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ZEMAX软件基础介绍

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ZEMAX课程设计心得照相机物镜设计【模版】

ZEMAX课程设计——照相机物镜设计 一、(课题的背景知识,如照相机镜头的发展概况,类型及其主要技术参数的简要说明) 二、课程设计题目 设计一个照相物镜, 1)光学特性要求:f’=100mm;2=30;;D/f’=1:3.5. 2)成像质量要求:弥散斑直径小于0.05mm;倍率色差最好不超过0.01mm;畸变小于3%。 三、设计课题过程 1、参考Ernostar和Tessar联合型物镜设计相关数据,对其进行相关改进。 Ernostar和Tessar联合型物镜设计相关数据如下表1(其中焦距f’=75.68mm;相对孔径D Radius/r Thickness/d 折射率/n 玻璃阿贝数/ν 38.339 3.57 1.71289 53.9 50.988 0.32 35.192 5.49 1.71289 53.9 197.94 4.83 -96.144 1.87 1.6362 35.3 26.53 8 -1074.1 1.38 1.53246 45.9 37.053 7.6 -49.135 1.72904 54.8 表1 2、根据焦距曲率镜片厚度之间的比例关系,即f1/f2=r1/r2=d1/d2,得到焦距100mm,相Radius/r Thickness/d 折射率/n 玻璃阿贝数/ν 50.659 4.717 1.71289 53.9 67.373 0.423 46.501 7.254 1.71289 53.9 261.548 6.382 -127.040 2.471 1.6362 35.3 35.055 10.571 -1419.262 1.824 1.53246 45.9 48.960 10.042 -64.925 1.72904 54.8 表2 3、启动ZEMAX,将表1数据输入到LDE,相关步骤由以下图给出

光学工程课程设计——照相物镜的ZEMAX设计

光学工程 课程设计 班级:T1003-3班 学号:20100030305 姓名:李金鑫

一.光学设计软件ZEMAX 的使用 设计要求: 1. 镜头镜片数小于10片 2. 图像传感器(CCD)指标 像素:1200×960,像元:3.8 3.8m m μμ? 。 3. 物镜 定焦,焦距28.0mm ,畸变 < 3.5%焦距280.2f mm mm '=±,相对孔径/1/3.5D f '= 轴上点100/lp mm 的MTF 值在0.3以上,轴外0.707视场 100/lp mm 的MTF 值在0.15以上, 渐晕:中心相对照度 > 65 % 在可见光波段设计(取d 、F 、C 三种色光,d 为主波长)。 4.计算过程: 成像面积:(1200*3.8)*(960*3.8)=4.56*3.648mm 2 对角线长度:22648.356.4+=5.84mm 像高:5.84/2=2.92mm 无限远入射光线的半视场角为: 96.5)arctan(''==f y w CCD 的特征频率为:1/(2*0.038)=131.6 lp/mm 有效焦距长度:'f =28mm 由于相对孔径'13.5 D f =,所以8D mm =。

软件设计结果: 1.透镜结构参数,视场、孔径等光学特性参数: GENERAL LENS DATA: Surfaces : 12 Stop : 6 System Aperture : Entrance Pupil Diameter = 8 Glass Catalogs : SCHOTT Ray Aiming : Off Apodization : Uniform, factor = 0.00000E+000 Effective Focal Length : 28.0008(in air at system temperature and pressure) Effective Focal Length : 28.0008(in image space) Back Focal Length : 17.49979 Total Track : 40.26 Image Space F/# : 3.499992 Paraxial Working F/# : 3.499992 Working F/# : 3.498718 Image Space NA : 0.1414217 Object Space NA : 4e-010 Stop Radius : 2.446367

基于ZEMAX的照相物镜的设计

燕山大学课程设计(论文)任务书 院(系):电气工程学院基层教学单位:自动化仪表系 学号学生姓名专业(班级) 10级仪表三班设计题目 设 计技术参数 1、焦距:f’=15mm; 2、相对孔径:1/2.8; 3、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光) 4、视场角2w=74° 设计要求 1、简述照相物镜的设计原理和类型; 2、确定照相物镜的基本性能要求,并确定恰当的初始结构; 3、输入镜头组数据,设置评价函数操作数,进行优化设计和像差结果分析; 4、给出像质评价报告,撰写课程设计论文 工作量 查阅光学设计理论和像差分析的相关文献和资料,提出并较好地的实施方案设计简单透镜组,并用zemax软件对初级像差进行分析和校正,从而对镜头进行优化设计 工作计划 第一天、第二天:熟悉ZEMAX软件的应用,查阅资料,确定设计题目进行初级理论设计 第三天、第四天:完善理论设计,运用ZEMAX软件进行设计优化,撰写报告 第五天:完善过程,进行答辩 参考资料《光学设计》,西安电子科技大学出版社,刘钧,高明,2006,10 《几何光学像差光学设计》,浙江大学出版社,李晓彤,岑兆丰,2003.11 《实用光学技术手册》,机械工业出版社,王之江,2007.1 指导教师签字基层教学单位主任 签字

摘要 (1) 第一章简述照相物镜的设计原理和类型 (2) 第二章设计过程 (4) 2.1根据参数要求确定恰当的初始结构 (4) 2.2优化设计过程 (5) 2.3 优化结果像差结果分析 (8) 第四章课设总结 (13) 参考文献

