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

-0.003843，Astigmatism is 0.000332。Fully meet the design requirements.

Keyword ：ZEMAX ； Camera lens ；Modulation transfer function

引言---- 照相物镜的简介

照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。即焦距f ’、相对孔径D/f ’和视场角2w 。照相物镜的焦距决定所成像的大小

Ⅰ）当物体处于有限远时，像高为

y ’=(1-ωβtan ')f (1-1)

式中，β为垂轴放大率，l

l y y '

'==

β。对一般的照相机来说，物距l 都比较大，一般l >1米，f ’为几十毫米，因此像平面靠近焦面，''f l ≈，所以

l

f '=

β Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为

y ’=ωtan 'f （1-2） 因此半视场角

ω=atan

'

'

f y （1-3） 表1-1中列出了照相物镜的焦距标准：

表1-1

相对孔径决定其受衍射限制的最高分辨率和像面光照度，在此的分辨率亦即通常所说的截止频N

λ

λ

u f D N =

=

（1-4） 照相物镜中只有很少几种如微缩物镜和制版物镜追求高分辨率，多数照相物镜因其本身的分辨率不高，相对孔径的作用是为了提高像面光照度

E ’=1/4πL τ(D/f ’)2 (1-5)

照相物镜的视场角决定其在接受器上成清晰像的空间范围。按视场角的大小，照相物镜又分为 a ）小视场物镜：视场角在30°以下；

b ）中视场物镜：视场角在30°~60°之间；

c ）广角物镜：视场角在60°~90°之间；

d ）超广角物镜：视场角在90°以上。 照相物镜按其相对孔径的大小，大致分为

a ）弱光物镜：相对孔径小于1：9；

b ）普通物镜：相对孔径为1：9~1：3.5；

c ）强光物镜：相对孔径为1：3.5~1：1.4；

d ）超强光物镜：相对孔径大于1：1.4；

照相物镜没有专门的视场光阑，视场大小被接受器本身的有效接受面积所限制，即以接收器本身的边框作为视场光阑。

照相物镜上述三个光学性能参数是相互关联，相互制约的。这三个参数决定了物镜的光学性能。企图同时提高这三个参数的指标则是困难的，甚至是不可能的。只能根据不同的使

用要求，在侧重提高一个参数的同时，相应地降低其余两个参数的指标。

早期的照相物镜是单片的正弯月形透镜，其前置一孔径光阑，之后演变为双胶合弯月透镜以及正负分离透镜，这些简单的物镜相对孔径很小只能在室外照明条件良好时拍摄，又称为风景物镜。最早出现的对称型物镜，属于简单的风景物镜对称于光阑的组合，相对孔径仍然很小，如Hypogon物镜。之后又出现Protar物镜，Dagor物镜等一系列逐渐演变出来的物镜，之后出现的三片物镜是很多复杂透镜的基础，它由三片分离的薄透镜组成，在视场角为55°时，相对孔径可以达到1：3.5~1;2.8,在视场角适当降低时，相对孔径可提高到1：2.4以上。其他还有双高斯物镜、远距物镜、反远距物镜等等复杂物镜。

本次涉及所使用的三片物镜是具有中等光学特性的照相物镜中结构最简单，像质最好的一种，被广泛使用在比较廉价的135#和120#相机中，例如国产的海鸥—4、海鸥—9、天鹅相机等。这种照相物镜进一步复杂化的目的，大多是为了增大相对孔径，或提高视场边缘成像质量。

设计过程

2.1初始结构的选择

照相物镜属于大视场大孔径系统, 因此需要校正的像差也大大增加, 结构也比较复杂, 所以照相物镜设计的初始结构一般都不采用初级像差求解的方法来确定, 而是根据要求从手册、资料或专利文献中找出一个和设计要求比较接近的系统作为原始系统。在选择初始结构时, 不必一定找到和要求相近的焦距, 一般在相对孔径和视场角达到要求时, 我们就可以将此初始结构进行整体缩放得到要求的焦距值。

原设计要求：1、焦距：f’=12mm；

2、相对孔径D/f’不小于1/2.8；

3、图像传感器为1/2.5英寸的CCD，成像面大小为4.29mm×5.76mm；

4、后工作距>6mm

5、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)；

6、成像质量，MTF 轴上>40% @100 lp/mm，轴外0.707 >35%@100 lp/mm。

7、最大畸变<1%

照相物镜的视场角和有效焦距决定了摄入底片或图

像传感器的空间范围, 镜头所成的半像高y 可用公式y =

- f tanw计算, 其中f 为有效焦距, 2w 为视场角。半像高

y 应稍大于图像传感器CCD 或CMO S 的有效成像面对

角线半径, 防止CMO S 装调偏离光轴而形成暗角。

经过简单计算：y’=sqrt(4.29^2+5.76^2)/2≈3.6mm,w=atan(y’/f)≈16.66°

视场角2w=33.32°。在光学技术手册查询后选定初始结构为后置光阑的三片物镜（如图1），初始参数为：焦距分f’=42.12mm;相对孔径1：2.8；视场角2w=54°，其余参数见表1-2。

