ERNOSTAR镜头课程设计.docVIP

目 录 1.课程设计的背景及意义……………………………2 2.设计的基本原理………………………………………..3 3.课程设计的基本过程…………………………………..5 4.设计的结果……………………………………………..8 5.镜头的优化……………………………………………..11 6.总结和结论……………………………………………..14 7.参考文献………………………………………………..15 1．课程设计的背景及意义 随着光学产业的迅速发展，各类光学器件都在不同程度的改变和影响着我们的生活，基于ZEMAX的摄影镜头设计便是十分重要的一部分，任何一个光学系统不管应用于和处，其作用都是把目标发出的光透过我们所设计的镜头，最后成像，光学镜头的好坏直接影响着成像系统的成像质量，基于柯克三合系统的镜头结构，能够对光学镜头所有六种像差进行校正的结构最简单摄影镜头，故而为世界各光学公司仿制，加之三片三组式柯克结构镜头成本低廉故而产量巨大，广泛应用于各中低档相机镜头之中。通过对光学镜头的设计也是我们对与镜头设计有关的各类参数有更深的了解。 我负责查找ERNOSTAR镜头的基本结构以及应用参数，ERNOSTAR在摄影史上是具有划时代意义的摄影头，它的最大光圈在标准相机上可以达到2.0，要知道在1927年Tessar的光圈也就只有设计到2.7。ERNOSTAR是当时第一支可以在光线条件较差的情况下使用的镜头，也是第一个可以在很差的光线下不使用三脚架的镜头。 图1 生产研发ERNOSTAR镜头的ERNEMANN公司Heliar结构镜片、sonnar结构镜头。 照相物镜的光学特性 (1)焦距f＇ 决定了所成像的大小，当物体处于有限距离像高 y＇=（1-β）f＇tan w, β是垂轴放大率。物距L都比较大，所以f＇=L＇。 (2)相对孔径 照相物镜的相对孔径决定其受衍射限制的最高分辨率和相面光 照度。这里N=D/ f＇/λ， (3)视场角 照相物镜的视场角决定其在接收器上成清晰像的空间范围，按视场角的大 小，照相物镜分为：小视场物镜，中视场物镜，广角物镜，超广角物镜。他们是物镜的重要的特性参数。另外在模拟仿真的过程中，还要注意所选取的镜头的曲率半径，厚度，玻璃等。 (4)光圈 光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置，它通常是在镜头内。表达光圈大小我们是用f值。F=镜头的焦距/镜头的有效口径的直径。光圈F数值越小光圈越大，进光量越多，画面比较亮；光圈F数值越大光圈越小，画面比较暗。ERNOSTAR结构是当时德累斯顿Ernemann公司（Zeiss Ikon前身之一）年仅23岁的天才光学设计师Ludwig Bertele，根据Ludwig Bertele的设计，他将Cooke-Triplet结构中的第一片凸透镜替换成了一组两片相接合的凸透镜，最大光圈在标准相机上可以达到2.0，要知道在1927年Tessar的光圈也就只有设计到2.7。ERNOSTAR是当时第一支可以在光线条件较差的情况下使用的镜头，也是第一个可以在很差的光线下不使用三脚架的镜头。 图2 ERNOSTAR最初原理图 前三个镜片用于获得一个较长的焦距，之后通过与前片透镜距离较远的第三片透镜可以将这一焦距重新缩短这一结构在光线通过一个适中的孔径时可以很好的控制眩光与散射。 3.2 ERNOSTAR参数 表1 ERNOSTAR参数 曲率半径r 厚度d 折射率 r1=83.561 d1=5 1.63812 r2=-126.94 d2=0.1 r3=24.604 d3=11 1.63842 r4=59.796 d4=3 r5=-118.5 d5=5 1.7398 r6=14.956 d6=10.73 r7=51.382 d7=7 1.63842 r8=-24.504 图3 通过查找资料，在镜头数据编辑页面输入物镜的初始参数 图4 输入光圈 图5 输入三种视场0deg，5deg，10deg 图6 输入三种波长的光蓝，绿，红 3.3 ERNOSTAR镜头设计基本过程 (1) 由使用要求提出对光学系统的合理要求确定设计指标对光学原理图进行系统外形尺寸计算,可行性分析设计指标修正确定光学系统的初始结构,并求初始解对初始解进行像差校正必要时修改初始结构到光学系统结构参数进行光学系统公差设计和分析绘制光学系统图和零部件图完成设计报告 图7 设计流程图 4.设计的结果 图8 输出效果图 图9 像差图 最大像差为1000um 随着视场角不断增大，最大相差增大。 图10 光程差图 最大光程差为400 ，随着视场角增大最大光程差增大。由于离焦影响，未能出现理想优化结果 图11