带校正环的物镜光学设计
照相物镜光学设计 (f=50mm)
照相物镜光学设计（f’=50mm）The Optical Design of Objective Lens in Photographic Camera(f’=50mm)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，它主要采用五片透镜包含一个双胶合透镜的形式，精度高、分辨率高，像质好，能够满足设计的要求。
关键字：照相机物镜设计2ABSTRACTThe people already have the long-term preserved each kind of phantom desires. Not yet invents before when the photographic technology the A.D. four centuries, the people drew the character outline alike method according to the projection to achieve the most flourishing time, this method still was spreading until now as the paper-cut art. Afterwards, the people let the light form through the eyelet stand upside down the elephant, then changed the eyelet the lens, and installed a camera. So long as puts a paper on the camera ledger wall, not only may draw the outline, but also may draw likely on each part. This has formed the photographic camera organization embryonic form.Along with the science and technology development, the photographic camera development is day by day rapid, has the remarkable leap. The photographic objective is the photographic camera eye, its precision and the resolution affect directly the photographic camera precision and the image formation quality. Must guarantee designs the photographic objective achieved high specification, when design must achieve a higher precision and the resolution .This article discusses the photographic objective, it mainly uses five piece of lens to contain double agglutination lens high the form, the precision, the resolution is high, looks like the nature to be good, can satisfy the design the request.Key words: Photographic cameraObjective lens Design3目录第一章绪论 (5)1.1照相机的发展简史 (5)1.2照相机的用途 (6)1.3照相机的结构 (7)第二章照相机知识 (11)2.1照相机的原理 (11)2.2照相机的分类 (11)2.3照相机的发展 (12)2.4传统照相机与数码相机的比较 (13)第三章像差理论知识 (15)3.1清晰成像的原理 (15)3.2像质评价的方法 (15)3.3摄影物镜的分类 (16)第四章照相物镜原始数据 (17)4.1原始数据一 (17)4.2原始数据二 (19)4.3原始数据三 (22)第五章照相物镜中间数据及设计过程 (25)5.1设计过程 (25)5.2中间数据 (26)第六章照相物镜最终数据 (31)结论 (33)致谢...................................................................................错误！未定义书签。
三片式摄影物镜的优化设计及光学性能评价
主观评价则是通过人的视觉感受来评价镜头的性能。一般请专业摄影师在相 同的拍摄条件下使用不同的镜头进行拍摄，然后对拍摄结果进行评分。根据摄影 师的评分结果，可以大致了解镜头的主观表现。
