ZEMAX 光学设计报告一、设计目的通过对设计一个双胶合望远物镜，学会zemax 软件的基本应用和操作。

二、设计要求设计一个全视场角为1.56°，焦距为1000mm ，且相对孔径为1:10的双胶合望远物镜，要求相高为y`=13.6mm 。

三、设计过程1.双胶合望远物镜系统初始结构的选定1.1选型由于该物镜的全视场角较小，所以其轴外像差不太大，主要校正的像差有球差、正弦差和位置色差。

又因为其相对孔径较小，所以选用双胶合即可满足设计要求。

本系统采用紧贴型双胶合透镜组，且孔径光阑与物镜框相重合。

1.2确定基本像差参量根据设计要求，假设像差的初级像差值为零，即球差0'0=L δ；正弦差0'0s =K ；位置色差0'0=FC l δ。

那么按初级像差公式可得0===∑∑∑I I I I C S S ,由此可得基本像差参量为0===I ∞∞C W P 。

1.3求0P)(()⎪⎩⎪⎨⎧+-+-=∞∞∞∞火石玻璃在前时冕牌玻璃在前时2202.085.01.085.0W P W P P因为没有指定玻璃的种类，故暂选用冕牌玻璃进行计算,即0085.00-=P 。

1.4选定玻璃组合鉴于9K 玻璃的性价比较好，所以选择9K 作为其中一块玻璃。

查表发现当000.0=I C ,与0085.00-=P 最接近的组合是9K 与2ZF 组合，此时对应的038.00=P 。

此系统选定9K 与2ZF 组合。

9K 的折射率5163.11=n ，2ZF 的折射率6725.12=n ，038319.00=P ,284074.40-=Q ,06099.00-=W ，009404.21=ϕ，44.2=A ,72.1=K 。

1.5求形状系数Q一般情况下，先利用下式求解出两个Q 的值：AP P Q Q 00-±=∞再与利用下式求的Q 值相比较，取其最相近的一个值：)(1200+-+=∞A P WQ Q因为 0P P ≈∞，所以可近似为284074.40-==Q Q ,06099.00-==∞W W 。

1.6求归一化条件下的透镜各面的曲率()()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=--+-==-=-+=+===-+-⨯=+-==77370.0111127467.2284074.4009404.2161726.1284074.415163.1009404.25163.11122123312211111n Q n n r Q r Q n n r ϕρϕρϕρ 1.7求球面曲率半径⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=-='=-=-='==='=491.129277370.01000624.43927467.21000330.61861726.11000332211ρρρf r f r f r 1.8整理透镜系统结构数据视场0136.0tan -=ω（负号表示入射光线从光轴左下方射向右下方），物距-∞=L （表示物体在透镜组左侧无穷远处），入瞳半径mm h 50=，光阑在透镜框上，即入瞳距第一折射面的距离为0。

数据整理表如下所示。

表1 数据整理表表中的d 之所以为零，是因为我们为了计算方便，在一开始时就假定了该透镜组为没有厚度的薄透镜组。

经验证该薄透镜组的像差较小，适宜作为初始结构。

1.9求后透镜组各面的球面曲率半径考虑到任何实际的透镜组总是有一定的厚度，因此需要把薄透镜组转换成后透镜组。

根据设计要求mm f 1000='，10/1/='f D ，则通光口径mm D 100=。

选用压圈方式固定透镜组，该方式所需余量由《光学仪器设计手册》查得为mm 5.3，由此可求得透镜组的外径为mm 5.103。

对于凸透镜而言；假设1x ，2x 分别为球面矢高，r 为折射球面曲率半径，D 为透镜外径，如图所示，则222⎪⎭⎫⎝⎛-±=D r r x由上式可求得17.21=x ，67.22=x 。

将所求的的结果代入下式中可求得凸透镜最小边缘厚度1t ：()mm x x D t 9.81084.435.103103211=⨯-=+-=利用下式可求得凸透镜的最小中心厚度1d 。

mm x x t d 02.1003.167.266.11322=+-=+-=。

对于凹透镜而言：先求得03.13=x ，再代入下式中可求得凹透镜最小边缘厚度2t 。

()()mm x x D t 66.111003.167.285.103108122=-⨯-=++=利用下式可求得凹透镜的最小中心厚度2d 。

薄透镜变换成后透镜时，应保持u 和u '不变的条件下进行。

四、设计结果1、入瞳直径的设定（图1.1）图1.1 2、视场角的设定（图2.1）图2.13、工作波长的设定（图3.1）图3.14、评价函数的选择（图4.1、4.2）图4.1图4.25、系统的透镜参数表（5.1）图5.1 6、优化工具窗口（图6.1）图6.17、系统的结构轮廓图（7.1）图7.1 8、系统的FFT MTF（图8.1）图8.1 9、系统的FFT PSF（图9.1）图9.110、系统的FIELD CURV/DIST图（图10.1）（图10.1）11、系统的GRID DISTORION图（图11.1）图11.112、系统的SPOT DIAGRAM图（图12.1）图12.113、系统的LATERAL COLOR图（图13.1）图13.114、系统的RAY FAN 图（图14.1）图14.115、系统的OPD FAN图（图15.1）图15.116、系统的WAVEFRRONT MAP 图（图16.1）图16.117、系统的diffraction encircled energy 图（图17.1）图17.118、系统的system data （数据如下）System/Prescription DataFile : C:\Program Files\ZEMAX\SAMPLES\LENS.ZMXTitle:Date : WED OCT 29 2014GENERAL LENS DATA:Surfaces : 5Stop : 1System Aperture : Entrance Pupil Diameter = 100Glass Catalogs : SCHOTT 中国GB903-87Ray Aiming : OffApodization : Uniform, factor = 0.00000E+000Temperature (C) : 2.00000E+001Pressure (ATM) : 1.00000E+000Adjust Index Data To Environment : OffEffective Focal Length : 999.6842 (in air at system temperature and pressure) Effective Focal Length : 999.6842 (in image space)Back Focal Length : 989.2692Total Track : 1013.029Image Space F/# : 9.996842Paraxial Working F/# : 9.996842Working F/# : 9.996906Image Space NA : 0.04995335Object Space NA : 5e-009Stop Radius : 50Paraxial Image Height : 13.61011Paraxial Magnification : 0Entrance Pupil Diameter : 100Entrance Pupil Position : 0Exit Pupil Diameter : 100.4728Exit Pupil Position : -1004.411Field Type : Angle in degreesMaximum Radial Field : 0.78Primary Wavelength : 0.5875618 祄Lens Units : MillimetersAngular Magnification : 0.9952938Fields : 5Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight1 0.000000 0.000000 1.0000002 0.000000 0.234000 1.0000003 0.000000 0.390000 1.0000004 0.000000 0.551000 1.0000005 0.000000 0.780000 1.000000Vignetting Factors# VDX VDY VCX VCY VAN1 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000002 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000003 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000004 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000005 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000Wavelengths : 3Units: 祄# Value Weight1 0.486133 1.0000002 0.587562 1.0000003 0.656273 1.000000。