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
2
2
02.085.01.085.0W 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。 9
K 的
折
射
率
5163
.11=n ，
2
ZF 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：
A
P 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：
)
(1
20
0+-+
=∞
A P W
Q 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
()()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=--+-==-=-+=+===-+-⨯=+-==77370.011
1127467
.2284074.4009404.21
61726.1284074.415163.1009404
.25163.111221233
12211111n Q n n r Q r Q n n r ϕρϕρϕρ 1.7求球面曲率半径
⎪⎪⎪⎩
⎪⎪⎪⎨⎧-=-='=-=-='==='=491.129277370.01000
624.43927467.21000330.61861726.110003322
11ρρρf 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
2
2
2⎪⎭
⎫
⎝⎛-±=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 9.810
84
.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 66.1110
03.167.285.103108122=-⨯-=++=
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2.1
3、工作波长的设定（图3.1）
图3.1
4、评价函数的选择（图4.1、4.2）
图4.1
图4.2
5、系统的透镜参数表（5.1）
图5.1 6、优化工具窗口（图6.1）
图6.1
7、系统的结构轮廓图（7.1）