人们早就有长期保存各种影像的愿望。在摄影技术尚未发明前的公元四世纪时,人们按投影来描画人物轮廓像的方法达到了全盛时代,至今这种方法仍然作为剪纸艺术流传着。后来,人们让光线通过小孔形成倒立像,进而将小孔改为镜片,并加装一只暗箱。只要在暗箱底板上放一张纸,不仅可以画出轮廓,还可以画出像上的各个部分。这就形成了照相机的机构雏形。随着科学技术的发展,照相机的发展日益迅速,有着显著的飞跃。照相物镜是照相机的眼睛,它的精度和分辨率直接影响到照相机的精度与成像质量。要保证所设计的照相物镜达到较高的技术要求,在设计时就必须达到更高的精度与分辨率。 本文所讨论的照相物镜,它主要采用后置光阑三片物镜结构,其中第六面采用非球面塑料,其余面采用标准球面玻璃,应用ZEMAX软件设计了一组焦距f '= 15mm的照相物镜,相对孔径D/ f’=2. 8,镜头总长为15.1366mm,整个系统球差0.000192,慧差0.000432,像散0.002716。完全满足设计要求。 关键字:照相物镜ZEMAX 设计

ZEMAX软件基础介绍

ZEMAX是美国 Radiant Zemax 公司所发展出的光学设计软件,可做光学组件设计与照明系统的照度分析,也可建立反射,折射,绕射等光学模型,并结合优化,公差等分析功能,是套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。ZEMAX 有三种不同的版本:Standard 标准版(原SE);Professional 专业版(原EE);Premium 旗舰版(原IE)。 1主要特色 1.1分析 提供多功能的分析图形,对话窗式的参数选择,方便分析,且可将分析图形存成图文件,例如:*.BMP, *.JPG...等,也可存成文字文件*.txt。 1.2优化 表栏式merit function参数输入,对话窗式预设merit function参数,方便使用者定义,且多种优化方式供使用者使用,诸如Local Optimization可以快速找到佳值,Global/Hammer Optimization可找到最好的参数。 1.3公差分析 表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数,方便使用者定义。 报表输出 多种图形报表输出,可将结果存成图文件及文字文件。 2应用领域 含括Projector,Camera,Scanner,Telescope,光纤耦合,照明系统、夜视系统等。

Zemax 软件的界面 1 Zemax 软件的工作窗口 Figure 1 Zemax 默认的工作窗口 2 Zemax 透镜数据编辑器(LDE ) 2.1 表面类型 Zemax 在标准面型下有平面、球面和二次曲面等选项。 LDE 的Surface Type (表面类型)栏分为两列,左边一列分为OBJ 、STO 和IMA 三行,它们分别对应物面、光阑面和像面;右边一列的三行是左边三种表面的类型。默认的表面类型是标准型,用Standard 表示。 OBJ 即物面被默认为0面。 表格 1 不同表面的二次曲面系数 菜单栏 工具栏 LDE 表面类型 曲率半径 厚度 玻璃 半口径

ZEMAX入门教学

课程设计安排 本课程设计着眼于应用光学的基本理论知识、光学设计基本理论和方法,侧重于典型系统具体设计的思路和过程,加强学生对光学设计的切身领会和理解,将理论与实际融合、统一,以提高学生综合分析及解决问题能力的培养。 结合<>、<<工程光学课程设计>>和课件《光学设计软件应用课件》中的内容熟悉zemax软件和光学设计内容:特别要掌握zemax软件中以下菜单的内容: 1 输入透镜参数对话框:lens data editor, 2 system菜单下的输入光学系统数据: general, field wavelength 3. 光学性能分析(Analysis)中Lay out,Fan,RMS,MTF Seidel 像差系数各菜单 4 Merit Function Editor:优化函数构建和作用 在学习过以上内容的基础上,在ZEMAX软件上设计以下镜头设计(通过设计镜头熟悉zemax和光学设计理论知识,设计时需要不断去重新学习课本和课件知识,切记软件只是帮助你设计镜头,而不是代替你设计镜头):

ZEMAX入门教学 例子 1 单透镜(Singlet) (3) 例子 2 座标变换(Coordinate Breaks)................................18例子 3 牛顿式望远镜(Newtonian Telescope). (26) 例子4消色差单透镜(Achromatic Singlet) (40) 例子5变焦透镜(Zoom Lens) (47)

1-1单透镜 这个例子是学习如何在ZEMAX里键入资料,包括设罝系统孔径(System Aperture)、透镜单位(Lens Units)、以及波长范围(Wavelength Range),并且进行优化。你也将使用到光线扇形图(Ray Fan Plots)、弥散斑(Spot Diagrams)以及其它的分析工具来评估系统性能。 这例子是一个焦距100 mm、F/4的单透镜镜头,材料为BK7,并且使用轴上(On-Axis)的可见光进行分析。首先在运行系统中开启ZEMAX,默认的编辑视窗为透镜资料编辑器(Lens Data Editor, LDE),在LDE可键入大多数的透镜参数,这些设罝的参数包括:表面类型(Surf:Type)如标准球面、非球面、衍射光栅…等 曲率半径(Radius of Curvature) 表面厚度(Thickness):与下一个表面之间的距离 材料类型(Glass)如玻璃、空气、塑胶…等:与下一个表面之间的材料 表面半高(Semi-Diameter):决定透镜表面的尺寸大小 上面几项是较常使用的参数,而在LDE后面的参数将搭配特殊的表面类型有不同的参数涵义。 1-2设罝系统孔径 首先设罝系统孔径以及透镜单位,这两者的设罝皆在按钮列中的「GEN」按钮里(System->General)。点击「GEN」或透过菜单的System->General来开启General的对话框。S 点击孔径标签(Aperture Tab)(默认即为孔径页)。因为我们要建立一个焦距100 mm、