表1-2

r1=13.44d1=4.41n=1.67779v=55.2

r2=30.996d2=4.41

r3=-40.614d3=1.01n=1.59341v=35.5

r4=13.44d4=2.39

r5=32.508d5=3.36n=1.69669v=55.4

r6=-27.006

2.2输入参数和缩放

将参数输入zemax：其中第六面设为光阑面，厚度设为marginal ray height，移动光标到STO光阑面（中间一个面）的“无穷（Infinity）”之上，按INSERT键。这将会在那一行插入一个新的面，并将STO光阑面往下移。新的面被标为第2面。再按按INSERT键两次。移动光标到IMA像平面，按INSERT键两次。在LDE曲率半径（Radius）列，顺序输入表1-2中的镜片焦距（注意OBJ面不做任何操作）；在镜片厚度（Thickness）列顺序输入表1-2中的镜片厚度；在第七个面厚度处单击右键，选择面型为Marginal Ray Height。在镜片类型（Class）列输入镜片参数，方法是:在表中点右键对话框Solve Type选中Model，Index nd 中输入n值Abbe Vd中输入v值。结果如下图2-1在system-general-aperture中输入相对孔径值 2.8，在system-wavelength中输入所选波段，根据要求选d光为主波长。然后在tools-make focus中该改焦距为12mm进行缩放。

图1：后置光阑三片物镜原始结构

输入初始参数：

设置相对孔径值和波段：

输入焦距12mm进行缩放：

缩放后得到我们所设计的焦距f’=12mm的初始参数（如图2所示），现在开始定义视场，我们根据

之前所得像高y’=3.6mm,依次乘以0，0.3，0.5，0.7071得到所选孔径光束的Y-field，即

0，1.08，1.8，2.5452输入到system-field中，类型选择真值高度。

图2到这里，初始结构及其参数已经完成。

2.3在ZEMAX中进行优化

利用ZEMAX得到初始结构的M TF 曲线（如图8 所示）可看出成像质量很差, 因此需要校正像差。

图8

该结构可以用作优化变量的的数据有：6个曲率半径，2个空气间隔，3个玻璃厚度。

首先使用Default Merit Function建立缺省评价函数进行优化，选择Editors-Merit Function，在第一行中先输入EFFL，目标值设为12，权重设为1。在输入SPHA，在Target

中输入0.4，在Weight中输入1。第二个BLNK改为MTFT并Enter，在Freq中输入100，在Target中输入0.04，在Weight中输入1。同理输入MTFA和MTFS（如图9所示）。再选择Tools-Default Merit Function，设置玻璃厚度以及空气间隔，start设为2，再选择OK，建立缺省评价函数。

注：EFFL：Effective focal length的缩写，指定波长号的有效焦距。

SPHA：指球差，如果Surf=0，则指整个系统的球差总和。

MTF：指子午调制传递函数。

图9

然后在Analysis-Aberration Coefficients-Seidel Coefficients中查看，找出对赛得和数影响大的面，将这些面的曲率半径设为变量，优先优化。

发现第一面和光阑面影响较大，优先优化。先将STO面的类型改为Even Asphere，并将此行的4th term、6th term、8th term设为变量。将1、6面曲率半径设为变量，选择快捷选项Opt，然后进行优化，优化后取消变量，将剩余面的曲率半径设为变量，再次优化，完毕后取消变量。再将透镜间隔和玻璃厚度先后进行优化。

到这一步后发现已经基本符合设计要求，再根据2D图适当调整曲率半径和厚度，每次调整后再次优化实时关注MTF图的曲线变化，最后使各个参数都在可接受范围之内。

2.4优化结果

结论与思考

本文配套一款1/2.5英寸的CCD传感器进行照相物镜中的远距物镜的设计。采用1片非球面塑料, 3片球面玻璃透镜, 在ZEMAX 中使用合适的优化函数和权重对像差进行校正, 逐步消除了基本像差、高级像差, 并进行了像差平衡, 获得了实际焦距11.953mm照相镜头, 各个市场畸变控制在1%以内,M TF 曲线也比较理想, 镜头总长为14.3602 mm。该镜头不仅体积小, 结构紧凑, 而且像质较好。在此次设计中，我们发现光阑面使用非球面能够很好的平衡像差，同时我们只进行了对玻璃厚度和曲率的简单优化，查阅相关资料后设想如果将第一面的透镜换为鼓形透镜，第二面换为弯月透镜或换成折射率更高的玻璃，还可以进一步做出深度优化，使之获得更好的表现。

