基于ZEMAX的照相物镜的设计_课程设计
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
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
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
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
物镜类型 鱼眼 超广角 广角 标准 短望远 望远
超望远
物镜焦距f ’/mm
7.5~15
17~20
24 ~28 ~35
50
85
~ 100 135
~200 ~300
400 ~500~600 ~800
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’=1/4πLτ(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。
第二章设计过程
2.1根据参数要求确定恰当的初始结构
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。
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°
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=13.44 d1=4.41 n=1.67779 v=55.2
r2=30.996 d2=4.41
r3=-40.614 d3=1.01 n=1.59341 v=35.5
r4=13.44 d4=2.39
r5=32.508 d5=3.36 n=1.69669 v=55.4
r6=-27.006
2.2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（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，然后在tools-make focus中该改焦距为15mm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15mm进行缩放：
定义视场：
此时得到初始结构及参数如下图：
2.3优化设计过程
利用ZEMAX得到初始结构的M TF 曲线可看出成像质量很差, 因此需要校正像差。
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15，权重设为1。再输入SPHA和MTFA，在Target中输入0.4，在Weight中输入1。再选择Tools-Default Merit Function，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。
MTFA：弧矢和子午的调制传递函数的平均值
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，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。根据其中像差的变化不断的对数据进行常识性优化，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，完成设计。
优化结果与分析
像差特性曲线：
点列图：
FFT调制传递函数：
场曲与匹兹伐曲线：
塞德和系数
照相物镜同时具有大相对孔径与和大视场，因此，为了使整个像面都得到清晰的并于物平面相似的像，差不多需要校正所有其中像差。但是，并不要求这些像差都校正得与目视光学系统一样完善。这是由于照相物镜的接收器无论是感光底片还是摄像管，他们的分辨率都不高。由于接收器的这种特性，决定了照相物镜是大像差系统。
本设计的优化结果中，由2D LAYOUT图可知，主要光线聚焦完美，但视场为1的远场光线聚焦不是完善，这并不影响照相物镜的照相要求，相片的外围的稍微模糊不影响相片的质量。由RAY LAN图可知，子午球差已经很小，也只有远视场稍微大些。由Field Curv\Dist图可知，三种波的子午场曲和弧矢场曲间的距离小，高级求差得到良好优化。由Spot Diagram点列图可知，前五个视场的能力集中在中心区域。由FFT MFT图可知，大部分光线与坐标轴所围的面积已经
得到很好的优化。由塞德和系数图表分析后，影响像差的系数变小，最后整个系统球差0.000192，慧差0.000432，像散0.002716，基本满足设计要求。
第三章课设总结
一周的课设，基本完成了课设任务，设计优化了后置光阑三片物镜结构的照相物镜，对光学设计的知识有了进一步的学习与了解，学会了ZEMAX软件优化设计的基本操作与像差分析。
首先，查阅资料确定设计题目，分析题目，独立学习ZEMAX软件的应用步骤，然后，进行照相物镜的设计，进行各种像差的优化，通过向老师请教、与同学的讨论之间的讨论解决了遇到的难题。使对知识的了解更加深刻。
总之，经过这一周的课设，学会了更好的查阅、分析、研究资料的能力，意识到和同学讨论问题的重要性，互相促进能学会更多的知识。
参考资料
1、《光学设计》，西安电子科技大学出版社，刘钧，高明，2006，10
2、《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
3、《实用光学技术手册》，机械工业出版社，王之江，2007.1
燕山大学课程设计评审意见表
指导教师评语：
成绩：
指导教师：
2013年7 月11 日答辩小组评语：
成绩：
评阅人：
2013年7 月11 日课程设计总成绩：
答辩小组成员签字：
2013年7 月11日
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：
指导教师签名：日期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：
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<
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-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
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
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。
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
望远镜、显微镜组装与设计和zemax使用光学课程设计教材
长沙学院 光学工程CAD设计 课程设计说明书 题目光学课程设计 系（部）电子与电气工程系 专业（班级）光电信息工程（2013级2班）姓名学号 指导教师孙利平、周远、谭志光、刘莉 起止日期2015622 —2013625
长沙学院课程设计鉴定表
目录 一、望远镜的设计与组装 (3) 1、项目设计目的 (3) 2、望远镜的基本原理 (3) 3、设计任务 (4) 设计与组装一个开普勒望远镜 (4) 设计与组装一个伽利略望远镜 (4) 设计和组装一个带正像系统的开普勒望远镜 (4) 4、数据记录 (4) （1）测得透镜焦距 (4) （2）开普勒望远镜的组装 (4) （3）开普勒望远镜特性参数测量 (4) 5、照片展示 (5) 6、可用器材 (5) 二、显微镜的设计与组装 (6) 1、项目设计目的 (6) 2、望远镜的基本原理 (6) 3、显微镜的设计及数据记录 (7) ①............................................................................................................................................. 视 放大率 (7) ②............................................................................................................................................. 系 统总长度不能大于光学平台的长度 (7) ③............................................................................................................................................. 要 给出设计值和实测值 (7) ④............................................................................................................................................. 用 手机拍一幅从目镜后拍出的微尺放大图 (7) 4、设计思路 (8) 5、可用器材 (8) 三、Zemax的光学设计 (8) 1、选定光学设计题目 (8) 2、学习zemax的使用 (8) 3、使用 zemax软件设计光学器件 (10) ①设计单透镜 (10) ②设计牛顿望远镜 (1) 2 ③设计施密特 ---卡塞格林系统 (14) 结束语 (16) 参考文献 (16)