ZEMAX软件基础介绍教学文案

Z E M A X软件基础介绍

Zemax软件的介绍 ZEMAX是美国 Radiant Zemax 公司所发展出的光学设计软件,可做光学组件设计与照明系统的照度分析,也可建立反射,折射,绕射等光学模型,并结合优化,公差等分析功能,是套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。ZEMAX 有三种不同的版本:Standard 标准版(原SE);Professional 专业版(原EE);Premium 旗舰版(原IE)。 1主要特色 1.1分析 提供多功能的分析图形,对话窗式的参数选择,方便分析,且可将分析图形存成图文件,例如:*.BMP, *.JPG...等,也可存成文字文件*.txt。 1.2优化 表栏式merit function参数输入,对话窗式预设merit function参数,方便使用者定义,且多种优化方式供使用者使用,诸如Local Optimization可以快速找到佳值,Global/Hammer Optimization可找到最好的参数。 1.3公差分析 表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数,方便使用者定义。 1.4报表输出 多种图形报表输出,可将结果存成图文件及文字文件。 2应用领域 含括Projector,Camera,Scanner,Telescope,光纤耦合,照明系统、夜视系统等。

Zemax 软件的界面 1 Zemax 软件的工作窗口 Figure 1 Zemax 默认的工作窗口 2 Zemax 透镜数据编辑器(LDE ) 2.1 表面类型 Zemax 在标准面型下有平面、球面和二次曲面等选项。 LDE 的Surface Type (表面类型)栏分为两列,左边一列分为OBJ 、STO 和IMA 三行,它们分别对应物面、光阑面和像面;右边一列的三行是左边三种表面的类型。默认的表面类型是标准型,用Standard 表示。 OBJ 即物面被默认为0面。 表格 1 不同表面的二次曲面系数 菜单栏 工具 LDE 表面类型 曲率半径 厚 度 玻璃 半口径

zemax-课程设计

目录 第一章引言 (1) 第二章镜头结构的设计指标 (2) 2.1相关规格的确定 (2) 2.2镜头总像素与COMS像素的匹配 (2) 2.3透镜材料及结构的选择 (2) 2.4材料的厚度 (3) 2.5 设计指标 (3) 第三章zemax软件 (3) 3.1 zemax软件简介 (3) 3.1.1软件特色 (4) 3.2zemax软件界面介绍 (4) 3.2.1 Lens Data Editor(LDE) (4) 3.2.2 Aperture(光圈) (5) 3.2.3 Wavelength Data(波长设定) (5) 3.3 zemax软件功能简介 (6) 第四章500万像素手机镜头设计 (6) 4.1初始结构选择 (6) 4.1.1 500万像素手机镜头4P专利结构简介 (7) 4.2设计结果 (7) 4.2.1光路图 (7) 4.2.2详细参数 (8) 第五章结果分析,误差调试 (9) 5.1误差调试 (9) 5.2优化后的分析 (10) 5.2.1场曲和畸变 (10) 5.2.2球差 (10) 5.2.3.色差 (11) 5.2.4 RMS Radius(均方根半径) (12) 5.2.5 MTF(光学调制传递函数) (13) 5.2.6 本设计达到指标 (14) 第六章结论 (15) 参考文献 (16)

第一章引言 从手机开始配备拍照功能以来,手机摄像头的像素以很快的速度上涨,从最初的10万像素到30万像素、100万像素、200万像素、300万像素、500万像素,再到现在的800万像素,1000万像素。09年6月三星推出了全球首款1200万像素手机Pixonl2(M8910),采用1200万像素CMOS图像传感器及289mm广角镜头,提供了足以媲美数码相机的拍照等多项功能,可见手机大有将时尚卡片DC取而代之的劲头。不过据调查,虽然像素一直在涨,但是500万以上像素手机由于价格比较高,市场占有率很低,现在200万像素和300万像素仍是摄像手机市场主流,而500万像素的市场增长速度已显著增加。本文在合理选取初始结构的基础上,优化设计了一款500万像素的手机镜头,本设计流程图如图一。 图1 手机镜头设计流程图

