2014-实验四三片式照相物镜设计.doc

实验四 三片式照相物镜设计实验目的：n 掌握利用缩放法进行光学设计的基本步骤；n 掌握玻璃库的使用；n 掌握光学传递函数MIT对光学系统的表征；n 掌握thickness的solve type设置（Marginal Ray Height和Edge Thickness）；n 掌握多个操作数进行优化的方法。实验要求：要求设计一个三片型照相物镜，光学特性要求为：焦距 相对孔径 视场角 光谱范围： 486nm，587nm，656nm，以587nm为主波长根据光学特性和像方焦截距的设计要求，从专利资料中选用了如图1的三片型照相物镜专利。专利中给出的系统的光学特性为：，图1 三片式照相物镜参考结构参数如表1所示：表1 结构参数表SurfaceRadius(mm)Thickness(mm)GlassOBJInfinityInfinity157.218897.999855nd=1.61765，vd=58.630001(SK4)22364.00612.20066STOPInfinity3.1197174-166.43052.999634nd=1.625360，vd=35.56001(F7)554.6646233.685446232.09167.483322nd=1.61765，vd=58.6300017-154.2184193.9784IMAGEInfinity实验报告基本要求： （1） 输入参考镜头的结构参数：镜头数据（lens data editor）、视场（0,4.8,8,11.2,16）、波长和孔径；根据提供的折射率和阿贝数，在玻璃库SCHOTT.AGF选择相应的玻璃牌号；给出初始结构包含玻璃的镜头数据图、视场设置图、波长设置图和孔径设置图；给出参考结构的像差特性曲线：ray fan图、OPD图、点阵图(波长2)、MIT图、单色球差图（波长2）、单色畸变/场曲图（波长2）；（2） 计算设计结构和参考结构的缩放因子，并在zemax中进行参数的缩放变换，将视场、波长和孔径设置为设计要求值，其中视场设置为：0,6,10,14,20，给出缩放后的镜头数据图、视场设置图、波长设置图和孔径设置图；（3） 玻璃边缘厚度设置：由上图的二维图形可知，玻璃的形状畸形，实际生产中是不现实的，所以对其边缘进行设置。由二维图形可知，第一块与第三块玻璃得进行设置，所以在Lens Date Editor中第一面与第六面thickness栏右击在Solve Type中选择Edge Thickness，并且在Thickness中输入值0.1。给出设置后的镜头数据图（4） 给出缩放后的结构的光线特性曲线、OPD图、MIT图、点列图（波长2）、球差（波长2）、场曲/畸变（波长2）；（5） 把除了虚设的光阑平面（第三个面）以外的所有6个面的曲率半径都设置为自变量，同时把第二个面以及第五个面所对应的厚度设置为自变量。进行wavefront优化(RMS + spot radius + centroid)；在EditorsMerit FunctionToolsDefault Merit Function 中设置，使玻璃的厚度的最小值为0.1，最大值为10，使空气间隔的最小值为0.1，最大值为20。并且使其边缘为0.1。给出Default Merit Function设置图。（6） 在EditorsMerit Function中插入有效焦距（EFFL）设定目标值为100权重为1，另外再插入6个像差操作数，分别为球差（SPHA），彗差（COMA），像散（ASTI），畸变（DIST），垂轴色差（LACL），轴向色差（AXCL），像差的目标值全部为“0”，并设置此六个像差操作数的权重全部为“1”，更新后可以看到其各个像差操作数所对应的像差如表2所示：由上表可看出垂轴色差（LACL）与轴向色差（AXCL）很小，畸变（DIST）较小，球差（SPHA）较大，而像散（ASTI）与彗差（COMA）最大，所以在权重的设置上，优先校正大的像差，而权重越大越优化校正，故使色差为1，畸变为2，球差为3，彗差为4，像散为5，进行优化。（7） 给出优化后的2D光路图以及光线特性曲线、点列图（波长2）、球差（波长2）、场曲/畸变波长2；指出