2、三片式摄影物镜光学性能评 价实例评估
以某款三片式摄影物镜为例，通过客观评价和主观评价对其光学性能进行评 估。该款镜头采用高折射率、低色散玻璃材料制成，其MTF值在多种光线条件下 均表现出色。在客观测试中，该镜头分辨率高、对比度强且色彩还原准确。
在主观评价方面，专业摄影师对该镜头的成像质量给予了高度评价。拍摄结 果显示，该镜头在多种光线条件下均能保持良好的清晰度和色彩饱和度。摄影师 一致认为该镜头的主观性能优于市面上同类产品。
结论本次演示对三片式摄影物镜的基本结构、优化设计及光学性能评价进行 了详细介绍。通过了解三片式摄影物镜的制造工艺和光学性能及其在实际摄影中 的应用，我们可以更好地理解如何对其进行优化设计。本次演示针对实际应用中 存在的问题提出了相应的优化方案，并介绍了光学性能评价方法以及实例评估。 这有助于我们更好地了解和掌握三片式摄影物镜的性能和应用前景。
2、三片式摄影物镜的优化设计 方案
针对上述问题，可采取以下优化设计方案：
(1)采用适应性更强的自动对焦系统，以适应不同的摄影环境。例如，可以 采用超声波马达驱动的自动对焦系统，提高对焦速度和准确性。
(2)通过计算机模拟和优化设计，实现最佳的光学性能。例如，利用光学设 计软件进行模拟分析，并根据分析结果调整镜片的结构参数，以达到最佳的成像 效果。
尽管三片式摄影物镜在摄影领域有广泛的应用，但在实际使用中仍存在一些 问题。首先，成像质量受多种因素影响，如光线条件、物距、光圈等。在复杂的 摄影环境中，三片式摄影物镜可能无法充分发挥其优势。
Zemax光学设计：Petzval物镜的设计实例
Zemax光学设计：Petzval物镜的设计实例引言：Petzval物镜，它是由两个被空气分离的正透镜组构成。
1839年Joseph Petzval 设计了这个著名的“照相物镜”。
其前组是一个双胶合，后组是一个双分离，两者之间有一个光圈。
前组可以很好地校正球差，但会引入彗差。
彗差由后组校正，光阑位置校正了大部分像散。
然而，这会导致额外的场曲和晕影。
因此，FOV限制在30度以内。
f/3.6的f值是可以实现的，这比当时的其他镜头要快得多。
Petzval首次根据光学定律计算透镜的组成，而之前的光学系统则是根据经验进行磨制和抛光的。
为了计算，奥地利大公路易（炮兵司令）向匹兹瓦提供了8名炮兵和3名下士，因为火炮是进行数学计算的少数职业之一。
1.Seidel分析双片式物镜的局限性在于单组元件无法校正像散，这大大限制了它的视场角范围。
在光阑上的薄透镜组的像散为：即其总是不为零。
因此，只有一些透镜组不在光阑上，才能校正像散。
因此，两个分离的透镜组可以用于产生等量反向的像散。
这两个透镜组不一定是单透镜，也可以是消色差双片式或者更复杂的透镜组。
若我们假设光阑在第一个透镜组上，第二个透镜组和它相距一段距离，那么会有光阑平移效应。
只要第二个透镜组没有完全校正球差和彗差，那么平移第二个透镜组远离光阑一定距离，就可以产生足够的像散来校正第一个透镜组的像散。
我们可以得到任意的一个像散值S3，但是两个正透镜组都会对场曲产生贡献，即Petzval 物镜的 Petzval 和总是正值。
这意味着像面总是朝向镜头弯曲。
通常，我们想要零像散，则让总的S3为零，场曲会使子午和弧矢像重合于弯曲的像面上。
但是，还有其他选择，由弧矢像差，只要S3=-S4，我们就可以使弧矢像面为平面。
而且，若让S3=-S4/3，则就可以使子午像面为平面。
在设计 Petzval 镜头中有一个很好的准则，那就是让前组(A)的光焦度为K /2，后组（B）的光焦度为K，为保证总光焦度为K，让它们之间的距离为1/K。
Zemax光学设计：一个带校正器的卡塞格林望远镜的设计实例
Zemax光学设计：一个带校正器的卡塞格林望远镜的设计实例引言：折反射系统相比于折射系统的主要优点有：1.由于光路折叠而更紧凑；2.可以做到很大口径；3.可以很好校正色差，因为大多数的光焦度在反射镜而不是在透镜上。
4.可以做到从紫外到红外非常宽的波段。
5.反射镜与透镜的佩兹瓦尔曲面的曲率相反，可以实现较平的视场。
在两反射镜系统中，次镜构成的孔径的中心拦光（Central Obscuration），这不仅会造成能量的损失，也会使MTF的低频至中频部分随着中心拦光面积的增大而显著减小。
同时，因为两反射镜系统像的位置很接近于主镜位置，所以几乎所有的主镜都需要挖一个洞。
这个洞的大小限制了最大的像面尺寸，而且洞的大小必须远小于主镜的口径。
例如，通常中心拦光或洞的大小是主镜直径的30%，即线性拦光比为0.3，有效口径减小了0.09（0.32），此时MTF的中低频端变化不明显。
一般拦光比不要大于0.3。
典型的牛顿望远物镜仅用一个抛物凹面作为主反射镜，它可以形成一个直接用眼睛看的像。
在此基础上，添加一个凸双曲面的次反射镜，就成了卡塞格林望远镜（Cassegrain Telescope）。
由于主镜和次镜都是圆锥曲面，每个面上都没有球差，但是每个面都有彗差和像散，而这限制了可用的视场角。
另外，由于两个反射镜的半径不一样，还存在场曲。
设计仿真：.1.建立一个简单的卡塞格林望远镜系统.首先输入系统特性参数，如下：在系统通用对话框中设置孔径。
