大学cad设计论文.doc

1、Zemax 软件设计-物镜设计1、设计一设计要求:焦距：f=123mm,相对孔径：D/f=1/6,视场角：2=2波长：工作波段可见光象差要求：像差参照 （边缘孔径球差）24mUnL（0.7 孔径轴向色差）FC0.0025（边缘孔径正弦彗差）mS1.透镜结构参数，视场、孔径等光学特性参数：System/Prescription Data GENERAL LENS DATA:Surfaces : 4Stop : 1系统光圈 : 入瞳直径 = 20.5Glass Catalogs : CDGMCHEAPRay Aiming : Off变迹 : 均衡,统一的, 因子 = 0.00000E+000有效的

2、焦点长度 : 123 (系统温度和压力在空气中)有效的焦点长度 : 123 (在像空间)Back Focal Length : 114.0747统计轨迹 : 131.1747图像空间 F/# : 5.999999离轴工作面 F/# : 5.999999工作面 F/# : 6.000012Image Space NA : 0.08304549物空间 NA : 1.025e-009光阑半径 : 10.25离轴像高 : 2.146973近轴放大率 : 0入瞳直径 : 20.5入瞳区域 : 0入瞳直径 : 20.73806入瞳直径区域 : -124.4283Field Type : Angle in

3、degrees最大视场 : 1主光波长 : 0.5875618镜头单位 : 毫米角度放大率 : 0.9885206 Fields : 3Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight1 0.000000 0.000000 1.0000002 0.000000 0.707000 1.0000003 0.000000 1.000000 1.000000Vignetting Factors# VDX VDY VCX VCY VAN1 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000002 0.000000

4、0.000000 0.000000 0.000000 0.0000003 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 Wavelengths : 3Units: Microns# Value Weight1 0.486133 1.0000002 0.587562 1.0000003 0.656273 1.000000 SURFACE DATA SUMMARY:Surf Type Comment Radius Thickness Glass Diameter ConicOBJ STANDARD Infinity Infinity 0 0STO STA

5、NDARD 82.584 11.4 ZBAF2 20.522 02 STANDARD -58.961 5.7 ZF12 19.769 03 STANDARD -301.158 114.075 19.465 0IMA STANDARD Infinity 4.304 0 EDGE THICKNESS DATA:Surf EdgeSTO 9.9255802 6.3771593 114.232032IMA 0.000000 INDEX OF REFRACTION DATA:Surf Glass Temp Pres 0.486133 0.587562 0.6562730 20.00 1.00 1.000

6、00000 1.00000000 1.000000001 ZBAF2 20.00 1.00 1.64890925 1.63961554 1.635647602 ZF12 20.00 1.00 1.78226048 1.76182193 1.753572773 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.000000004 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000 THERMAL COEFFICIENT OF EXPANSION DATA:Surf Glass TCE *10E-60 0.000000001 ZBAF2 0.

7、000000002 ZF12 0.000000003 0.000000004 0.00000000 F/# DATA:F/# calculations consider vignetting factors and ignore surface apertures.Wavelength: 0.486133 0.587562 0.656273 # Field Tan Sag Tan Sag Tan Sag1 0.0000 deg: 6.0048 6.0048 6.0000 6.0000 6.0026 6.00262 0.7070 deg: 6.0041 6.0045 5.9992 5.9997

8、6.0018 6.00233 1.0000 deg: 6.0033 6.0042 5.9985 5.9994 6.0011 6.0020 CARDINAL POINTS:Object space positions are measured with respect to surface 1.Image space positions are measured with respect to the image surface.The index in both the object space and image space is considered.Object Space Image

9、SpaceW = 0.486133Focal Length : -123.036655 123.036655Focal Planes : -121.712904 0.027693Principal Planes : 1.323751 -123.008962Anti-Principal Planes : -244.749559 123.064348Nodal Planes : 1.323751 -123.008962Anti-Nodal Planes : -244.749559 123.064348W = 0.587562 (Primary)Focal Length : -122.999989