基于ZEMA的照相物镜的设计

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

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

摘要 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，有着显着的飞跃。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? 第一章 简述照相物镜的设计原理和类型 照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。即焦距f ’、相对孔径D/f ’和视场角2w 。照相物镜的焦距决定所成像的大小 Ⅰ）当物体处于有限远时，像高为 y ’=(1-ωβtan ')f (1-1) 式中，β为垂轴放大率，l l y y ''==β。对一般的照相机来说，物距l 都比较大，一般l >1米，f ’为几十毫米，因此像平面靠近焦面，''f l ≈，所以 Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为 y ’=ωtan 'f （1-2） 因此半视场角 ω=atan ' 'f y （1-3）

照相物镜的设计光学设计

照相物镜的设计 设计任务和要求 1设计一个照相物镜，焦距：50mm,相对孔径：1/2,全视场角：40°. 2 要求： （1）通过给定参数，计算出其他参数值； （2）分析系统需要校正的像差类型； （3）通过手册查询初始结构，并回答所属类型，然后输入到计算机软件中，给出输入结果的二维图； （4）采用上机学到的知识进行全局优化，给出MFF结果； （5）采用上机学到的知识进行对样板和公差分析，给出操作步骤图片和结果； （6）绘制出光学系统图。 设计过程 初始结构的选择 照相物镜属于大视场大孔径系统, 因此需要校正的像差也大大增加, 结构也比较复杂, 所以照相物镜设计的初始结构一般都不采用初级像差求解的方法来确定, 而是根据要求从手册、资料或专利文献中找出一个和设计要求比较接近的系统作为原始系统。在选择初始结构时, 不必一定找到和要求相近的焦距, 一般在相对孔径和视场角达到要求时, 我们就可以将此初始结构进行整体缩放得到要

求的焦距值。 （1）参数数据 焦距：1、f’=50mm； 2、相对孔径D/f’=1/2； 3、全视场角 40°； 照相物镜的视场角和有效焦距决定了摄入底片或图像传感器的空间范围, 镜头所成的半像高y 可用公式y = - f tanw计算, 其中f 为有效焦距, 2w 为视场角。 经过计算：其视场角为2w=40°所以w=20°。 其余参数见表： （2）输入参数 打开ZEMAX,将上表中参数输入ZEMAX：其中第七面设为光阑面

设置相对孔径值和波段：

更换玻璃，换成国产玻璃：

输入焦距50mm进行缩放 缩放后得到我们所设计的焦距f’=50mm的初始参数（如图所示） 到这里，初始结构及其参数已经完成。

照相物镜镜头设计与像差分析

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：2011620 至2011.7.1 武汉工程大学教务处 设计一个成像物镜透镜组，照相物镜的技术指标要求:

二、进度安排 1、2011.6.20-2011.6.21 学习zemax手把手教程，掌握zemax输入 数据 方法和像差评价函数 和电路中各参数的计算结果。 2、2011.6.22-2011.6.23 根据实例，深入学习zemax像差控制和优化方法

3、2011624 光学自动设计及像差理论（上课），布置任务 4、2011627-2011628 确定初始结构，并进行像差控制和优化设计；给出 像质评价报告； 5、2011629-2011.7.1 撰写课程设计论文，修改定稿并交稿 三、参考资料或参考文献 1、《光学系统设计》机械工业出版社，（美）莱金著，周海宪，程云芳译, 2009.10 2、《现代光学设计方法》，北京理工大学出版社，李林，2009.9 3、《工程光学》，机械工业出版社，郁道银，谈恒英，2006.2 4、《应用光学（第3版）》，电子工业出版社，张以谟，2010.7 5、《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 6、《实用光学技术手册》，机械工业出版社，王之江，2007.1 7、《光学设计》，西安电子科技大学出版社，刘钧，高明，2006，10 8、《实用光学技术手册》，机械工业出版社，王之江，顾培森，2006，9 9、“光行天下”社区https://www.sodocs.net/doc/5217074455.html,/

照相物镜基于ZEMAX课程分析方案实例

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：2018.6.20至2018.7.1

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 -0.003843，Astigmatism is 0.000332。Fully meet the design requirements. Keyword：ZEMAX；Camera lens；Modulation transfer function 引言----

一款照相物镜设计

华侨大学厦门工学院 光学软件设计课程设计报告题目：一款照相物镜设计 专业、班级：13级光电2班 学生姓名：周观后 学号： 2 指导教师：苏倩倩 分数: 《课程设计》任务书 课程名称：光学软件课程设计 指导教师：苏倩倩

