光学设计报告照相机镜头docx.docx

1、光学设计报告照相机镜头docx光学课程设计专业班级：2011级光信息科学与技术 2班学生学号：20110259学生姓名：徐涛指导教师:、课程设计的任务设计一个成像物镜透镜组，照相物镜的技术指标要求：设计一个固定焦距的照相物镜(1)以学号的最后四位为焦距长度，单位为 mm。(2) 图像传感器的大小为 800*600 ;像素大小为学号最后一位 +4微米。(3)相对孔径分别为学号最好一位 /10+1 。任务：1、简述照相物镜的设计原理和类型；2确定照相物镜的基本性能要求，并确定恰当的初始结构；3输入镜头组数据，设置评价函数操作数，进行优化设计和像差结果分析;4给出像质评价报告，撰写课程设计论文、设计

2、过程2.1初始结构的选择照相物镜属于大视场大孔径系统，因此需要校正的像差也大大增加，结构也比较复杂，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。 在选择初始结构时，不必一定找到和要求相近的焦距，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。原设计要求：(1)以学号的最后四位为焦距长度，单位为 mm。(2) 图像传感器的大小为 800*600 ;像素大小为学号最后一位 +4微米。(3) 相对孔径分别为学号最好一位 /10+1。本人学号20110259

3、,根据要求，算出参数如下：图象传感器分辨率800x600有效像素物镜像素大小13*13微米焦距 259mm像素面积10.4mm * 7.8mm 对角线 13mmF 数 1.9最大视场 1.44最大空间频率 38线/毫米照相物镜的视场角和有效焦距决定了摄入底片或图像传感器的空间范围 ，镜头所成的半像高y可用公式y = - f tanw计算,其中f为有效焦距,2w为视场角。半像高y应稍大于图像 传感器CCD或CMOS的有效成像面对角线半径,防止CMOS装调偏离光轴而形成暗角。经过简单计算：y sqrt(10.4A2+7.8A2)/2=6.5mmw=ata n(y/f)1.432 视场角2w=2.8

4、6已经确定F数和半视场后，打开code v软件，选择专利镜头。 通过比较，选择or00805镜头作为初步结构。New Lens WizardFilter.并设置参F数为1.9,视场添加如下3条光谱初步结构如下:EFL255OOOOBF1L7G 116Sm7X -2700FNOIL . SOODXHG DTS69 亠 950OAJL478.4589PARAXIJLLIMAGEHT.4510ANGJL ooooENTRANCEPUPILDIA17GQQQQTHXO 亠 OOOOEXIT FUFTDDIA6GS.2502THI9824921INFINITE CONJUGAT E Sr -口 一 L-

5、 _ 一CTL缩放选择光阑面至像面，进行比例操作，选择缩放有效焦距，比例值为 259E3快逵 二图O魯I黑唔頁H筑备吳电I X A可以看出焦距EFL和像高HT以满足要求。克面编号克面名称类型半径厚度折射複式Y 半孔径韧面球面无限无限折射O光阑錄面1.7893000.221900713000539 新射0.333332 2球面-0.9684000.226700005180.251 折射0.32556G 3球面 -11.3194000.9BB90D折射0.312161 百球面0.5772000.43890070590042 折射0.205050 5玮面 2.1即3U00.274966 8折肘011

6、5573 0玮面JtPR.-0 00063B新射0di74酯 . |到这里，初始结构及其参数已经完成误差分析得到初始结构的M TF曲线可看出成像质量很差，因此需要校正像差快速像差曲线在这里的自动缩放比例为 0.51mm，510微米。为了比较，艾利斑的直径（对于完美是衍射的点列图的大小）是2.44*波长*F/.这个镜头还没有达到衍射极限，但是它的像差是艾利斑大小的六倍.快速点列图riEL 口POSTTTQN口 - QQQjr1-1 - OQ 33a o.oaa,x.-70 oo . a o D-DOarO-TODO00, 0.00o. ooo. o* octaDEFOCUSIMS03EK5o.a

7、oooa所有的视场的点的大小形状都不相同。畸变ASTIGMJiTICFTELD CURVES口工曰1TOSTI：CIJUJGLE (deg?ANGLE pi- 1.4 J-tt S Ci.fl fl. S 3L. DisraRTu近轴像高是和视场角相关联的， h=f*tan 0。如果真实的像高和近轴像高不一致的话，那么就是有畸变。所以畸变是视场相关的像差，并且它经常和另外一种视场相关的像差：像散画在一起。一个畸变网格可能会使观察畸变变的更直观。传感器的尺寸是10.4mm * 7.8mm。通过公式我们可以得到最大 Y角度和X角度（1.15和0.86）。优化优化的目的是在一定的物理的或其它的条件约