Zemax操作

首先在运行系统中开启ZEMAX,默认的编辑视窗为透镜资料编辑器(Lens Data Editor, LDE),在LDE可键入大多数的透镜参数,这些设罝的参数包括: 表面类型(Surf:Type)如标准球面、非球面、衍射光栅…等 曲率半径(Radius of Curvature) 表面厚度(Thickness):与下一个表面之间的距离 材料类型(Glass)如玻璃、空气、塑胶…等:与下一个表面之间的材料 表面半高(Semi-Diameter):决定透镜表面的尺寸大小 以单透镜为例: 1、设置系统孔径(System->General) 注:F/#指的是光由无限远入射所形成的有效焦距F与近轴光线所对应的入瞳直径#的比值。在说明问题前,首先要了解一些光学术语:A=D/f’,A表示物镜的相对孔径,D表示入瞳直径一般就是指物镜直径,f’表示物镜焦距,另外在照相机里面为了方便常常将A的倒数即f’/D作为相机上的标示值,称为光圈F(注意此处F为光圈数,区别上面所说的有效焦距F)。现在来说明F/4的意思,即我们知道有效焦距为F,入瞳为4mm(光学里面一般以毫米为单位),假如设计时给出焦距为100mm,那么我们立即可以得到光圈数为100/4=25mm。 包括输入入瞳,选择好透镜单位等 2、设置视场角(System->Filed) ZEMAX默认的视场角是即为近轴视场角,其中「Weight」这个选项可以用来设罝各视场角之权值,并可运用于优化。 3、设置波长(Wav) 4、键入透镜资料 建立单透镜这个例子需要建立4个表面。 The object surface(OBJ):设罝光线的起始点 The front surface of the lens(STO):光线进入Lens 的位置。在这例子里,这表面的位置也决定了光阑(Stop)的位置 The back surface of the lens(2):光线从Lens 出来并进入空气中的位置。 The image surface(IMA):光线追迹最后停止的位置,不可以在IMA这个之后设罝任何的表面。这个位置上并非存真实的表面,而是一个哑的表面。 (注:游标移到「IMA」并按下按键盘上的Insert 键,即可产生「2」这个面)

ZEMAX的像差控制与优化

ZEMAX的基本像差控制与优化 公安部第一研究所许正光 ZEMAX已经成为光学设计人员最常用的工具软件了。光学设计中,描述和控制一个光学系统的初级像差结构,通常使用轴上球差、轴向色差、彗差、场曲、畸变、垂轴色差、像散等像差参数。当我们企图更为详细的描述和控制轴外指定视场、指定光束的像差结构时,常常会使用轴外宽光束球差、彗差和细光束场曲等三个像差参数。然而,ZEMAX并不能像SOD88那样直接引用相对应的像差操作数来指定像差目标大小,更没有描述高级像差数的像差操作数,这些通常都需要设计者自行分析和定义。 描述和控制系统光束结构的方法因习惯而有一定的差异,由于某些像差变量之间有某种相关性,而设置的优化权重又可以不同,因此常常都能够达到相同的效果,只是所计算的数学步骤不同而已。到底选择多少个参数来描述一个系统,虽无统一规定,但是还是要因系统像差特性不同而区别选择。经验表明,最少最准确的参数描述量,能够尽可能的提高优化的效率,并且减少掉入效果较差的局部优化的次数。经验丰富的工程师,轻车熟路,在这个环节上少走了很多的弯路,从而其设计效率和设计出来的产品品质要比通常的设计人员有些得多,成功率高的多。 笔者撰写本文的目的就是企图浅显的探讨光学设计中,ZEMAX中光学结构的描述方法以及权重选择的问题。这些都是笔者在设计当中积累的经验,可能这个文章的论断会由于经验的多寡有一定的局限性,所以希望读者当作参考,不要照搬。 一基本像差描述和控制 1、轴上球差LONA 和SPHA LONA表示的是轴上物点指定波长,指定光束尺寸(光线对)的轴上成像交点到近轴焦平面之间轴向距离。这个定义和我们定义的轴向球差相同。光瞳尺寸(光束尺寸)在0~1之间,那么将追迹实际的光束汇交点计算轴向球差。 SPHA常用于指定面产生的像差数值。若不指定特殊面(取值为0),则计算所有面产生球差总和。注意这个总合不是像差计算公式中的经过各面逐个放大之后的加权和,而是代数和(有待读者进一步验证)。 经验:当选择LONA控制不住球差时,同时加入SPHA操作数,设置合理的权重,可以将轴向球差进一步改善。 2、轴向色差AXCL 定义为两个指定波长的近轴焦平面轴向距离。若光瞳尺寸(光束尺寸)定义为0,那么使用近轴焦平面进行色差计算,定义不为0,则使用实际的光线与轴交点位置进行色差计算。 3、垂轴色差(倍率色差) 在ZEMAX中没有直接定义垂轴色差的操作数,但是从垂轴色差的定义可以知道,

ZEMAX软件基础介绍

Zemax软件的介绍 ZEMAX是美国 Radiant Zemax 公司所发展出的光学设计软件,可做光学组件设计与照明系统的照度分析,也可建立反射,折射,绕射等光学模型,并结合优化,公差等分析功能,是套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。ZEMAX 有三种不同的版本:Standard 标准版(原SE);Professional 专业版(原EE);Premium 旗舰版(原IE)。 1主要特色 1.1分析 提供多功能的分析图形,对话窗式的参数选择,方便分析,且可将分析图形存成图文件,例如:*.BMP, *.JPG...等,也可存成文字文件*.txt。 1.2优化 表栏式merit function参数输入,对话窗式预设merit function参数,方便使用者定义,且多种优化方式供使用者使用,诸如Local Optimization可以快速找到佳值,Global/Hammer Optimization可找到最好的参数。 1.3公差分析 表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数,方便使用者定义。 报表输出 多种图形报表输出,可将结果存成图文件及文字文件。 2应用领域 含括Projector,Camera,Scanner,Telescope,光纤耦合,照明系统、夜视系统等。

