双高斯物镜的设计说明Word文档下载推荐.docx
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第一，选用高折射率低色散的玻璃做正透镜，使它的球面半径加大。
第二，把薄透镜分成两个，使每一个透镜的负担减小，同时使薄透镜的半径加大。
第三，在两个半部系统之间引入无焦度的校正板，使它只产生SⅤ和SⅢ，实现拉大中间间隔的目的，这样，轴外光束有更好的入射状态。
、用初级像差理论确定初始结构
1、半部系统的规划
半部系统如图2所示，计算时把焦距规化为
1，同时取规化条件
dn
3、加无光焦度双薄透镜校正SⅠ
ab1.3（实践表明取值在1.2到1.5之间为好）。
及式子
r1
c1b2a1a2
可求得半部系统焦距规化为1时各面的曲率半径分别为：
r10.1745
r20.2917
r33.3721
r40.4143
4、求校正SⅢ的孔径光阑位置
根据校正SⅢ的要求，有
iz1
c1A
1
11di2
iz2
i2A
nh2
1u2
i2
1n
d
hz2
h2A
SⅢa
SⅢbSⅢc
n
由以上各式可得Alz0.0869
从上述计算可知，由于透镜a、b、c合成后球差系数SⅠ0，所得方程的二次项系数一定为零，也就是说A只有一个根。
5、厚透镜中加入消位置色差系数CⅠ的胶合面
而第一近轴光线在胶合面上的入射高度
l2u2h1d1u21.0610
胶合面入射角
4
CⅠ
i14.9586
dndn
l2u2nnn为求胶合面的曲率半径，用近轴光光路计算公式lr
iur的胶合面曲率半径r0.38186、半部系统焦距确定
半部系统合成完全对称系统，由光焦度公式12d12知，当
12时，d0，则22。
实际上系统间d不可能等于零，计算表明，当
半部系统的焦距等于1，取合成以后的焦距大约等于0.8。
现设计要求的合成焦距为58毫米。
所以半部系统的焦距
f2f72.5
20.8
7、半部系统实际结构参数的决定及全系统的合成首先将规化半部系统结构参数r、d乘以半部系统的实际焦距，然后将薄透镜a、b加上必要厚度。
半部系统实际结构参数确定以后，按对称关系即可构成一个完全对称系统。
其全部结构参数如下：
表1双高斯物镜的结构参数
结构
主要技术指标
D1f2f58mm240
D29mm
面号
r/mm
d/mm
玻璃
30.0354
2
244.4743
4.85
1.6140
ZK8
3
21.1517
0.3
-27.6785
8.845
5
12.6552
2.03
BaF7
6
-12.6552
12.599
7
27.6785
8
-21.1517
9
-244.4743
10
-30.0354
tan
0.3729
式中y为底片对角线的一半。
入射光瞳半径为h，已知相对孔径Df12，则有
hDf14.5
24
按L
h14.5,
21进行光路计算，求得象方孔径角
uk
0.2507
总焦距
f
57.8309
拉赫不变量
J
n1h1tan5.4075
初级象差系数
SⅠ
0.07479
SⅡ
0.09736
SⅢ
0.06245
SⅣ
0.01929
SⅤ
0.31357
0.004304
CⅡ
0.003771
初级象差
k
Lk
20.594893
2nkk
SCK
0.009002
2j
3SⅡ
KTk
0.582457
2nkuk
Ksk
0.194152
2nkukk
yzk
0.153421
2nkukk
LFCk
0.068463
nkukk
YFCk
0.015040
nkuk
、用ZEMAX优化
1、建立新镜头，录入初始结构参数
（1）光源参数
1）首先点击，出现以下窗口
如图可知入瞳直径设置为29mm。
2）点击，出现以下窗口，按图设置各项参数
3）点击，出现以下窗口，选择F,D,C可见光波段
（2）镜头数据为：
图3初始镜头数据
2、像质评价报告图
（1）优化前
RayFan如图4;
OpdFan如图5;
Spt如图6;
Mtf如图7;
Lay如图8;
场曲和畸变如图9：
图5优化前Opd
图8优化前Lay
场曲和畸变如图9：
图9场曲和畸变Fcd
经分析，像质不够好，有待进一步优化。
将透镜的曲率半径、厚度、玻
璃类型作为优化变量，通过优化曲率半径、厚度、玻璃类型来提高像质。
（2）优化过程
第一次优化前的赛德尔系数
根据系数选择如下变量进行优化
优化后得到的赛德尔系数为
根据上述方法进行第二、三、四次优化，优化变量和优化后赛德尔系数分别如下图所示第二次优化
优化后
第三次优化
第三次优化后
第四次优化
第四次优化后
（3）优化后结果
镜头数据如图10：
RayFan如图11：
OpdFan如图12：
Spt如图13：
Mtf如图14：
Lay如图15：
场曲和畸变如图16：
图10优化后镜头数据
图11优化后Ray
图12优化后Opd
图15优化后Lay
图16场曲和畸变
有上述结果图中发现如下变化：
1、光程差随空间位移的变化并没有激增，说明在一定程度上减小了像差
2、点列图聚集程度比优化前更好，能量不易分散，有利于成像。
3、优化后，综合像差值基本上很小（贴近坐标轴）
4）镀膜
镀膜前
可以看出镀膜前的透过率在0.63左右镀膜后
镀膜后的透过率达到了0.9以上
四、总结
双高斯物镜是一种对称型结构，故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SⅣ，用加无光焦度双薄透镜校正球差系数SⅠ，用选取孔径光阑位置校正像散系数SⅢ，再在厚透镜中加消色散胶合面的办法，校正位置色差系数CⅠ。
计算出初始结构参数后，通过软件进行调试优化。
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
光学设计课程设计结束了，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，从开始的对ZEMAX的一窍不通，到现在能基本用它完成简单光学系统的设计优化。
从开始不知道怎么使用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从容一些。
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，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。
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ZEMAX
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·
6、光学仪器设计手册·
国坊工业·
电气工程学院课程设计评审意见表
指导教师评语：
认真
正确完善
完善
较为合理
合理
工作态度
较认真
理论分析一般
软件设计一般
不认真
较差
平时成绩：
指导教师签字：
2011年6月30日
图面及其它成绩：
答辩小组评语：
清晰基本掌握原理了解不清楚
正确
优化设计基本正确
不正确
答辩成绩：
组长签字：
课程设计综合成绩：
答辩小组成员签字：
2011年6月30日
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