目录

六、 一、照相物镜简介 照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。即焦距f ’、相对孔径D/f ’和视场角2w 。照相物镜的焦距决定所成像的大小 Ⅰ）当物体处于有限远时，像高为 y ’=(1-ωβtan ')f (1-1) 式中，β为垂轴放大率，l l y y ''== β。对一般的照相机来说，物距l 都比较大，一般l >1米，f ’为几十毫米，因此像平面靠近焦面，''f l ≈，所以 Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为 ωtan 'f （1-2） 因此半视场角 ω=atan ''f y （1-3） 表1-1中列出了照相物镜的焦距标准： 表1-1

相对孔径决定其受衍射限制的最高分辨率和像面光照度，在此的分辨率亦即 通常所说的截止频N λ λ u f D N == （1-4） 照相物镜中只有很少几种如微缩物镜和制版物镜追求高分辨率，多数照相物 镜因其本身的分辨率不高，相对孔径的作用是为了提高像面光照度 E ’=1/4πL τ(D/f ’)2 (1-5) 照相物镜的视场角决定其在接受器上成清晰像的空间范围。按视场角的大小，照相物镜又分为 a ）小视场物镜：视场角在30°以下； b ）中视场物镜：视场角在30°~60°之间； c ）广角物镜：视场角在60°~90°之间； d ）超广角物镜：视场角在90°以上。 照相物镜按其相对孔径的大小，大致分为 a ）弱光物镜：相对孔径小于1：9； b ）普通物镜：相对孔径为1：9~1：3.5； c ）强光物镜：相对孔径为1：3.5~1：1.4； d ）超强光物镜：相对孔径大于1：1.4； 照相物镜没有专门的视场光阑，视场大小被接受器本身的有效接受面积所限 制，即以接收器本身的边框作为视场光阑。 照相物镜上述三个光学性能参数是相互关联，相互制约的。这三个参数决定 了物镜的光学性能。企图同时提高这三个参数的指标则是困难的，甚至是不可能

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

光学设计照相物镜的设计

2014-2015学年第二学期《现代光学设计》考核 ——照相物镜设计 班级：******** 学号：************* 姓名：*** 一、系统设计要求： 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° 二、设计过程 1,在光学技术手册查询后选定初始结构为后置光阑的三片物镜，初始参数为： 1 输入初始参数

2,优化设计过程 将参数输入zemax：其中第六面设为光阑面，厚度设为marginal ray height，移动光标到STO光阑面的“无穷（Infinity）”之上，按INSERT键。这将会在那一行插入一个新的面，并将STO光阑面往下移。新的面被标为第2面。再按按INSERT键两次。移动光标到IMA像平面，按INSERT键两次。在LDE曲率半径（Radius）列，顺序输入上表1中的镜片焦距（注意OBJ面不做任何操作）；在镜片厚度（Thickness）列顺序输入表1中的镜片厚度；在第七个面厚度处单击右键，选择面型为Marginal Ray Height。在镜片类型（Class）列输入镜片参数，方法是:在表中点右键对话框Solve Type选中Model，Index nd中输入n值Abbe Vd 中输入v值。结果如下在system-general-aperture中输入相对孔径值 2.8，在system-wavelength中输入波段，然后在tools-make focus中该改焦距为15mm进行缩放。3,设置相对孔径值和波长

输入焦距15mm进行缩放： 4,定义视场如下 此时得到初始结构及参数如下图

照相物镜设计报告实例

照相物镜镜头设计与像差分析 设计一个成像物镜透镜组，照相物镜的技术指标要求： 1、焦距：f’=12mm； 2、相对孔径D/f’不小于1/2.8； 3、图像传感器为1/2.5英寸的CCD，成像面大小为4.29mm×5.76mm； 4、后工作距>6mm 5、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)； 6、成像质量，MTF 轴上>40% @100 lp/mm，轴外0.707 >35%@100 lp/mm。 7、最大畸变<1%

照相物镜的简介 照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。即焦距f ’、相对孔径D/f ’和视场角2w 。照相物镜的焦距决定所成像的大小 Ⅰ）当物体处于有限远时，像高为 y ’=(1-ωβtan ')f (1-1) 式中，β为垂轴放大率，l l y y ' '== β。对一般的照相机来说，物距l 都比较大，一般l >1米，f ’为几十毫米，因此像平面靠近焦面，''f l ≈，所以 l f '= β Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为 y ’=ωtan 'f （1-2） 因此半视场角 ω=atan ' ' f y （1-3） 表1-1中列出了照相物镜的焦距标准： 表1-1 相对孔径决定其受衍射限制的最高分辨率和像面光照度，在此的分辨率亦即通常所说的截止频N λ λ u f D N == （1-4） 照相物镜中只有很少几种如微缩物镜和制版物镜追求高分辨率，多数照相物镜因其本身的分辨率不高，相对孔径的作用是为了提高像面光照度 E ’=1/4πL τ(D/f ’)2 (1-5)