Zemax 软件的界面 1 Zemax 软件的工作窗口 Figure 1 Zemax 默认的工作窗口 2 Zemax 透镜数据编辑器(LDE ) 2.1 表面类型 Zemax 在标准面型下有平面、球面和二次曲面等选项。 LDE 的Surface Type (表面类型)栏分为两列,左边一列分为OBJ 、STO 和IMA 三行,它们分别对应物面、光阑面和像面;右边一列的三行是左边三种表面的类型。默认的表面类型是标准型,用Standard 表示。 OBJ 即物面被默认为0面。 表格 1 不同表面的二次曲面系数 菜单栏 工具栏 LDE 表面类型 曲率半径 厚度 玻璃 半口径

照相物镜基于ZEMAX课程设计报告实例

应用光学课程设计 课题名称:照相物镜镜头设计与像差分析专业班级:2009级光通信技术 学生学号: 学生姓名: 学生成绩: 指导教师:

课题工作时间:2011.6.20 至2011.7.1 武汉工程大学教务处

课程设计摘要(中文) 在光学工程软件ZEMAX 的辅助下, 配套采用大小为1/2.5英寸的CCD 图像传感器, 设计了一组焦距f '= 12mm的照相物镜, 镜头视场角33.32°, 相对孔径D/f’=2. 8, 半像高3.6 mm ,后工作距9.880mm,镜头总长为14.360mm。使用后置光阑三片物镜结构,其中第六面采用非球面塑料,其余面采用标准球面玻璃。该组透镜在可见光波段设计,在Y-field 上的真值高度选取0、1.08、1.8、2.5452,总畸变不超过0.46%,在所选视场内MTF轴上超过60%@100lp/mm,轴外超过48%@100lp/mm,整个系统球差-0.000226,慧差-0.003843,像散0.000332。完全满足设计要求。 关键词:ZEMAX;物镜;调制传递函数 ABSTRACT By the aid of optical engineering software ZEMAX,A focal length f '= 12mm camera lens matched with one CCD of 1/2.5 inch was designed。Whose FOV is 33.32°, Aperture is 2. 8,half image height is 3.6 mm,back working distance is9.880mm and total length is 14.360 mm. Using the rear aperture three-lens structure,a aspherical plastic was used for the sixth lens while standard Sphere glasses were used for the rest lenses。The group Objective lenses Designed for the visible light,Heights in the true value as Y-field Defined as 0、1.08、1.8、2.5452,total distortion is less than 0.41%,Modulation transfer function of shade in the selected field of view to meet the axis is greater than 60% @ 100 lp / mm, outer axis than 48% @ 100 lp / mm,The sum of the whole system spherical aberration -0.000226,Coma is

ZEMAX操作说明

ZEMAX操作说明 一、参数设置 1、透镜基本参数设置 ①、Surf:Type 这一选项表示输入面的类型,例如普通球面、柱面、镜面、渐变折射率面等。 ②、Comment 这一选项表示对输入面进行注解,填不填都可以。 ③、Radius 这一选项表示输入面的曲率半径,对于第一行输入光源来说如果是Infinity表示光源为平行光,如果输入数字a表示距离透镜第一个面距离为a的点光源。 ④、Thickness 这一选项表示输入相邻两个面的距离,对于一个透镜来说是透镜的中心厚度,对于两个透镜来说是两个透镜的间距。 ⑤、Glass 这一选项表示输入相邻两个面间的材质,可以输入玻璃、镜子、接收器,不输为空气。 ⑥、Semi-Diameter 这一选项表示输入光到达通光面的半径。 ⑦、Conic 这一选项表示输入面曲率半径的非球面系数。 2、光源基本参数设置 ①、Gen Entrance Pupil Diameter表示入射光到达第 一个面时的光斑大小,适用于光源为点光 源或平行光。 Object Space NA表示入射光的数值孔径, 适用于点光源。

②、Fie 这一选项表示对输入光在入射面不同输入 高度时的情况。 ③、Wav 这一选项表示对输入光的波长。 ④、Lay和L3d 这一选项表示输入透镜的平面图和3D图 ⑤、Spt 这一选项表示输入光通过输入透镜后的弥散斑的大小,越小越好。⑥、Mtf 这一选项表示输入透镜的传递函数,与分辨率紧密相关。 ⑦、Pre 这一选项表示输入透镜的所有参数汇总表。 二、设计结果查看 在Analysis一项中查看透镜像差。 初步学习在这一项中一般查看: Image Analysis,这一项中可以直观 查看成像质量。 Miscellaneous,这一项中可以查看 输入透镜的像差。 三、透镜优化 1、双击你所需要优化的面,将其选择为Variable,须优化面后出现V

工程光学课程设计报告

工程光学课程设计 设计名称:工程光学课程设计 院系名称:电气与信息工程学院 专业班级: 学生XX: 学号: 指导教师: 工程学院教务处制 2013年12 月

工程光学课程设计评分表 题目名称25×显微物镜 实习时间2013年12月23 日至2013 年12 月31 日共 2 周实习地点实验楼513 设计报告得分序号评价项目 满 分 得分 1 应用文献资料能力及综合运用知识能力 2 设计说明书撰写水平;插图质量 3 设计(实验)能力及创新性 设计报告得分总计 实物制作效果 评语: 指导教师签字:年月日 学生XX 班级学号 平时表现 (20分) 答辩 (20分) 综合评定得分实习成绩