8、束下产生一个可能达到的最好的光学系统。这里的“最好”是以对误差函数而言的，它把像差数据合成一个数字，我们尝试把这个数字变的尽可能的小。 CODE V的已经预定义好了误差函数结构，可是您可以方便地加入各种控制或权重并可以随意地修改。它也可以使用一个完全的自定义的误差函数，可是这个比较难事实上很少需要这么做。方法规则CODE V的优化功能称为自动设计， AUTO为缩略词。AUTO使用最小阻尼二乘法来改变变量的值以改善系统。约束对寻找最适合解确定了边界条件。 当需要的时候 AUTO引入Lagrangian（拉格朗日）乘数来引入约束。当误差函数本身不包括需要的约束的时候这允许强制约束，通常很快就会有结

9、果，在约束的范围 求解区域内收敛而得到一个最合适的解。(changeXIS8317744626-31301834 40Y18 8317744661 .73194943 112RDYTHIOBJ:INFINITYINFINITY5TO:4079S42612 -7496222 :-47154116109323953:-165-764150.9000004:-533,36806010000-0 5:326,31761.400000:-265.22344247.734496IMG:=101,30913一 0-039122EFL REDUPIM2SS 996243 0.00000 02-3 7 7344

10、96ERR, F173.172821C0.76493228 9532025683.03271560325.23191910RMDGLA-5,41701200)620410.603236755201.275795620019.603436OALEN PUPEX PUP26.0820170.000000-20.96069通过第一次优化，得到这组结，其误差为 143 （小于原先的177）,并选择这组数据后再次进行优化。（为了找出更多有潜力的数字，把焦距限定在 258-260mm范围内，并非直接等于 259mm）多次优化后，得到这组，其误差为 25.34。Lens Data Manager |p |

11、回戏 1Surface #SurfaceNameSurfaceTypeY RadiusThicknessGlassRefract ModeYSemi-ApertureObjectSphereInfinityInfinityR&fractL oStop 1Sphere22.1391 v620410.603 vpefract68.1579 02Sphere-317152S v17 4669 vRefract71 S432 i3Sphere-244.0741 v0.9000 v755201 276 vRefract64 2717 0 :4Sphere-9491 642 丄268 1719 vRefr

12、act63.3329 0 :5Sphere624168 矿4.9890 v487490.704 Refract26.3771 ：5Sphere264 4512 v63.5846_Refract躬 1925 AImageSphere-169.0919 F0.0252Refract6.6017 0End Of Data可以看到自动缩放比例从 0.51mm减小到0.031mm。WAVE LEia&TH H ZCSH.TflOB 9 NW. 1督rQ问 2513 9 WH. 19 OODZ7DOO36 ZO-JLhJi-13_ 一 R L-a 班eld 1-44DEFOCUSING OODaOMODU

13、LATIONJAPAN PATENT 62_33567 870DIFFRACTION MTF二- DIFFHXCTICH LIM.IT AXISJ OaS riELD I 口 70 pZ_二_二_ 二心了 riELD 1 ：Loon显示了这个方案具有一个比较好的 MTF特性，大部分视场方位角的高频的锐度均达到了要求（ MTF会随着不同的方向的改变而改变，通常只有两个互相垂直的方向的 MTF被计算，就是径向和切向（TS）。通过查询可知，最大误差函数成分是 F3和F4的Y方向。这些值对应的是比较低的 MTF曲线。下一步优化这两个量。Y - 39362 5.0 X2 * 53-63-S2 9-3 2

14、 3.7 SB 646X8 4 1.2 7923335改变Y方向F3和F4权重，并得到更加平滑的曲线。ORJ=lJAPAN PATENT 62_33 567 870DIFFRACTION MTB30-Jxal-13DIEERJLCTIOHLIMITJUtlS- a 雪riELDOa?fl * rA口7EIELD100 fcJr1.0fILDZoomi i i1.2i3F4 _ ObZoomi i i-DEFOCUSING Q.OOOOO8- 7 6 d 3 2g口 0 口 心.MODULATXDN27.CO口IE . DCICI3.000优化后:X 5.33459330Y 5.33459330

