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参考文献相关研究生毕业论文开题报告范文,与三片相机物镜设计相关论文范本
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【摘 要 】随着毕业生就业竞争激烈化,学生不在满足于仅仅学习课本上的理论知识,迫切的需要参与实践,在这种情况下,将光学设计软件ZEMAX引入工程光学教学是大有益处的.本文以典型的三片相机物镜优化设计为例,经过初始数据录入、优化及分析像差等光学设计的相关步骤,最后使物镜性能得到了显著提升,使学生获得处理实际光学设计问题的初步的能力.
【关 键 词 】三片相机物镜 工程光学 ZEMAX 光学设计
1.引言
ZEMAX可以直观的进行光学设计,借助其强大的像质评价和分析功能,将设计者从大量枯燥的计算中解脱了出来.而且它已经成为当今使用最普遍的光学设计软件之一,大量科研论文也是以ZEMAX为平台进行光学设计的[1],所以学习ZEMAX的使用,为学生将来不论参加工作还是读研写论文都提供了良好的开端.本文三片相机物镜的设计,对教学来说是很典型和实用的.光学要求为：焦距f′等于30mm,相对孔径D/f′等于1/4,视场2w等于50°.
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2.输入初始物镜数据
设计物镜的第一步是获得物镜的初始数据,通常使用的方法是：（1）查询相关专利进行放缩；（2）使用初级像差理论解出的结果.本文使用后一种方法,引用袁旭沧先生以初级像差理论解出结果为初始结构[2],直接输入数据编辑表（LDE）.如表1所示,按INSERT键插入需要的面,然后输入透镜半径和使用的玻璃,注意缺省的单位是毫米.所用玻璃是中国玻璃库里的ZK11（nd等于1.638542,vd等于55.449612）和F5（nd等于1.624351,vd等于35.908726）.
首先为物镜定义相对孔径.在“F数（Image Space F/#）” 对话框中输入值：4.接着在 “波长数据（Wavelength Data）”对话框选择“F,d,C（Visible）”.最后设定视场角.将视场角的个数设置为3,在“y-Field”输入0度、17.675度、25度,权重选
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2.优化物镜系统
将镜片的曲率和像面位置设为变量.并选择“工具（Tools）”菜单下的“缺省评价函数（Default Merit Function）”.选“RMS→Spot Radius→Centroid”.此外,还需要使镜头的焦距为30mm.在第一行中的任何一处单击鼠标,使光标移动到评价函数编辑的第一行,按下INSERT键插入新的一行.在“TYPE”列下,输入“EFFL”.此操作数控制有效焦距.移动光标到“Target”列,输入30.其“权重（Weight）”输入1.这样就完成了评价函数的定义.点击快捷键“Opt”,然后单击“自动（Automatic）”,开始优化.优化完成后,由二维剖面图可以看出镜片有部分重叠在一起,镜片间空气间距过小,将第二面、第四面、第五面的空气厚度反复修改并优化,最后分别确定为1.5、1、0.5.
通常镜片需要大一些,这样才能给诸如抛光和装配等提供边缘空间,如采用压圈法固定,根据光学零件外径余量表[2],第一片镜片半径约为5.7mm需在此基础上增加0.75mm,即定义半径为6.45mm,移动光标到1面的半口径 “Semi-Diameter”列,键入“6.15”,同样第二片和第三片镜片的半径分别定义为5.1 mm和4.5 mm.
接下来需要决定透镜的实际厚度,根据透镜中心及边缘最小厚度表[2],第一片透镜是正透镜,半径为6.45 mm,需要的最小边缘厚度为1mm.在第一面的厚度列中双击,会出现“Solve Control”窗口,选择“Edge thickness”,将“厚度（Thickness）”,设置为1.同理,第二片透镜是负透镜,半径为5.1mm,需要的最小中心厚度为1.1mm,第三片透镜半径为4.5mm,需要的最小边缘厚度为0.6mm,然后,再次点击快捷键“Opt”进行优化.优化后二维剖面图中透镜边缘厚度已趋于合理.
3.优化后像差分析
点击快捷键“Spt”,所得的点列图,如图1中“SPOT DIAGRAM”所示.图中最大视场RMS弥散斑的尺寸是17微米,可见像差消除的不错.设计中,常用的判断工具还有光线差图,可以通过点击快捷键“Ray”得到.如图1中“TRANSVERSE RAY FAN PLOT”所示.左图EY是子午像差,右图EX是弧矢像差.最大的像差已经被减小到约60微米.点击快捷键“Fcd”,来观察场曲和畸变.图1中“FIELD CURVATURE / DISTORTION”显示了场曲和畸变,最大场曲不到0.35mm,畸变小于2%.
参考文献
[1] 李广, 汪建业, 张燕,等.800万像素手机镜头的设计[J].应用光学,2011,32（3）：420-425.
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[2] 郁道银,谈恒英. 工程光学（第二版） [M].北京机械工业出版社, 2009： 219-254.
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