H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y
实验报告
课程名称：光机系统设计
实验名称：双胶合消色差物镜设计院系：电气及自动化与控制系班级：
姓名：
学号：
哈尔滨工业大学
1， 实验目的
设计一个双胶合消色差透镜，并绘制图形，熟悉应用光学、机械学等相关知识，掌握光机系统设计的流程。

2. 结构特性分析
双胶合消色差物镜光学性能要求: 1) f / 6，焦距540mm ； 2) 视场角1.5°；
3) 镜片材料选择BAK1 和BK7； 4) 20 线对/mm 处MTF>0.4； 5) 工作波长：可见光
3. 初始结构设计
当物体处于无穷远时，P ∞=W ∞=0（孔径角消失），设计消色差系数C=0。

透镜的光焦度分配公式： )v 1
-v 1/(1-2
121）（v c =ψ 12-1ψ=ψ
通过应用光学相关知识，算的双胶合透镜的曲率半径依次为： R 1 =345.231 R 2 =-240.89
R 3 =-1003.25
两个透镜的初始厚度设计各为7mm ，透镜组到成像面的距离设计为近轴光线，由ZEMAX 计算出相应厚度调整值。

图1 双胶合透镜出结构设计
图 2 所示，视场90mm；如图 3 所示，视场角设定为1.5°，图 4 所示，入射光线为可见光；如所示为初始透镜结构图。

图2 设定视场
图3 设置光场
图4 设定入射光
4. 系统优化
设计焦距值为540mm,设定默认优化函数EFFL target 为540，权重为1，选择透镜的三个曲率半径以及相应的厚度作为优化参数，优化结果如图 5所示。

图5 优化结果参数
5. 像质分析
由图6所示，优化后最大的波像差大约为4个波长，尚未达到衍射极限，应为焦平面上的彗差影响所致；同时可见这个透镜相对与可见光的低阶色差比较小，满足设计要求。

图8优化后光线追迹曲线
如图 6所示，优化后存在彗差，由图中度数可得艾里斑半径为8.595μm，
而像差RMS半径为18.570μm，可见此优化结果基本达到设计要求，可以使用。

图7 优化后散点图
最后查看调制传递函数，由图10可见，在20线对处的MTF值为0.4835，符合设计要求。

综上所示，本次双胶合消色差透镜的设计符合达到题目的要求。

在20线对/mm处满足MTF>0.4
6.小结：
通过完成本次光机系统设计的大作业基本熟悉了应用光学、机械学等相关知识和光机系统设计的流程，但由于一些知识点掌握的不好也遇到了很多麻烦，大作业的设计也使本课程做到了加强基础、重视应用、开拓思维、培养能力、提高素质。