照相物镜的视场角决定其在接受器上成清晰像的空间范围。按视场角的大小，照相物镜又分为a）小视场物镜：视场角在30°以下； b）中视场物镜：视场角在30°~60°之间； c）广角物镜：视场角在60°~90°之间； d）超广角物镜：视场角在90°以上。 照相物镜按其相对孔径的大小，大致分为 a）弱光物镜：相对孔径小于1：9； b）普通物镜：相对孔径为1：9~1：3.5； c）强光物镜：相对孔径为1：3.5~1：1.4； d）超强光物镜：相对孔径大于1：1.4； 照相物镜没有专门的视场光阑，视场大小被接受器本身的有效接受面积所限制，即以接收器本身的边框作为视场光阑。 照相物镜上述三个光学性能参数是相互关联，相互制约的。这三个参数决定了物镜的光学性能。企图同时提高这三个参数的指标则是困难的，甚至是不可能的。只能根据不同的使用要求，在侧重提高一个参数的同时，相应地降低其余两个参数的指标。 早期的照相物镜是单片的正弯月形透镜，其前置一孔径光阑，之后演变为双胶合弯月透镜以及正负分离透镜，这些简单的物镜相对孔径很小只能在室外照明条件良好时拍摄，又称为风景物镜。最早出现的对称型物镜，属于简单的风景物镜对称于光阑的组合，相对孔径仍然很小，如Hypogon物镜。之后又出现Protar物镜，Dagor物镜等一系列逐渐演变出来的物镜，之后出现的三片物镜是很多复杂透镜的基础，它由三片分离的薄透镜组成，在视场角为55°时，相对孔径可以达到1：3.5~1;2.8,在视场角适当降低时，相对孔径可提高到1：2.4以上。其他还有双高斯物镜、远距物镜、反远距物镜等等复杂物镜。 本次涉及所使用的三片物镜是具有中等光学特性的照相物镜中结构最简单，像质最好的一种，被广泛使用在比较廉价的135#和120#相机中，例如国产的海鸥—4、海鸥—9、天鹅相机等。这种照相物镜进一步复杂化的目的，大多是为了增大相对孔径，或提高视场边缘成像质量。 设计过程

光学设计报告

光学设计课程报告 班级： 学号： 姓名： 日期：

目录 双胶合望远物镜的设计 (02) 摄远物镜的设计 (12) 对称式目镜的设计与双胶合物镜的配合 (20) 艾尔弗目镜的设计 (30) 低倍消色差物镜的设计 (38) 无限筒长的高倍显微物镜的设计 (47) 双高斯照相物镜的设计 (52) 反摄远物镜的设计 (62) 课程总结 (70)

双胶合望远物镜的设计 1、设计指标： 设计一个周视瞄准镜的双胶合望远物镜（加棱镜），技术要求如下：视放大率： 3.7?；出瞳直径：4mm ；出瞳距离：大于等于20mm ；全视场角：210w =?；物 镜焦距： ' =85f mm 物；棱镜折射率：n=(K9)；棱镜展开长：31mm ；棱镜与物镜的 距离40mm ；孔径光阑为在物镜前35mm 。 2、初始结构计算 (1) 求 J h h z ，， 根据光学特性的要求4.728.142=== D h ： 44.75tan 85tan ''=?=?=οωf y 0871 .0''==f h u 648.0'''==y u n J (2)计算平行玻璃板的像差和数 C S S S I I I I ，， 平行玻璃板入射光束的有关参数为 0871.0=u 0875.0)5tan(-=-=οz u 005 .1-=u u z 平行玻璃板本身的参数为 d=31mm ； n=； 1.64=ν 带入平行玻璃板的初级像差公式可得： 000665.01.51631-1.5163×0.0871×-3113 24 432-==--=I du n n S 0.0006682=(-1.005)×-0.000665=u u × =z I I I S S 000824.0087.05163.11.6415163.131122 22-=??-?-=--=I u n n d S C υ

照相物镜设计

.. . . .. 汉口学院 《应用光学》 课程设计报告 报告题目：照相物镜设计 学生： 学号： 专业班级： 授课老师：

二O一四年十二月 目录 一、选题背景 (3) 二、设计要求 (5) 三、外形尺寸计算 (5) 四、结构选型及参数计算 (5) 1.结构选型 (5) 2.参数数据 (7) 五、ZEMAX初始数据 (7) 1.初始结构参数 (7) 2.缩放焦距 (9) 3.更换玻璃 (10) 六、ZEMAX校正数据 (11) 1.设置约束对象 (11) 2.设置变量 (12) 3.优化 (13) 4.最终结构数据 (13)