15、525219335.66036S2572247530512.375292S22,271268335,9655473点扩散图:所需元件图:51199 75 CKTPF/136-316S231S 29 9 CXTPF/143.670RADIUSRAD TOI. POW/1RRC - A.1 .NOTES :EDE DIACENTRAL.DIA TOL THICKNESS THI TQLWEDGEJL48 79522吕0唱ALL DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS -MATERIAL; OPTICAL GLASS PER MIL-G-174TYPE: NO地 1.6204 V

16、 60-3 STRIAE GRADE r ANNEALMELT NG.1P PITCH POLISH TO TEST PLATE WITHIN POWER AND ZRREGULARITY INDICATED MANUFACTURE FER MIL-C-13330SURFACE QUALITY1C* MAGNESIUM FTUORIDE COATING PER MIK-C-675 FOR MAX TRANSMISSION ATSG* FINE GROUND 名 BLACKENEDBEVEI. EDGES AT 4S DEG TOMILLIMICRONS PERMAX FACE WIDTHZ：Z

17、TafpiLJAPAN PATENT 62 33567 870 一ELEMENT 19CAU WL BY0-72:1HZL ATiE51242.396CCTPF/12 S5勺13213S9.512 CXTPF/RADIUSRAD TOL POW/IRRNOTES :3. ALT. DIMENSIONS ARE IN MLIL-LIMETERS 2 MATERIAL: OPTICAL GLASS PER MIL-G-174 TYPE: NO,用 1.7552 V 27a6 STRIAE GRJLDE # ANNE ATMELT NO.3 1P1 PITCH POLISH TO TEST PLAT

18、E WITHINPOWER AND IRREGULARITY INDICATED4 MANUFACTURE PER MIL-O-13830S.7b8b3EDGE DIACENTRALDIA TOL THICKNESS TH I TOLWEDGE133.4910 900C.ADI盘SURFACE QOALITYMAGNESIUM FLUORIDE COATING PER MIL-C-675 FOR MAX TRANSMISSION AT G1 FINE GROUND & BLACKENEDBEVEL EDGES AT 45 DEG TODXBMETER TO FULT tSWITH SURFAC

19、E SAG OFMILLIMICRONS. PERMAX FACE WIDTH (REFON SURFACE 51EXEllEWr 2JAPAN PATENT 62 33567 870 一DR阿Af-BE.scAlm： I wl. sir0.72:1砸二 EATl5165,205CXTPF5165SS225-248 CCTPF/H2L 2 92RADIUSRAD TOL POW/IRRC.A DZLANOTES : 7314 8 62EDGE DIAWEDGEPFrTR A DIA TOL THICKNESS TH I TOLALL DIMENSIONS ARE IN MTLLIMETER5

20、MATERIAL:： OPTICAL GLASS PER MIL-G-174 TYPE = NO 尊 1.4875 V 70 B -4-35 seSTRIAE GRAPE r ANNEALMELT NO.1 P 1 PITCH BQ匸工TO TEST PILATE WITHIN POWER AND IRREGULARITY INDICATED. HMTOFACTURE PER HIL-O-13S3D SURFACE QUALITY ff CMAGNESIUM FLUORIDE COATING PER MIL-C-67S MILLIMICRONS,FOR M?iX TRANSMISSION AT

21、白.FINE GROUND 4 BLACKENEDBEVEL EDGES AT 45 DEG TO DTAMETER TO FEAT IS WITH SURFACE SAG OFPERMAX EACE WIDTH (REFON SURFACE S2JAPAN PATENT 62 33567 870 一ELEMENT 3DACKEJlPPES-2A1* I B0 x SO:3心得体会:通过这次照相机镜头设计，我深切体会到从理论到实际有一定难度。 还有自己的光学理论 课学的不好，导致自己数据计算有问题，影响了镜头设计。当然这次光学设计报告的完成离不 开同学和老师的帮助，没有他们耐心的指导，我可能都糊里糊涂，即使做出来都不知道有什么 用。虽然设计过程有坎坷，但也促成我查资料，弄懂一些我原本不知道的东西。虽然 2个星期我失去了大部分娱乐时间，但我同样学会了使用一种软件，为将来就业打下一些基础。总之，通过这次学习，我收获了一些东西，也能体会最后完成的自豪。