在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”，并根据设计要求输入“3800”；在视场设定对话框中设置3个视场，要选择“Angle”，如下图：在波长设定对话框中，设定0.365um、0.5876um和0.850um共3个波长，如下图：查看LDE：2D Layout：查看点列图：查看Ray Fan：从点列图和Ray Fan可以看出，这个系统有明显的彗差和像散。
.2.在卡塞格林望远镜中加入像面校正器.临近焦面的双片式透镜可以校正彗差和像散。
光学设计实验(一)望远镜系统设计实验
光学设计实验（一）望远镜系统设计实验1 实验目的（1）通过设计实验，加深对已学几何光学、像差理论及光学设计基本知识、一般手段的理解，并能初步运用；（2）介绍光学设计ZEMAX 的基本使用方法，设计实验通过ZEMAX 来实现 2 设计要求(1) 设计一个8倍开普勒望远镜的目镜，焦距f’=25mm ，出瞳直径D ’=4mm ，出瞳距>22mm ，视场角2ω’=25︒；考虑与物镜的像差补偿，目镜承担轴外像差的校正，物镜承担轴上像差的校正。
（总分：30分）（2）设计一个8倍开普勒望远镜的物镜，其焦距、相对孔径D/f ’、视场角、像差补偿要求根据设计（1）的要求来确定，要求给出计算过程。
（总分：30分）（3）将上述物镜与目镜组合成开普勒望远镜，要求望远镜的出射光束角像差小约3’左右。
如不符合要求，可结合ZEMAX 中paraxial 理想光学面，通过控制视觉放大倍率和组合焦距为无限大（如f ’>100000）等手段。
（总分：30分）（4）回答和分析设计中的相关问题（总分：10分）所有设计中采用可见光（F ，d ，C ）波段。
问题1：望远光学系统和开普勒望远镜的特点问题2：目镜的光学特性和像差特点问题3：常用的目镜有哪些？常用的折射式望远物镜有哪些？ 问题4：望远镜系统所需要校正的主要像差有那些？提示：目镜采用反向光路设计，目镜包括视场光阑，注意目镜孔径光阑的设置。
判定出射光束角像差小约3’左右的方法：在像面前插入一个paraxial 类型的面，若该面焦距（即与像面之间的距离）为1000mm ，则Spot diagram 的Geo Radius 则应小1mm 。
m 91512.5COS 343831000COS 3438322'μω=⨯⨯=⨯⨯≤f R 3 设计流程所谓光学系统设计就是根据使用要求，来决定满足使用要求的各种数据，即决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。
因此我们可以把光学设计过程分为4个阶段：外形尺寸计算、初始结构的计算和选择、象差校正和平衡以及象质评价。
光学设计实例——显微镜物镜、双高斯照相物镜
底片尺寸（36mm×24mm）是打印纸 的1/7.06倍, 则底片上成像弥散斑直径为 0.003/7.06=0.00042英寸=0.0107mm；
对于一个真正的照相系统，通常对 MTF Nhomakorabea更复杂的技术要求。
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双高斯物镜设计实例
双高斯物镜
双高斯物镜是一个对称型结构，借以校正垂轴像差——彗差、畸变和垂轴色差， 因此其每一半应能校正轴向像差——球差、像散、场曲和轴向色差；保持其对称性很 重要。 为校正场曲，必须有两个正负光焦度且分离的薄透镜组，最简单的就是弯月厚透 镜；高斯结构的特点是凸面靠外，这有利于其提高相对孔径，但它不能校正球差和轴 向色差，为此把弯月厚透镜变成双胶合透镜，但双胶合透镜内的光焦度分配主要考虑 的是校正场曲，轴向色差可能得不到很好校正，为此又加了一个分离的正透镜，它也 分担了双胶合正透镜的一部分光焦度。 用正负光焦度分配校正场曲；有了正负光焦度的透镜，选择折射率并弯曲透镜， 可使球差校正，选择色散可以使轴向色差校正。光阑的恰当位置可以使像散校正。
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双高斯物镜设计实例(Zemax数据8) 双高斯物镜设计实例(Zemax数据8) (Zemax数据
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MTF（47） MTF（47）
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双高斯物镜设计实例(Zemax数据) 双高斯物镜设计实例(Zemax数据) (Zemax数据
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MTF（50） MTF（50）
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双高斯物镜设计实例(原始数据) 双高斯物镜设计实例(原始数据)
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双高斯物镜设计实例(设计结果1) 双高斯物镜设计实例(设计结果1)
