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照相物镜的设计


焦距决定成像的大小,相对孔径决定像面照 度,视场决定成像的范围。

照相物镜设计实例
照相物镜的技术指标要求: 焦距:f’=9.6mm; 相对孔径D/f’不小于1/2.8; CCD成像面大小为4.32mm×5.76mm; 在可见光波段设计(取d、F、C,d为主波长); MTF :轴上>40%@100 lp/mm 轴外0.707 >35%@100 lp/mm 最大畸变<1%
?

一、选择初始结构
首先根据设计要求, 焦距:f’=9.6mm; FNo.>2.8; 像高:y’=sqrt(5.76^2+4.32^2)/2=3.6mm 视场角:atan(y’/f’)=20.55度 取d、F、C三种色光,d为主波长 ? 我们通过查资料法选择Tessar物镜的结构形式。
?

标*号处为光阑STO的位置

二、输入初始结构,孔径,波长

输入焦距,视场
Tools—— 以0.707视场为例,

Make Focal

y’=0.707*3.6=2.5452

三、像质评价
引入评价函数Merit Function,选择Default Merit Function,插入一行,用来控制焦距 f’=9.6

接下来除了虚设的光阑平面以外的7个面的曲率都作 为变量加入校正,透镜的厚度和间隔作适当选择,只 把厚透镜的厚度和大的空气间隔作为自变量。

玻璃光学常数不 作自变量使用

输入边缘厚度
由于系统比较复杂,而且不少厚度,间隔作为自变 量使用,因此要加入透镜厚度的边界条件。 第一面的边缘厚度大于1,小于3; 第二面的边缘厚度大于0.1; 第四面的边缘厚度大于0.1; 第五面的边缘厚度大于0.1; 第七面的边缘厚度大于1,小于3; 第八面的中心厚度大于5。
ETGT:边缘厚度大于 ETLT:边缘厚度小于 CTGT:中心厚度大于

优化(MTF对比)
?

?

MTF物理含义:应用傅里叶变换原理与光学系统 相干成像理论,计算出镜头对逐渐变细的黑白线 对分辨的调制度。 对于MTF来说,横向坐标代表分辨率,线对/毫米, 低频代表轮廓,中频代表层次,高频代表细节。

优化前

优化后

对面型进行优化
?

我们发现第四面和第五面的光阑交错了,因此加大第四 面的权重再优化。

优化前

优化后

最大畸变<1%

Spot diagram



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