設(shè)計(jì)雙膠合望遠(yuǎn)物鏡

1、設(shè)計(jì)雙膠合望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誾emax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的使用，能進(jìn)行光學(xué)器件的設(shè)計(jì)和仿真，理解各種光學(xué)設(shè)計(jì)的基本分析原理，了解像差的基本概念、意義。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1設(shè)計(jì)要求： 焦距： f250 mm通光孔徑：D35 mm視場(chǎng)角： 26°，工作中心波長(zhǎng)為在可見(jiàn)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(jì)結(jié)果，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。三實(shí)驗(yàn)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(dòng)設(shè)計(jì)軟件相似，Zemax軟件進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的基本流程如圖1-1所示。 套樣板 像質(zhì)

2、評(píng)價(jià) 像質(zhì)是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(jì)的第一步。其中各個(gè)參數(shù)的取值可以采用標(biāo)準(zhǔn)的PW算法，同時(shí)也可以通過(guò)查閱光學(xué)設(shè)計(jì)的鏡頭手冊(cè)來(lái)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(gè)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(shí)還具有非常強(qiáng)大的像質(zhì)分析功能?？梢栽谥鞔翱谥械腁nalysis下拉菜單中選擇相應(yīng)的像質(zhì)評(píng)價(jià)工具。一些常用的分析功能也能通過(guò)工具欄中的圖標(biāo)按鈕來(lái)快速選擇。使用者可以通過(guò)對(duì)這些圖形和文本窗口提供的菜單命令進(jìn)行操作，設(shè)置需顯示或計(jì)算的內(nèi)容。Zemax中的分析窗口都具有“Update(刷新）”菜單命令

3、，當(dāng)系統(tǒng)特性參數(shù)或結(jié)構(gòu)參數(shù)改變時(shí)，可以通過(guò)刷新命令使Zemax重新計(jì)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(biāo)值去自動(dòng)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(guò)程中，使用者可以根據(jù)需要，對(duì)系統(tǒng)設(shè)定約束條件和目標(biāo)。Zemax通過(guò)構(gòu)造評(píng)價(jià)函數(shù)（Merit function)，并采用一定的算法計(jì)算評(píng)價(jià)函數(shù)的取值，由取值的大小判斷實(shí)際系統(tǒng)是否滿足約束條件及目標(biāo)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-

4、DiameterOBJStandard 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(shí)現(xiàn)（一）建立光學(xué)系

5、統(tǒng)的模型（1） 初始結(jié)構(gòu)的輸入； 其中因?yàn)闆](méi)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(duì)孔徑視場(chǎng)波長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)定）（二）像質(zhì)評(píng)價(jià) (1) 焦距： （2）球差：AnalysisMiscellaneousLongitudinal aberrationtext 所以可得Lm=-0.06974mm；（3） 正弦差：根據(jù)初級(jí)彗差和初級(jí)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

6、獲得，即LFC= 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(jìn)行進(jìn)一步的像差優(yōu)化。首先要在評(píng)價(jià)函數(shù)中自己來(lái)定義像差的專門控制操作：1)焦距：EFFL f=2502)球差控制：LONA 波長(zhǎng)號(hào)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(zhǎng)號(hào)（1，3）和孔徑（0.707）此時(shí)求得的軸向色差和實(shí)

7、際符號(hào)相反，一般可以 乘上一個(gè)-1。(2) 設(shè)置變量現(xiàn)在除了三種像差，還有個(gè)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(gè)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(biāo)值，并加入權(quán)因子進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過(guò)第一次優(yōu)化后，除了球差值外其余都達(dá)到目標(biāo)值。因此要通過(guò)換玻璃的方法來(lái)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(duì)四個(gè)變量進(jìn)行優(yōu)化（圖示為優(yōu)化后變量）。4.設(shè)計(jì)結(jié)果經(jīng)優(yōu)化后，將玻璃變量取消，發(fā)現(xiàn)它自動(dòng)變成N-KZFS2。5.設(shè)計(jì)結(jié)果的像質(zhì)評(píng)價(jià)：(1) 焦距(2) 球差：AnalysisMiscellaneousLongitudinal aberrationtext 所以可得Lm=0.15mm(3)正弦差：根據(jù)初級(jí)彗差和初級(jí)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