10、122.999989Focal Planes : -121.588026 0.000000Principal Planes : 1.411962 -122.999989Anti-Principal Planes : -244.588015 122.999989Nodal Planes : 1.411962 -122.999989Anti-Nodal Planes : -244.588015 122.999989W = 0.656273Focal Length : -123.076176 123.076176Focal Planes : -121.630382 0.076863Principal

11、 Planes : 1.445794 -122.999313Anti-Principal Planes : -244.706558 123.153039Nodal Planes : 1.445794 -122.999313Anti-Nodal Planes : -244.706558 123.1530392.象差指标数据：,mLm41025.7,yKSCs7.666103.2LhFC670.83 实际值 目标值f=123.000, 123，m5.14lf, 0427L, 0mSC 63., 061827.3 FCL3.象差公差数据：球差公差： mm38.01568.4 2轴向色差公差： FCL

12、 46.7.0261正弦差公差： 0.0025mS2、设计二设计要求:焦距：f=38mm,相对孔径：D/f=1/2.6,视场角：2=2.7波长：工作波段可见光象差要求： 1.透镜结构参数，视场、孔径等光学特性参数：System/Prescription Data GENERAL LENS DATA:Surfaces : 9Stop : 1系统光圈 : 入瞳直径 = 14.615Glass Catalogs : CDGMCHEAPRay Aiming : Off变迹 : 均衡,统一的, 因子 = 0.00000E+000有效的焦点长度 : 38 (系统温度和压力在空气中)有效的焦点长度 : 38

13、 (在像空间)Back Focal Length : 19.90446统计轨迹 : 51.50446图像空间 F/# : 2.600068离轴工作面 F/# : 2.600068工作面 F/# : 2.599239Image Space NA : 0.1888426物空间 NA : 7.3075e-010光阑半径 : 7.3075离轴像高 : 0.8955196近轴放大率 : 0入瞳直径 : 14.615入瞳区域 : 0出瞳直径 : 29.55238出瞳区域 : -76.83821Field Type : Angle in degrees最大视场 : 1.35主光波长 : 0.5875618镜

14、头单位 : 毫米角度放大率 : 0.4945456 Fields : 3Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight1 0.000000 0.000000 1.0000002 0.000000 0.954000 1.0000003 0.000000 1.350000 1.000000Vignetting Factors# VDX VDY VCX VCY VAN1 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000002 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000

15、0003 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 Wavelengths : 3Units: Microns# Value Weight1 0.486133 1.0000002 0.587562 1.0000003 0.656273 1.000000 SURFACE DATA SUMMARY:Surf Type Comment Radius Thickness Glass Diameter ConicOBJ STANDARD Infinity Infinity 0 0STO STANDARD 39.924 5.6 ZF52 14.647 02

16、STANDARD -1017.67 0.3 13.943 03 STANDARD 19.782 5.4 ZF6 13.522 04 STANDARD 9.247 5 H-FK61 10.759 05 STANDARD -18.886 4.3 ZF5 9.928 06 STANDARD 16.191 7 8.844 0 7 STANDARD 75.120 4 F6 9.344 08 STANDARD -17.142 19.904 9.351 0IMA STANDARD Infinity 1.797 0 EDGE THICKNESS DATA:Surf EdgeSTO 4.8986832 1.51

17、51193 5.9345464 2.6101455 5.5795996 6.5299047 3.2045728 20.554452IMA 0.000000 INDEX OF REFRACTION DATA:Surf Glass Temp Pres 0.486133 0.587562 0.6562730 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.000000001 ZF52 20.00 1.00 1.87204189 1.84666860 1.836508712 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.000000003 ZF6 20.0

18、0 1.00 1.77470717 1.75520529 1.747291264 H-FK61 20.00 1.00 1.50122529 1.49699780 1.495132895 ZF5 20.00 1.00 1.75862897 1.73999905 1.732429726 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.000000007 F6 20.00 1.00 1.63737437 1.62495362 1.619803448 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.000000009 20.00 1.00 1.0000000