注:最后成绩的评定以优(90100)、良(8089)、中(7079)、及格(6069)和不及格(少于60分)五级给出。 一、ZEMAX软件介绍 美国ZEMAX Development Corporation研发ZEMAX 是一套综合性的光学设计软件,集成了光学系统所有的概念、设计、优化、分析、公差分析和文件管理功能。ZEMAX所有的这些功能都有一个直观的接口,它们具有功能强大、灵活、快速、容易使用等优点。ZEMAX 有两种不同的版本:ZEMAX-SE和ZEMAX-EE,有些功能只在EE版本中才具有。 ZEMAX 可以模拟序列性(Sequential)和非序列性(non-sequential)系统,分别针对成像系统和非成像系统。ZEMAX采用序列和非序列两种模式模拟折射、反射、衍射的光线追迹。序列光线追迹主要用于传统的成像系统设计,如照相系统、望远系统、显微系统等。这一模式下,ZEMAX以面作为对象来构建一个光学系统模型,每一表面的位置由它相对于前一表面的坐标来确定。光线从物平面开始,按照表面的先后顺序进行追迹,追迹速度很快。许多复杂的棱镜系统、照明系统、微反射镜、导光管、非成像系统或复杂形状的物体则需采用非序列模式来进行系统建模。这种模式下,ZEMAX以物体作为对象,光线按照物理规则,沿着自然可实现的路径进行追迹,可按任意顺序入射到任意一组物体上,也可以

ZEMAX课程设计——照相机物镜设计

Z E M A X课程设计——照相机物镜设计一、(课题的背景知识,如照相机镜头的发展概况,类型及其主要技术参数的简要说明) 二、课程设计题目 设计一个照相物镜, 1)光学特性要求:f’=100mm;2ω=30?;;D/f’=1:3.5. 2)成像质量要求:弥散斑直径小于0.05mm;倍率色差最好不超过0.01mm;畸变小于3%。 三、设计课题过程 1、参考Ernostar和Tessar联合型物镜设计相关数据,对其进行相关改进。 Ernostar和Tessar联合型物镜设计相关数据如下表1(其中焦距f’=75.68mm;相对孔径D/f’=1:2.4;视场 表1 2、根据焦距曲率镜片厚度之间的比例关系,即f1/f2=r1/r2=d1/d2,得到焦距100mm,相对孔径D/f’=1: 3.5的透镜数据如下表2。 3、启动ZEMAX,将表1数据输入到LDE,相关步骤由以下图给出 (1)打开ZEMAX。 (2)输入数据。 在主选单system下,圈出wavelengths,依喜好键入所要的波长,同时可选用不同波长,本实验中在第一列键入0.486,单位为microns,第二第三列分别键入0.587、0.656。在primary中点击选1,即用第一个波长为近轴波长。(3)输入孔径大小。 由相对孔径为1:3.5,焦距为100mm得到,孔径D=100/3.5=28.57143mm。在主选单system菜单中选择general

data,在aper value上键入28.57143。 (4)输入视场角。 (5)输入曲率,面之间厚度,玻璃材质。 本实验中共有5组透镜,其中最后两组为双胶合透镜,故共有9个面,回到LDE,可以看到三个surface,STO (孔径光阑)、OBJ(物点或光源)、IMA(像屏),在STO前后插入几组surface,除IMA外共计9组surface,输入数据。最后根据参考实验图确定STO在第6面上。 ①点击layout,画出2D图形 ②点击spot diagram ,画出点阵图 由图看出光波在波长1、2、3下的弥散斑直径大小分别为33.625、54.419、64.768(单位:微米),其中第2、3波长弥散斑大小大于50微米,不符合要求,故需要改进。 ③在analysis里面的miscellaneous中点击field curv/dist,得到图形如下,其中distortion即为畸变 由图知畸变约为0.125%,小于3%,已到要求。 ④同③点击lateral color,即为倍率色差。 由图知倍率色差约为10微米,基本要求。 综上所述,我们所要做的就是对原始数据进行优化,是它的弥散斑直径符合要求。 优化一 (6)优化。(说明:优化并无严格规则,可根据具体情况灵活处理) 在本实验中,选择曲率半径为优化对象,双击surface1,出现 在solve type下拉框中选择variable,如图 剩下的8个面如法炮制,另外为了使弥散斑尽量聚焦于一点,但不改变透镜厚度和镜组之间距离,将surface9名下的thickness也改为variable。得到 接着设置优化功能,在system的editors中选取merit function,进入tools,再点击default merit function,即我们选用default merit function,这还不够,我们还要规定给merit function一个focal length为100的限制,所以在merit function editor第1列中往后插入一列,即显示第2列,代表suface2,在此列中的type上键入EFFL,同列中的target项中键入100,weight中键入1。 跳出merit function editor,在tools 中选optimization项,按automatic,完毕后跳出来,此时已完成最佳化设计,如前,重新检验畸变倍率色差即弥散斑大小是否符合要求。 可以看到弥散斑大小均符合要求 畸变小于3%,符合要求 倍率色差小于10um符合要求。 透镜的2D图如下: 可以看出,虽然透镜组附符合物理设计但是第一个镜片为凹镜,不符合给出的组合镜要求,故仍需要进行优化。