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----
ZEMAX课程设计
施密特-卡塞格伦望远镜Schmidt-Cassegrain和 aspheric corrector非球面矫正 实验目的： 学习使用多项式非球面polynomial aspheric surface，obscurations, apertures, solves, optimization, layouts, MTF plots。 实验仪器：微机、zemax光学设计软件 实验原理： 本实验是完成施密特-卡塞格伦望远镜Schmidt-Cassegrain及多项式非球面矫正片polynomial aspheric corrector plate。这个设计是要在可见光谱中使用。我们要一个12 inches的aperture和10 inches的back focus。 实验步骤： 1、点击System, General, 在aperture value中键入12，同在一个screen把单位unit “Millimeters”改为“Inches”。 2、把Wavelength设为3个，分别为0.486，0.587，0.656，0.587定为primary wavelength。你可以在wavelength的screen中按底部的“select”键，即可完成所有动作。 3、目前我们将使用default的field angle value，其值为0。 4、依序键入如图3-1所示的数据，此时the primary corrector为MIRROR球镜片。可以打开2D layout，呈现出如图3-2之图形。 图3-1
图3-2 5、现在我们在加入第二个corrector，并且决定imagine plane的位置。键入如图3-3的数据，primary corrector的thickness变为-18，比原先的-30小，这是因为要放second corrector并考虑到其size大小的因素。在surface4的radius设定为variable，通过优化optimization, Zemax可以定下它的值。 6、打开2D layout，呈现出如图3-3之图形。 图3-3
(仅供参考)照相物镜基于ZEMAX课程设计报告实例
应用光学课程设计
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
zemax课程设计样本
目录 第一章引言.......................................................... 错误!未定义书签。第二章镜头结构的设计指标 ............................... 错误!未定义书签。 2.1相关规格的确定.................................................. 错误!未定义书签。 2.2镜头总像素与COMS像素的匹配 .................... 错误!未定义书签。 2.3透镜材料及结构的选择...................................... 错误!未定义书签。 2.4材料的厚度.......................................................... 错误!未定义书签。 2.5 设计指标............................................................. 错误!未定义书签。第三章zemax软件................................................ 错误!未定义书签。 3.1 zemax软件简介 .................................................. 错误!未定义书签。 3.1.1软件特色..................................................... 错误!未定义书签。 3.2zemax软件界面介绍 ........................................... 错误!未定义书签。 3.2.1 Lens Data Editor(LDE) ............................... 错误!未定义书签。 3.2.2 Aperture( 光圈) ........................................ 错误!未定义书签。 3.2.3 Wavelength Data(波长设定) ...................... 错误!未定义书签。 3.3 zemax软件功能简介 .......................................... 错误!未定义书签。第四章500万像素手机镜头设计 ........................ 错误!未定义书签。 4.1初始结构选择...................................................... 错误!未定义书签。 4.1.1 500万像素手机镜头4P专利结构简介 ... 错误!未定义书签。 4.2设计结果.............................................................. 错误!未定义书签。 4.2.1光路图......................................................... 错误!未定义书签。 4.2.2详细参数..................................................... 错误!未定义书签。
zemax非顺序系设计教程
如何创建一个简单的非顺序系统 建立基本系统属性 我们将创造出一个带点光源的非序列系统，抛物面反射镜和一个平凸透镜镜头耦合成一个长方形光管灯，如下面的布局显示。 我们还将跟踪分析射线探测器获得光学系统中的各点照度分布。下面是我们最终将产生：
如果ZEMAX软件没有运行，启动它。 默认情况下，ZEMAX软件启动顺序/混合模式。要切换到纯非连续模式，运行ZEMAX软件，然后点击文件“>非序列模式。 一旦纯非连续模式，在编辑器窗口的标题栏将显示非连续组件编辑器而不是在连续模式时只用于连续或混合模式系统的镜头数据编辑。
对于本练习，我们会设置系统波长，点击系统>波长，指定波长0.587微米。 我们还将在系统设置单位，System>General /Unit tab “一般组标签如下（默认）(default).。
除辐射辐照装置单位如Watt.cm -2外，您可以指定光度和能源单位，如lumen.cm -2或joule.cm -2。我们将选择默认为这项工作辐射单位。 创建反射 按键盘上的“插入”（insert）插入几行非序列编辑器。 在设计的第一部分，我们将创建一个由抛物面反射镜准直的线光源。然后，我们将在+ Z上放置探测器对象和看光照在探测器上的分布。 建立第一个对象通过抛物面反射镜。在编辑器对象1列“对象类型”（Object type）双击（右击一下）下，打开对象的属性窗口。根据类型选项卡类型设置为标准的表面（Standard Surfauce），然后单击确定。
在编辑器，请在标准表面对象相应的地方列下列参数。对于某些参数，您可能需要滚动到编辑器的右方以看到标题列，显示所需参数的名称。 Material: Mirror Radius: 100 Conic: -1 (parabola抛物线) Max Aper: 150 Min Aper: 20 (center hole in the reflector在反射中心孔) 所有其他参数缺省 您可以通过“分析>布局”>NSC三维布局菜单，或NSC阴影模型（分析“布局”>NSC阴影模型）打开NSC 三维布局，看看反射镜样子。 创建源 更改对象＃2类型（目前是空对象），在编辑器第2行重复前面的步骤并在属性窗口选择线光源（Source Filament）。
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