七、像质评价 (14) 1.2D草图 (14) 2.场曲和畸变 (14) 3.快速傅立叶变换调制传递函数 (15) 4.标准点列图 (15) 5.光线像差特性曲线 (16) 6.光路特性曲线 (16) 八、零件图 (18) 九、学习体会 (19) 十、参考文献 (20) 一、选题背景 照相机广泛应用于社会生活的各个领城，已成为科研、国防、生产、教育以及文化生活各领域中的重要手段。它给人类的文明生活带

来了许多方便，随着科学技术的发展，人们物质文化生活水平的提高，社会上的照相机也发展的越来越快，越来越普及了。 照相机是由镜头，光圈，快门，取景器，测距器，卷片，机身（暗箱）等主要部件构成的。其中镜头的作用是通过光线把景物集结成影像并投射到感光片上，使感光片接受清晰的影像，它的好坏直接决定了照相机的性能。照相物镜的光学特性一般用焦距f'、相对孔径 D' f /、视场角ω 2表示。此外还提出分辨率的要求，作为保证产品质量的技术条件。 照相物镜的结构型式很多，而且不断有新的型式出现。选用照相物镜的原则应该是:既能满足光学性能和成像质量的要求，而结构又最简单。 双高斯物镜是具有较大视场(大约ω2=40o左右)的物镜中相对孔径最先达到1/2的物镜[1]225。双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1-1.1所示。 图1-1.1 图1-1.2 图1-1.3 双高斯照相物镜是目前多数大孔径物镜的基础，它的演变型式很多，它的复杂化目的是为了改善成像质量，如图1-1.2所示，或者是为了增大相对孔径，如图1-1.3所示，相对孔径可达1/0.95。由于

照相物镜镜头设计与像差分析

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

一款照相物镜设计

华侨大学厦门工学院光学软件设计课程设计报告 题目：一款照相物镜设计 专业、班级：13级光电2班 学生姓名：周观后 学号：130250202 指导教师：苏倩倩 分数:

《课程设计》任务书课程名称：光学软件课程设计

目录 一、照相物镜简介............................... 错误！未定义书签。 二、确定初始结构 (5) 三、用ZEMAX优化 (9) 四、结论...................................... 错误！未定义书签。 五、心得体会................................... 错误！未定义书签。 六、参考文献................................... 错误！未定义书签。 一、照相物镜简介 照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。即焦距f’、相对孔径D/f’和视场角2w。照相物镜的焦距决定所成像的大小

Ⅰ）当物体处于有限远时，像高为 y ’=(1-ωβtan ')f (1-1) 式中，β为垂轴放大率，l l y y ' '== β。对一般的照相机来说，物距l 都比较大，一般l >1米，f ’为几十毫米，因此像平面靠近焦面，''f l ≈，所以 l f '= β Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为 ωtan 'f （1-2） 因此半视场角 ω=atan ' ' f y （1-3） 表1-1中列出了照相物镜的焦距标准： 表1-1 相对孔径决定其受衍射限制的最高分辨率和像面光照度，在此的分辨率亦即通常所说的截止频N λ λ u f D N == （1-4） 照相物镜中只有很少几种如微缩物镜和制版物镜追求高分辨率，多数照相物镜因其本身的分辨率不高，相对孔径的作用是为了提高像面光照度 E ’=1/4πL τ(D/f ’)2 (1-5) 照相物镜的视场角决定其在接受器上成清晰像的空间范围。按视场角的大小，照相物镜又分为 a ）小视场物镜：视场角在30°以下； b ）中视场物镜：视场角在30°~60°之间；

照相物镜系统设计报告

照相物镜系统设计报告 一、系统设计要求 1．1 光学特性要求 系统焦距：f′=12mm 物方视场角：2ω=40° F数：F/# =4 工作波段：可见光 1．2 成像质量要求 MTF>0.3@67.5lp/mm 二、系统设计过程 2．1 系统选型 根据本次系统设计的光学特性要求，发现三分离式物镜可以很好的满足相关特性，所以接下来的设计与优化过程，是基于三分离式光学系统进行的。 2．2 设计及优化过程 2．2．1 初始结构参数录入 首先参考光学设计手册，选择对应光学特性参数均优于本次系统设计的光学结构参数，因此，录入初始光学结构参数如下图（图一）所示。 图一初始光学结构参数 同时，设定系统工作的光学特性参数，如下图（图二~四）所示。 图二系统孔径设定