zemax操作详解

ZEMAX光学设计软件操作说明详解 找到一些资料希望对大家有用! 【ZEMAX光学设计软件操作说明详解】 介绍 这一章对本手册的习惯用法和术语进行说明。ZEMAX使用的大部分习惯用法和术语与光学行业都是一致的,但是还是有一些重要的不同点。 活动结构 活动结构是指当前在镜头数据编辑器中显示的结构。详见“多重结构”这一章。角放大率 像空间近轴主光线与物空间近轴主光线角度之比,角度的测量是以近轴入瞳和出瞳的位置为基准。 切迹 切迹指系统入瞳处照明的均匀性。默认情况下,入瞳处是照明均匀的。然而,有时入瞳需要不均匀的照明。为此,ZEMAX支持入瞳切迹,也就是入瞳振幅的变化。 有三种类型的切迹:均匀分布,高斯型分布和切线分布。对每一种分布(均匀分布除外),切迹因素取决于入瞳处的振幅变化率。在“系统菜单”这一章中有关于切迹类型和因子的讨论。 ZEMAX也支持用户定义切迹类型。这可以用于任意表面。表面的切迹不同于入瞳切迹,因为表面不需要放置在入瞳处。对于表面切迹的更多信息,请参看“表

面类型”这一章的“用户定义表面”这节。 后焦距 ZEMAX对后焦距的定义是沿着Z轴的方向从最后一个玻璃面计算到与无限远物体共轭的近轴像面的距离。如果没有玻璃面,后焦距就是从第一面到无限远物体共轭的近轴像面的距离。 基面 基面(又称叫基点)指一些特殊的共轭位置,这些位置对应的物像平面具有特定的放大率。基面包括主面,对应的物像面垂轴放大率为+1;负主面,垂轴放大率为-1;节平面,对应于角放大率为+1;负节平面,角放大率为-1;焦平面,象空间焦平面放大率为0,物空间焦平面放大率为无穷大。 除焦平面外,所有的基面都对应一对共轭面。比如,像空间主面与物空间主面相共轭,等等。如果透镜系统物空间和像空间介质的折射率相同,那么节面与主面重合。 ZEMAX列出了从象平面到不同象方位置的距离,同时也列出了从第一面到不同物方平面的距离。 主光线 如果没有渐晕,也没有像差,主光线指以一定视场角入射的一束光线中,通过入瞳中央射到象平面的那一条。注意,没有渐晕和像差时,任何穿过入瞳中央的光线也一定会通过光阑和出瞳的中心。 如果使用了渐晕系数,主光线被认为是通过有渐晕入瞳中心的光线,这意味着主光线不一定穿过光阑的中央。 如果有瞳面像差(这是客观存在的),主光线可能会通过近轴入 瞳中心(如果没有使用光线瞄准)或光阑中央(如果使用光线瞄准),但一般说来,不会同时通过二者中心。 如果渐晕系数使入瞳减小,主光线会通过渐晕入瞳中心(如果不使用光线瞄准)或者渐晕光阑中心(如果使用光线瞄准)。 常用的是主光线通过渐晕入瞳的中心,基本光线通过无渐晕的光阑中心。ZEMAX 不使用基本光线。大部分计算都是以主光线或者中心光线作为参考。优先使用中心光线,因为它是基于所有照射到象面的光线聚合效应,而不是基于选择某一条

ZEMAX的基本像差控制与优化

ZEMAX的基本像差控制与优化 ZEMAX已经成为光学设计人员最常用的工具软件了。光学设计中,描述和控制一个光学系统的初级像差结构,通常使用轴上球差、轴向色差、彗差、场曲、畸变、垂轴色差、像散等像差参数。当我们企图更为详细的描述和控制轴外指定视场、指定光束的像差结构时,常常会使用轴外宽光束球差、彗差和细光束场曲等三个像差参数。然而,ZEMAX并不能像SOD88那样直接引用相对应的像差操作数来指定像差目标大小,更没有描述高级像差数的像差操作数,这些通常都需要设计者自行分析和定义。 描述和控制系统光束结构的方法因习惯而有一定的差异,由于某些像差变量之间有某种相关性,而设置的优化权重又可以不同,因此常常都能够达到相同的效果,只是所计算的数学步骤不同而已。到底选择多少个参数来描述一个系统,虽无统一规定,但是还是要因系统像差特性不同而区别选择。经验表明,最少最准确的参数描述量,能够尽可能的提高优化的效率,并且减少掉入效果较差的局部优化的次数。经验丰富的工程师,轻车熟路,在这个环节上少走了很多的弯路,从而其设计效率和设计出来的产品品质要比通常的设计人员有些得多,成功率高的多。 笔者撰写本文的目的就是企图浅显的探讨光学设计中,ZEMAX中光学结构的描述方法以及权重选择的问题。这些都是笔者在设计当中积累的经验,可能这个文章的论断会由于经验的多寡有一定的局限性,所以希望读者当作参考,不要照搬。 一基本像差描述和控制 1、轴上球差LONA 和SPHA LONA表示的是轴上物点指定波长,指定光束尺寸(光线对)的轴上成像交点到近轴焦平面之间轴向距离。这个定义和我们定义的轴向球差相同。光瞳尺寸(光束尺寸)在0~1之间,那么将追迹实际的光束汇交点计算轴向球差。 SPHA常用于指定面产生的像差数值。若不指定特殊面(取值为0),则计算所有面产生球差总和。注意这个总合不是像差计算公式中的经过各面逐个放大之后的加权和,而是代数和(有待读者进一步验证)。 经验:当选择LONA控制不住球差时,同时加入SPHA操作数,设置合理的权重,可以将轴向球差进一步改善。 2、轴向色差AXCL 定义为两个指定波长的近轴焦平面轴向距离。若光瞳尺寸(光束尺寸)定义为0,那么使用近轴焦平面进行色差计算,定义不为0,则使用实际的光线与轴交点位置进行色差计算。