19、0 1.00000000 1.00000000 THERMAL COEFFICIENT OF EXPANSION DATA:Surf Glass TCE *10E-60 0.000000001 ZF52 0.000000002 0.000000003 ZF6 0.000000004 H-FK61 0.000000005 ZF5 0.000000006 0.000000007 F6 0.000000008 0.000000009 0.00000000 F/# DATA:F/# calculations consider vignetting factors and ignore surface

20、apertures.Wavelength: 0.486133 0.587562 0.656273 # Field Tan Sag Tan Sag Tan Sag1 0.0000 deg: 2.6000 2.6000 2.5992 2.5992 2.5996 2.59962 0.9540 deg: 2.6017 2.6004 2.6009 2.5996 2.6013 2.60003 1.3500 deg: 2.6034 2.6008 2.6026 2.6000 2.6030 2.6004 CARDINAL POINTS:Object space positions are measured wi

21、th respect to surface 1.Image space positions are measured with respect to the image surface.The index in both the object space and image space is considered.Object Space Image SpaceW = 0.486133Focal Length : -37.995438 37.995438Focal Planes : -18.557749 0.005008Principal Planes : 19.437690 -37.9904

22、31Anti-Principal Planes : -56.553187 38.000446Nodal Planes : 19.437690 -37.990431Anti-Nodal Planes : -56.553187 38.000446W = 0.587562 (Primary)Focal Length : -38.000000 38.000000Focal Planes : -18.792733 -0.000000Principal Planes : 19.207267 -38.000000Anti-Principal Planes : -56.792734 38.000000Noda

23、l Planes : 19.207267 -38.000000Anti-Nodal Planes : -56.792734 38.000000W = 0.656273Focal Length : -38.012106 38.012106Focal Planes : -18.899530 0.007035Principal Planes : 19.112577 -38.005071Anti-Principal Planes : -56.911636 38.019142Nodal Planes : 19.112577 -38.005071Anti-Nodal Planes : -56.911636

24、 38.0191422.象差指标数据：实际值 目标值, 38.000mmm38f,904.1lf, 0mLm7102.8, 0SC 46, 0F73.5 , 01-2.L-sn , 0m46FC , 04sn7.S4.象差公差数据：初级球差公差: mLm063.1586.4 2.3正弦彗差公差: FC 159.7.026.13轴向色差公差: mS5.高级球差公差: mLsn 0953.870 26.13色球差公差: FC 6.54 26.13高级正弦彗差公差: 0Ssn4.象质指标图：1）点列图2）MTF 曲线 3）垂轴象差4）场曲畸变4）横向色差3、zemax 设计小结虽然 zemax 只学

25、习了一周，但在软件真正上手时需要的时间却是大半个月。对于 zemax 软件设计的方法和问题总结如下：1、设计过程：找初始结构，我在找的过程中是以焦距相近为目标的，不知道是否合理；依次修改入瞳直径、视场、波长，生成焦距，再修改入瞳直径；建立评价优化函数，输入焦距函数，对各个目标设定合理权重；优化和锤形优化，修改玻璃库，将贵重材料去除；生成报告。2、对于大口径的设计，需要仔细的调试，综合考虑各种初级、高级象差。我一开始找了四种初始结构：单双物镜，双单透镜，对称式物镜，以及报告中的两个单透镜和一个三胶合透镜。通过对默认函数的建立对比象差（点列图、垂轴色差、场曲/畸变）选出了所用的结构。然后对其精细设计。3、对于小口径的物镜，不需要考虑高级象差，设计比较方便，只需用双胶合透镜方便消色差即可。4、对于自建的优化函数，虽然象差容限已知，但象差肯定越小越好，但修改象差权重同时另一个就变大了，因此需要知道各个象差所占的比重，哪些象差比较重要，哪些应优先适当小。