【正文】 和 ?d? 表示。 玻璃材料確定后，更換玻璃的各個透鏡的半徑也要相應(yīng)的改變，目的是使每個折射面相對應(yīng)的薄透鏡光焦度不變。我們把系統(tǒng)中的每個折射面都看作是平凸或平凹的薄透鏡，在更換玻璃以后，保持它們的光焦度不變，并且讓它們之間的厚度和間隔不變，這樣可以使系統(tǒng)的像差特性變化不大 [14]。根據(jù)薄透鏡的光焦度公式，欲保持各個折射面的光焦度不變，新的玻璃折射率 ?n 及球面曲率 ?c 和原來的 n， c 之間應(yīng)符合公式： )1()1( ????? nc (31) 由此得到新的半徑 ?r 和原來的半徑 r的關(guān)系如公式所示： r* =r(n*1)/(n1) (32) 對于更換的第一個透鏡和第三個透鏡，由所給光焦度可知 (n*1)/(n1) =，同理對于第二個透鏡可知 (n*1)/(n1) =。將上表所得出的半陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 20 徑，根據(jù)不同玻璃分別乘以以上得出的數(shù)據(jù)求出新的半徑。這樣得出新的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表 33 所示： 表 33 更換玻璃后結(jié)構(gòu)參數(shù) Surface Radius (mm) Thickness (mm) Glass OBJ Infinity Infinity 1 SK4 2 STOP Infinity 4 F7 5 6 SK4 7 IMAGE Infinity （ 2）應(yīng)用 Zemax 軟件， 在 Zemax 軟件中輸入上表數(shù)據(jù)，如圖 33所示： 在波長數(shù)據(jù)中輸入波長，波長選擇三個波長，分別為 486nm， 587nm， 656nm，其中以 587nm 為主要波長。并且使波長的權(quán)重全部為 1。 在鏡片的孔徑值的設(shè)置上，由于 mmf 10039。 ? ， 39。 ?fD ，所以孔徑值為 。 對于視場的設(shè)置，分別選取 0， ， ， ， 五個視場。 有評價函數(shù)（ Merit Function）中，輸入有效焦距 EFFL，并使其目標(biāo)值為 100，權(quán)重為 1。 設(shè)置好之后在 Zemax 中顯示圖形如下： 圖 33 Zemax數(shù)據(jù) 一種三片型照相物鏡的設(shè)計 21 二維圖形如圖 34所示： 圖 34 二維圖形 Ray Fan 圖如 35圖所示： 圖 35 Ray Fan圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 22 OPD 圖如圖 36 所示： 圖 36 OPD圖 點列圖如圖 37 所示： 圖 37 點列圖 一種三片型照相物鏡的設(shè)計 23 MTF 曲線如圖 38所示： 圖 38 MTF曲線 像差的校正及優(yōu)化 （ 1）確定自變量： 把除了虛設(shè)的光闌平面（第三個面）以外的所有 6個面的曲率半徑都作為自變量加入校正。 把薄透鏡的厚度和透鏡之間微小的空氣間隔均不作為自變量，把厚透鏡的厚度和大的空氣間隔作為自變量。如第二個面以及第五個面所對應(yīng)的厚度。 （ 2）相關(guān)參數(shù)設(shè)定： 設(shè)置玻璃厚度及空氣間隔：在 Editors—— Merit Function—— Tools—— Default Merit Function 中設(shè)置，使玻璃的厚度的最小值為 ，最大值為 10，使空氣間隔的最小值為 ，最大值為 20。并且使其邊緣為 。 第七面厚度設(shè)置：在 Lens Date Editor—— 第七面 thickness 雙擊 —— Thickness solve on surface7—— Solve Type中選 Marginal Ray Height。將 Height值輸入為“ 0”，表示將像面設(shè)置在了邊緣光線聚焦的像方焦平面上；將 Pupil Zone 值輸入為“ 0”，表示采用近軸光線。確定后此處數(shù)值右邊顯示 M，字母表示這 一厚度值采用的求解方法。 玻璃邊緣厚度設(shè)置：由上圖的二維圖形可知，玻璃的形狀畸形，實際生產(chǎn)中是不現(xiàn)實的，所以對其邊緣進(jìn)行設(shè)置。由二維圖形可知，第一塊與第三塊玻璃得進(jìn)行設(shè)置，所陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 24 以在 Lens Date Editor 中第一面與第六面 Solve Type 中選擇 Edge Thickness，并且在 Thickness 中輸入值 。 