的確立及zemax實現(xiàn)（一）建立光學(xué)系統(tǒng)的模型（1

5、） 初始結(jié)構(gòu)的輸入； 其中因為沒有告訴后工作距，將厚度設(shè)為marginal ray height（邊緣光線高度）（2）系統(tǒng)特性參數(shù)的輸入；（主要是對孔徑視場波長進行設(shè)定）（二）像質(zhì)評價 (1) 焦距： （2）球差：analysismiscellaneouslongitudinal aberrationtext 所以可得lm=-0.06974mm；（3） 正弦差：根據(jù)初級彗差和初級正弦差的關(guān)系 scm= ks/y=-6.276404m/13.154mm=-0.000477 ks: y (4) 軸向色差lfc一般指0.707h的軸向色差，可以由chormatic focal shift獲得，即lf

6、c= lf-lc設(shè)置setting中的孔徑：觀察text： 所以可得lfc= lf-lc=0.17395333-0.08541441=0.08853892mm（3） 優(yōu)化(1)像差控制：顯然我們所得的像差與要求的像差數(shù)據(jù)有差距，所以必須要進行進一步的像差優(yōu)化。首先要在評價函數(shù)中自己來定義像差的專門控制操作：1)焦距：effl f=2502)球差控制：lona 波長號為2，孔徑為13)正弦差控制：ks由tray(hy=1.0,px=1.0)， y 由pimh得到scm= ks/y由divi得到4) 軸向色差控制：axcl，輸入波長號（1，3）和孔徑（0.707）此時求得的軸向色差和實際符號相反，

7、一般可以 乘上一個-1。(2) 設(shè)置變量現(xiàn)在除了三種像差，還有個焦距需要控制，而自適應(yīng)法優(yōu)化控制像差數(shù)必須小于自變量數(shù)的基本要求，我們現(xiàn)在僅有三個變量（棱鏡的參數(shù)顯然不變），因此先不控制球差。所以先給定焦距、正弦差和軸向色差的目標值，并加入權(quán)因子進行優(yōu)化。經(jīng)過第一次優(yōu)化后，除了球差值外其余都達到目標值。因此要通過換玻璃的方法來控制球差。我們將雙透鏡中的k9設(shè)為變量，并且限制玻璃的變化范圍，加入球差的權(quán)因子，然后再對四個變量進行優(yōu)化（圖示為優(yōu)化后變量）。4.設(shè)計結(jié)果經(jīng)優(yōu)化后，將玻璃變量取消，發(fā)現(xiàn)它自動變成n-kzfs2。5.設(shè)計結(jié)果的像質(zhì)評價：(1) 焦距(2) 球差：analysismiscellaneouslongitudinal aberrationtext 所以可得lm=0.15mm(3)正弦差：根據(jù)初級彗差和初級正弦差的關(guān)系 scm= ks/y=-42.286744m/13.098mm=-0.003 ks y (4)軸向色差lfc一般指0.707h的軸向色差，可以由chormat