图三系统工作波长设定 图四系统工作视场设定 以上工作完成后，根据软件提供的系统数据，此时系统有效焦距EFFL=77.2915mm。 2．2．2 系统焦距修改 为了使优化过程更加精确高效，这里先对系统焦距进行修改。此次设计，要求系统的有效焦距EFFL=12mm，因此，按照Tools->Miscellaneous->Scale Lens 过程，如下图（图二）所示的方式进行修改。 图五修改系统焦距

修改后系统结构参数如下图（图六）所示。 图六焦距修改后系统光学结构参数 此时，系统有效焦距EFFL=12.0034mm，相应的成像质量评价指标图像，如下图（图七~九）所示。 图七优化前系统光线追迹图 图八优化前系统点列图

图九优化前系统调制传递函数（MTF） 2．2．3 设置优化函数 从前面的系统像质评价指标的图像可以看出，初始结构无法满足设计要求，需要对系统结构进行相应的优化处理，在Merit Function Editor中，按照Tools->Default Merit Function的过程进行缺省优化函数设定，如下图（图十）所示。初始时，系统相差较大，设定系统根据光斑半径（Sport Radius）进行优化，当优化进行到一定程度后，系统相差与波长可比拟，则根据波前（Wavefront）进行优化。 图十缺省优化函数 为了使优化结果满足要求，应对优化函数进行优化丰富。这里添加MTFA和EFFL操作数，其设定方式如下图（图十一）所示。

照相物镜设计

武汉工程大学 课程设计（学年论文） 说明书 课题名称：照相机物镜的设计 专业班级： 学生学号： 学生姓名： 学生成绩： 指导教师： 课题工作时间： 2011年6月20日至 2011年7月1日 XXX大学教务处

一.前言 背景知识 相机镜头是相机中最重要的部件，因为它的好坏直接影响到拍摄成像的质量。同时镜头也是划分相机种类和档次的一个最为重要的标准。一般来说，根据镜头，可以把相机划分为专业相机，准专业相机和普通相机三个档次，无论是传统的胶片相机还是数码相机，都可以适用于这个划分。镜头能分为变焦和定焦两大类。变焦镜头我们刚才已经试用了，就是焦距可变，也就是可以推拉的镜头。除此之外还有定焦镜头，就是焦距不能变只有一个焦段，或者说只有一个视角。在镜头外观上二者存在明显的差异，定焦镜头只有对焦环（就是控制清晰度的，稍后介绍），而变焦镜头拥有两个环，一个对焦环（控制清晰度）和变焦环（控制视角，即推拉）。 定焦镜头因为其焦距固定，因此比较好分类：广角镜头：一般低于35mm的镜头为广角镜头，低于28mm的为超广角镜头。广角镜头视角广，纵深感强，景物会有变形，比较适合拍摄较大场景的照片，如建筑、集会等。 中焦镜头：一般在36mm到134mm的镜头为中焦镜头。中焦镜头比较接近人正常的视角和透视感，景物变形小，适合拍摄人像、风景、旅游纪念照等。 长焦镜头：一般高于135mm以上的镜头为长焦镜头，也被称为远摄镜头。其中，大于300mm 以上的为超长焦镜头。长焦镜头视角小，透视感弱，景物变形小，适合拍摄无法接近的事物，如野生动物、舞台等，也可以利用长焦镜头虚化背景的作用，拍摄人像。 变焦镜头因其焦段变化，不好一概而论。假设其焦段在广角、中焦、长焦的一段或者两段间变化，也可以称为广角变焦镜头、中长变焦镜头等。 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、通过查找资料，在镜头数据编辑页面输入物镜的初始值如下： 这是一个焦距为76mm、2ω为55.5、相对孔径为1:3.5d的Tessa物镜。 2、改变相关参数，使数据符合需要设计的照相物镜 将焦距改为100mm，入瞳直径改为28.571429。.