輸入像差參數(shù)：在 Editors—— Merit Function 中插入六個像差操作數(shù)，分別為球差（ SPHA），彗差（ COMA），像散（ ASTI），畸變（ DIST），垂軸色差（ LACL），軸向 色差（ AXCL），像差的目標(biāo)值全部為“ 0”，并設(shè)置此六個像差操作數(shù)的權(quán)重全部為“ 1”，更新后可以看到其各個像差操作數(shù)所對應(yīng)的像差如表 34所示： 表 34 加入像差操作數(shù) 像差 Target Weight Value SPHA 0 1 COMA 0 1 ASTI 0 1 DIST 0 1 AXCL 0 1 LACL 0 1 （ 3）用 Zemax 軟件對其進(jìn)行優(yōu)化： 由上表可看出垂軸色差（ LACL）與軸向色差（ AXCL）很小，畸變（ DIST）較小，球差（ SPHA）較大，而像散（ ASTI）與彗差（ COMA）最大，所以在權(quán)重的設(shè)置上，優(yōu)先校正大的像差，而權(quán)重越大越優(yōu)化校正，故使色差為 1，畸變?yōu)?2，球差為 3，彗差為 4，像散為 5。 運行 Zemax 軟件，得出優(yōu)化像差操作數(shù)后像差如表 35： 表 35 優(yōu)化像差操作數(shù)后像差 像差 Target Weight Value SPHA 0 3 COMA 0 4 ASTI 0 5 DIST 0 2 AXCL 0 1 LACL 0 1 由上表與表 34 的對比可知，像差已經(jīng)很小，為取得更小像差，可以根據(jù)上表像差大小繼續(xù)對像差設(shè)置權(quán)重，然后進(jìn)行優(yōu)化。 在用 Zemax 進(jìn)行優(yōu)化的時候 ,可以使用全局優(yōu)化（ Global search），或者用錘形優(yōu)化（ Hammer OPtimization）。全局優(yōu)化是在自動設(shè)計中加入新的機(jī)制，能自動跳出局部 一種三片型照相物鏡的設(shè)計 25 極小，尋求最佳結(jié)構(gòu)。錘形優(yōu)化是 Zemax 全局優(yōu)化中的一種算法，它盡力尋找當(dāng)前設(shè)計結(jié)構(gòu)的更好形式，錘形優(yōu)化一般用在設(shè)計的最后階段，用來確保事實上選擇了最好的結(jié)構(gòu)。 啟用全局優(yōu)化是對于給定的評價函數(shù)和變量，利用本功能有可能得到好的設(shè)計。當(dāng)評價函數(shù)處于局部最小值時，利用錘形優(yōu)化可以自動重復(fù)一個優(yōu)化過程，來脫離局部極值點。 （ 4）整體像差參數(shù)： 在主窗口 Analysis—— Aberration Coefficients—— Seidel Cofficients 中可以看出像差的情況，如圖 39所示，顯示出各個面的各個像差參數(shù)，最后一行為像差總體參數(shù)： 由最后一行的整體像差參數(shù)可以看出，各個像差的優(yōu)化已經(jīng)達(dá)到了比較好的效果。 設(shè)計最終優(yōu)化結(jié)果 由以上像差的 校正 以及 優(yōu)化 可得出以下 結(jié)果： 優(yōu)化 后的相關(guān) 數(shù)據(jù) 如圖 310 所示 ： 圖 310 Zemax數(shù)據(jù) 圖 39 像差參數(shù) 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 26 二維圖形如圖 311所示 : Ray Fan 圖如圖 312 所示： 圖 311 Ray Fan圖 圖 311 二維圖形 一種三片型照相物鏡的設(shè)計 27 OPD 圖如圖 313 所示： 圖 312 OPD圖 點列圖如圖 314 所示： 圖 313 點列圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 28 MTF 曲線如圖 315所示： 圖 314 MTF曲線 由以上數(shù)據(jù)結(jié)果以及像差曲線可以看出，優(yōu)化之后的像差參數(shù)與像差曲線已經(jīng)達(dá)到一個比較理想的結(jié)果，與優(yōu)化之前相比，有了明顯的改進(jìn)。 至此設(shè)計結(jié)束。 一種三片型照相物鏡的設(shè)計 29 4 設(shè)計總結(jié) 此次畢業(yè)設(shè)計過程中，我通過對專利數(shù)據(jù)的調(diào)整，更換玻璃等，設(shè)計出了一個三片型照相物鏡。并應(yīng)用軟件 ZEMAX 的設(shè)計，參數(shù)的設(shè)置以及優(yōu)化，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計要求，基本接近理論所要求的設(shè)計數(shù)據(jù)值。 