1、.哈爾濱工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告Harbin Institute of Technology實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)： 光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 雙膠合消色差物鏡設(shè)計(jì) 院 系： 電氣及自動(dòng)化與控制系 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)1， 實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)一個(gè)雙膠合消色差透鏡，并繪制圖形，熟悉應(yīng)用光學(xué)、機(jī)械學(xué)等相關(guān)知識(shí)，掌握光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程。2. 結(jié)構(gòu)特性分析雙膠合消色差物鏡光學(xué)性能要求: 1) f / 6，焦距540mm； 2) 視場(chǎng)角1.5°； 3) 鏡片材料選擇BAK1 和BK7； 4) 20 線(xiàn)對(duì)/mm 處MTF>0.4； 5) 工作波長(zhǎng)：可見(jiàn)光 3. 初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)物體處于無(wú)

2、窮遠(yuǎn)時(shí)，P=W=0（孔徑角消失），設(shè)計(jì)消色差系數(shù)C=0。 透鏡的光焦度分配公式： 通過(guò)應(yīng)用光學(xué)相關(guān)知識(shí)，算的雙膠合透鏡的曲率半徑依次為： R1 =345.231 R2 =-240.89 R3 =-1003.25 兩個(gè)透鏡的初始厚度設(shè)計(jì)各為7mm，透鏡組到成像面的距離設(shè)計(jì)為近軸光線(xiàn)，由ZEMAX 計(jì)算出相應(yīng)厚度調(diào)整值。圖1 雙膠合透鏡出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 2 所示，視場(chǎng)90mm；如圖 3 所示，視場(chǎng)角設(shè)定為1.5°，圖 4 所示，入射光線(xiàn)為可見(jiàn)光；如所示為初始透鏡結(jié)構(gòu)圖。圖2 設(shè)定視場(chǎng)圖3 設(shè)置光場(chǎng)圖4 設(shè)定入射光4. 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)焦距值為540mm,設(shè)定默認(rèn)優(yōu)化函數(shù)EFFL target 為

3、540，權(quán)重為1，選擇透鏡的三個(gè)曲率半徑以及相應(yīng)的厚度作為優(yōu)化參數(shù)，優(yōu)化結(jié)果如圖 5所示。圖5 優(yōu)化結(jié)果參數(shù)5. 像質(zhì)分析 由圖6所示，優(yōu)化后最大的波像差大約為4個(gè)波長(zhǎng)，尚未達(dá)到衍射極限，應(yīng)為焦平面上的彗差影響所致；同時(shí)可見(jiàn)這個(gè)透鏡相對(duì)與可見(jiàn)光的低階色差比較小，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。圖8優(yōu)化后光線(xiàn)追跡曲線(xiàn)如圖 6所示，優(yōu)化后存在彗差，由圖中度數(shù)可得艾里斑半徑為8.595m，而像差RMS半徑為18.570m，可見(jiàn)此優(yōu)化結(jié)果基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可以使用。圖7 優(yōu)化后散點(diǎn)圖最后查看調(diào)制傳遞函數(shù)，由圖10可見(jiàn)，在20線(xiàn)對(duì)處的MTF值為0.4835，符合設(shè)計(jì)要求。綜上所示，本次雙膠合消色差透鏡的設(shè)計(jì)符合達(dá)到題目的要求。在20線(xiàn)對(duì)/mm處滿(mǎn)足MTF>0.46.小結(jié)：通過(guò)完成本次光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大作業(yè)基本熟悉了應(yīng)用光學(xué)、機(jī)械學(xué)等相關(guān)知識(shí)和光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程，但由于一些知識(shí)點(diǎn)掌握的