基于ZEMAX的照相物镜的设计 推荐

燕山大学 课程设计说明书题目:基于ZEMAX的照相物镜设计 学院(系):电气工程学院 年级专业: 10级仪表三班 学号: 学生姓名: 指导教师: 教师职称:副教授

燕山大学课程设计(论文)任务书 院(系):电气工程学院基层教学单位:自动化仪表系 学号学生姓名专业(班级) 10级仪表三班设计题目 设 计技术参数 1、焦距:f’=15mm; 2、相对孔径:1/2.8; 3、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光) 4、视场角2w=74° 设计要求 1、简述照相物镜的设计原理和类型; 2、确定照相物镜的基本性能要求,并确定恰当的初始结构; 3、输入镜头组数据,设置评价函数操作数,进行优化设计和像差结果分析; 4、给出像质评价报告,撰写课程设计论文 工作量 查阅光学设计理论和像差分析的相关文献和资料,提出并较好地的实施方案设计简单透镜组,并用zemax软件对初级像差进行分析和校正,从而对镜头进行优化设计 工作计划 第一天、第二天:熟悉ZEMAX软件的应用,查阅资料,确定设计题目进行初级理论设计 第三天、第四天:完善理论设计,运用ZEMAX软件进行设计优化,撰写报告 第五天:完善过程,进行答辩 参考资料《光学设计》,西安电子科技大学出版社,刘钧,高明,2006,10 《几何光学像差光学设计》,浙江大学出版社,李晓彤,岑兆丰,2003.11 《实用光学技术手册》,机械工业出版社,王之江,2007.1 指导教师签字基层教学单位主任 签字

目录 摘要 (1) 第一章简述照相物镜的设计原理和类型 (2) 第二章设计过程 (4) 2.1根据参数要求确定恰当的初始结构 (4) 2.2优化设计过程 (5) 2.3 优化结果像差结果分析 (8) 第四章课设总结 (13) 参考文献

ZEMAX光学设计软件操作说明详解

ZEMAX光学设计软件操作说明详解】 介绍 这一章对本手册的习惯用法和术语进行说明。ZEMAX使用的大部分习惯用法和术语与光学行业都是一致的,但是还是有一些重要的不同点。 活动结构 活动结构是指当前在镜头数据编辑器中显示的结构。详见“多重结构”这一章。 角放大率 像空间近轴主光线与物空间近轴主光线角度之比,角度的测量是以近轴入瞳和出瞳的位置为基准。 切迹 切迹指系统入瞳处照明的均匀性。默认情况下,入瞳处是照明均匀的。然而,有时入瞳需要不均匀的照明。为此,ZEMAX支持入瞳切迹,也就是入瞳振幅的变化。 有三种类型的切迹:均匀分布,高斯型分布和切线分布。对每一种分布(均匀分布除外),切迹因素取决于入瞳处的振幅变化率。在“系统菜单”这一章中有关于切迹类型和因子的讨论。 ZEMAX也支持用户定义切迹类型。这可以用于任意表面。表面的切迹不同于入瞳切迹,因为表面不需要放置在入瞳处。对于表面切迹的更多信息,请参看“表面类型”这一章的“用户定义表面”这节。 后焦距 ZEMAX对后焦距的定义是沿着Z轴的方向从最后一个玻璃面计算到与无限远物体共轭的近轴像面的距离。如果没有玻璃面,后焦距就是从第一面到无限远物体共轭的近轴像面的距离。基面 基面(又称叫基点)指一些特殊的共轭位置,这些位置对应的物像平面具有特定的放大率。基面包括主面,对应的物像面垂轴放大率为+1;负主面,垂轴放大率为-1;节平面,对应于角放大率为+1;负节平面,角放大率为-1;焦平面,象空间焦平面放大率为0,物空间焦平面放大率为无穷大。 除焦平面外,所有的基面都对应一对共轭面。比如,像空间主面与物空间主面相共轭,等等。如果透镜系统物空间和像空间介质的折射率相同,那么节面与主面重合。 ZEMAX列出了从象平面到不同象方位置的距离,同时也列出了从第一面到不同物方平面的距离。 主光线 如果没有渐晕,也没有像差,主光线指以一定视场角入射的一束光线中,通过入瞳中央射到象平面的那一条。注意,没有渐晕和像差时,任何穿过入瞳中央的光线也一定会通过光阑和出瞳的中心。 如果使用了渐晕系数,主光线被认为是通过有渐晕入瞳中心的光线,这意味着主光线不一定穿过光阑的中央。 如果有瞳面像差(这是客观存在的),主光线可能会通过近轴入 瞳中心(如果没有使用光线瞄准)或光阑中央(如果使用光线瞄准),但一般说来,不会同时通过二者中心。 如果渐晕系数使入瞳减小,主光线会通过渐晕入瞳中心(如果不使用光线瞄准)或者渐晕光阑中心(如果使用光线瞄准)。 常用的是主光线通过渐晕入瞳的中心,基本光线通过无渐晕的光阑中心。ZEMAX不使用基本光线。大部分计算都是以主光线或者中心光线作为参考。优先使用中心光线,因为它是基

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