通過這次設(shè)計，我學(xué)會了如何使用 ZEMAX 軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并體會到 ZEMAX 的諸多優(yōu)點。這一軟件集成了包括光學(xué)系統(tǒng)定義、設(shè)計、優(yōu)化、分析、公差等諸多功能，并通過簡便直觀的用戶界面，為光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計者提供了一個方便快捷的操作手段。由于其優(yōu)越的性價比，近幾年來 ZEMAX 在光學(xué)設(shè)計領(lǐng)域所占份額越來越大，在全球已經(jīng)成為最廣泛采用的軟件之一。 此設(shè)計結(jié)果與要大批量生產(chǎn)的照相物鏡之間還存在很大差距，需要根據(jù)實際要求再進(jìn)行改善。設(shè)計過程中遇到很多困難，通過對像差理論的深入研究以及對 ZEMAX 軟件各種功能的進(jìn)一步學(xué)習(xí)遇到的問題得到解決。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 30 致 謝 整個畢業(yè)設(shè)計期間，指導(dǎo)老師范應(yīng)娟老師始終給予我悉心關(guān)懷和指導(dǎo)， 她 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)以及廢寢忘食的工作熱情深深的感染了我，使我能夠全身心的投入到設(shè)計中去 ；她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和廣博的知識使我受益匪淺，為課題的順利進(jìn)行和最終完成打下了堅實的基礎(chǔ)， 經(jīng)過 老師 多次修改論證 ，設(shè)計得已順利完成， 在此對范老師表示深深的感謝。 感謝學(xué)校給我們的教導(dǎo)。 同時感謝同組的同學(xué)們，與他們的交流也讓我 受益頗深 。最后感謝我身邊所有的朋友、同學(xué)及家人對我的關(guān)心和幫助。 再次真誠感謝以上提及的各位老師和同學(xué)，謝謝你們！ 由于 本人設(shè)計 水平有限，文中難免存在一些錯誤和疏漏，希望各位老師和同學(xué)給予批評和指正。 一種三片型照相物鏡的設(shè)計 31 參 考 文 獻(xiàn) [1]郁 道 銀 ,談恒英 . 工程 光學(xué) [M].第二版 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ， [2]劉鈞 ,高明 .光學(xué) 設(shè)計 [M].西安 :西安電子科技大學(xué)出版社 , [3]徐金鏞，孫培家 .光學(xué)設(shè)計 [M].北京 :國防工業(yè) 出版社 , [4]蕭澤新 .工程光學(xué)設(shè)計 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 , [5]王子余 .幾何 光學(xué)和 光學(xué)設(shè)計 [M].杭州 :浙江大學(xué)出版社 , [6]孫登臣 ,郁道銀 . 實用光學(xué)設(shè)計方法與現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng) . 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 , 1995. 3847 [7]遲澤英 ,陳文建 .應(yīng)用光學(xué) 與光學(xué) 設(shè)計基礎(chǔ) [M].南 京 :東南大學(xué)出版社 , [8]張以謨 .應(yīng)用光學(xué) [M].第三 版 .北京 :電子 工業(yè) 出版社 , [9]李曉彤 ,岑兆豐 .幾何 光學(xué)?像差?光學(xué)設(shè)計 [M].杭州 :浙江大學(xué)出版社 , [10]袁旭滄 .現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計方法 [M].北京 :北京理工大學(xué)出版社 , [11]Ernst Tronnier, Joachim Eggert. THREE LENS PHOTOGRAPHIC OBJECTIVE[P]. United States. CE . [12] 運高謙 ,薛人中 ,楊紅軍 .三片式照 相鏡頭的深化及光學(xué)性能 [A].紅外 .2021,30 (10).4448 [13]毛文煒 .光學(xué)鏡頭的優(yōu)化設(shè)計 [M].北京 :清華大學(xué)出版社 . [14] Rudolf Kingslake, Design Fundamentals[M]. Second Edition. USA: Academic