三片摄影物镜的设计

深圳大学课程论文题目成绩 专业课程名称、代码 年级姓名 学号时间 任课教师

三片摄影物镜的设计 一、设计任务的具体指标及其要求 系统的焦距f=100mm，D/f=1/5，视场角2W=40O。该物镜对d光校正单色像差，对F、C光校正色差。 二、实验原理 光学设计必须校正光学系统的像差，但既不可能也不必要把像差校正到完全理想的程度，因此需要选择像差的最佳校正，也需要确定校正到怎样的程度才能满足使用要求，即确定像差容限。对光学系统成像性能的要求主要有两个方面：第一方面是光学特性，包括焦距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距离等；第二方面是成像质量，光学系统所成的像应该足够清晰，并且物像相似，变形要小。 像差指在光学系统中由透镜材料的特性或折射（或反射）表面的几何形状引起实际像与理想像的偏差。理想像就是由理想光学系统所成的像。实际的光学系统，只有在近轴区域以很小的孔径角的光束所生成的像才是完善的。但在实际应用中，须有一定大小的成像空间和光束孔径，同时还由于成像光束多是有不同颜色的光组成的，同一介质的折射率随颜色而异。因此实际光学系统的成像具有一系列缺陷，这就是像差。像差的大小反映了光学系统质量的优劣。几何像差主要有七种：其中单色光像差有五种，即球差、彗差、像散、场曲和畸变；复色光像差有轴向色差和垂轴色差两种。在实际的光学系统中，各种像差是同时存在的。它影响了光学系统成像的清晰度、相似性和色彩逼真等，降低了成像质量。 1、球差 轴上物点发出的光束，经光学系统以后，与光轴夹不同角度的光线交光轴于不同位置，因此，在像面上形成一个圆形弥散斑，这就是球差。 在孔径角很小的近轴区域可以得到物点成像的理想位置l′，任意孔径角U的成像光线偏离理想像点与光轴相交的位置为L′。我们把轴上物点以某一孔径角U 成像时，其像方截距L′与理想像点的位置l′之差称为轴上点球差，又称为轴向球差，用如图2-1表示。球差也可在垂轴方向度量，称为垂轴球差。 图2-1 光学系统的球差 不同孔径角U（或孔径高度h）入射的光线有不同的球差值，如果轴上物点以最大孔径角Um成像，其球差称之为边光球差，如果以孔径角0.707U成像，则相应的球差称之为0.707带球差。大部分光学系统只能对某一孔径高度校正球差，一般是对边光校正球差，这样的系统称之为消球差系统。 2、彗差 由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光

照相物镜设计

汉口学院 《应用光学》 课程设计报告 报告题目：照相物镜设计学生姓名： 学号： 专业班级： 授课老师： 二O一四年十二月

目录 一、选题背景 (3) 二、设计要求 (4) 三、外形尺寸计算 (4) 四、结构选型及参数计算 (5) 1.结构选型 (5) 2.参数数据 (6) 五、ZEMAX初始数据 (6) 1.初始结构参数 (6) 2.缩放焦距 (8) 3.更换玻璃 (8) 六、ZEMAX校正数据 (10) 1.设置约束对象 (10) 2.设置变量 (11) 3.优化 (11) 4.最终结构数据 (11) 七、像质评价 (12) 1.2D草图 (12) 2.场曲和畸变 (12) 3.快速傅立叶变换调制传递函数 (13) 4.标准点列图 (13) 5.光线像差特性曲线 (14) 6.光路特性曲线 (14) 八、零件图 (15) 九、学习体会 (16) 十、参考文献 (17)

一、选题背景 照相机广泛应用于社会生活的各个领城，已成为科研、国防、生产、教育以及文化生活各领域中的重要手段。它给人类的文明生活带来了许多方便，随着科学技术的发展，人们物质文化生活水平的提高，社会上的照相机也发展的越来越快，越来越普及了。 照相机是由镜头，光圈，快门，取景器，测距器，卷片，机身（暗箱）等主要部件构成的。其中镜头的作用是通过光线把景物集结成影像并投射到感光片上，使感光片接受清晰的影像，它的好坏直接决定了照相机的性能。照相物镜的光学特性一般用焦距f'、相对孔径f D' /、视场角ω2表示。此外还提出分辨率的要求，作为保证产品质量的技术条件。 照相物镜的结构型式很多，而且不断有新的型式出现。选用照相物镜的原则应该是:既能满足光学性能和成像质量的要求，而结构又最简单。 双高斯物镜是具有较大视场(大约ω2=40o左右)的物镜中相对孔径最先达到1/2的物镜[1]225。双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1-1.1所示。 图1-1.1 图1-1.2 图1-1.3

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

基于ZEMAX的照相物镜的设计

基于Z E M A X的照相物 镜的设计 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）

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

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) 根据参数要求确定恰当的初始结构 (4) 优化设计过程 (5) 优化结果像差结果分析 (8) 第四章课设总结 (13) 参考文献

摘要 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，有着显着的飞跃。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，整个系统球差，慧差，像散。完全满足设计要求。 关键字：???照相物镜????ZEMAX????设计? 第一章 简述照相物镜的设计原理和类型 照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。即焦距f ’、相对孔径D/f ’和视场角2w 。照相物镜的焦距决定所成像的大小 Ⅰ）当物体处于有限远时，像高为 y ’=(1-ωβtan ')f (1-1) 式中，β为垂轴放大率，l l y y ''==β。对一般的照相机来说，物距l 都比较大，一般l >1米，f ’为几十毫米，因此像平面靠近焦面，''f l ≈，

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。