三片式物镜设计+Zemax文件截图-北交大工程光学设计作业

三片式物镜的设计

1.设计任务的具体指标及其要求

35mm相机胶片 50mm焦距 F/3.5 玻璃最小中心厚度与边缘厚度4mm，最大中心厚18mm 空气间隔最小2mm 可见光波段 光阑位于中间透镜 各透镜所用材料SK4---F2----SK4

2.入瞳直径的设定

点击Gen打开General窗口，在General系统通用数据对话框中设置孔径。在孔径类型中选择Image Space F/#，并根据设计要求在Aperture Value中输入3.5.

3.视场的设定

由于使用35mm相机胶片，其规格尺寸为36mm*24mm，Zemax中一般使用圆形像面，因此该矩形像面的外接圆半径经计算为21.7mm，

0.707像高的视场高度为15.3mm。

点击Fie打开Field Data窗口，设置三个视场分别为0mm、15.3mm、21.7mm。

4.工作波长的设定

选择可见光波段，点击Wav按钮，设置Select-F，d，C（Visible），自动输入三个特征波长。

5.评价函数的选择

执行命令Editors----Mreit Function打开Mreit Function Editor编辑窗口，在Mreit Function Editor编辑窗口中执行命令Tools---Default Merit Function，打开默认评价函数对话窗口，选择RMS---Spot Radius--Centroid评价方法，并将厚度边界条件设置为玻璃最小中心厚度与边缘厚度4mm，最大中心厚18mm，空气间隔最小2mm。

6.系统的透镜参数设定

在Lens Data Editor中输入部分初始结构，设置中间透镜为光阑，设置各透镜所用玻璃材料类型。

因为此时的焦距为49.7684

此时的光路图为如下所示

以上分析说明目前系统存在球差、彗差、色差、场曲等缺陷。

局部优化：首先进行了SPHA函数的优化，此时系统评价函数已经比较小，各个像差也均比较小。随后再进行COMA、ASTI等优化均不及先前理想，因此 仅保留此项优化。

全局优化：直接在原始数据的基础上进行系统有效焦距矫正后进行全局优化。

局部优化 全局优化

全局优化后系统的球差比部分优化所得的球差更大，并且出现了高级球差，弧矢场曲变大，子午垂轴色差大。

局部优化 全局优化

全局优化后各色光球差均增大，各色光轴向色差依然存在。

局部优化 全局优化

全局优化后系统场曲和畸变均有改善，但是像散仍比较明显。

局部优化 全局优化

各色光球差均有所减小，但是全局优化后垂轴色差和彗差较大。

局部优化 全局优化

全局优化后系统传递函数减小。

局部优化 全局优化

部分优化和全局优化的艾里斑范围基本没有区别，大视场处不同色光与参考色光像高偏差较大。

局部优化 全局优化

全局优化后系统尺寸减小，透镜尺寸减小。

回答问题

1、35mm相机胶片的图像感光面积是多少？相对应的Zemax中最大视场像高是多少？ 提示：Zemax中一般使用圆形像面，矩形像面的外接圆即为圆形像面。

答：35mm相机胶片的尺寸为36mm*24mm，因此图像感光面积即为对应的长方形面积，但是由于还包含了齿孔面积，因此感光面积比长方形面积更小一点。

由上图可知，该矩形胶片对应的视场为圆形像面，最大视场像高即为该圆形的半径长21.7mm。

2、所给出的透镜材料对应的中国玻璃牌号分别是什么？各属于哪种类型的玻璃材质？其主折射率分别是多少？ SK4——ZK6，重冕玻璃，主折射率是1.61269 F2 ——F4，火石玻璃，主折射率是1.62005

3. 使用局部优化以及全局优化分别对该光学镜头进行优化，并比较优化结果。

全局优化后系统的球差比部分优化所得的球差更大，并且出现了高级球差，弧矢场曲变大，子午垂轴色差大。

全局优化后各色光球差均增大，各色光轴向色差依然存在。 全局优化后系统场曲和畸变均有改善，但是像散仍比较明显。 各色光球差均有所减小，但是全局优化后垂轴色差和彗差较大。 全局优化后系统传递函数减小。

部分优化和全局优化的艾里斑范围基本没有区别，大视场处不同色光与参考色光像高偏差较大。