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双高斯物镜设计实例(设计结果2) 双高斯物镜设计实例(设计结果2)
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物理光学课程设计-ZEMAX软件设计望远镜并校正像差
选择设计题目为：设计一放大率8Γ=倍的望远镜，物镜视场角24ω=，出瞳直径4D mm '=，目镜焦距225f mm '=，出瞳距离15mm ，目镜焦截距4mm ，入瞳与物镜重合。
（注：望远镜设计中物镜和目镜可以分开设计，独自校正像差）一、设计思路以及一些计算过程：有题目要求，选择双胶合望远物镜会比较适合。
相对孔径小于五分之一，由公式以及光学设计手册选择物镜的焦距为200mm ，入瞳直径为40mm ，初始结构采用：rd 玻璃 153.16 1.5163，64.1 -112.934 1.6475，33.9 -361.68/1.5163,64.1 /二、软件使用过程：1.透镜结构参数，视场、孔径等光学特性参数：初始结构表：优化情况：System/Prescription DataGENERAL LENS DATA:Surfaces : 7Stop : 1System Aperture : Entrance Pupil Diameter = 40Glass Catalogs : SCHOTTRay Aiming : OffApodization : Uniform, factor = 0.00000E+000Effective Focal Length : 320 (in air at system temperature and pressure)Effective Focal Length : 320 (in image space)Back Focal Length : 310.63Total Track : 775.2221Image Space F/# : 8Paraxial Working F/# : 8Working F/# : 8.002776Image Space NA : 0.06237829Object Space NA : 2e-009Stop Radius : 20Paraxial Image Height : 11.17465Paraxial Magnification : 0Entrance Pupil Diameter : 40Entrance Pupil Position : 0Exit Pupil Diameter : 102.5804Exit Pupil Position : 820.7951Field Type : Angle in degrees Maximum Field : 2Primary Wave : 0.5875618Lens Units : MillimetersAngular Magnification : -0.3899379Fields : 3Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight1 0.000000 0.000000 1.0000002 0.000000 1.414000 1.0000003 0.000000 2.000000 1.000000Vignetting Factors# VDX VDY VCX VCY VAN1 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000002 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000003 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000Wavelengths : 3Units: ｵm# Value Weight1 0.486133 1.0000002 0.587562 1.0000003 0.656273 1.000000EDGE THICKNESS DATA:Surf EdgeSTO 439.9418312 11.4721633 11.6235514 312.1845555 0.0000006 0.000000IMA 0.000000INDEX OF REFRACTION DATA:Surf Glass Temp Pres 0.486133 0.5875620.6562730 20.00 1.00 1.00000000 1.000000001.000000001 20.00 1.00 1.00000000 1.000000001.000000002 SSK4A 20.00 1.00 1.62546752 1.617649751.614266423 LAF9 20.00 1.00 1.81494560 1.795040281.786944504 20.00 1.00 1.00000000 1.000000001.000000005 20.00 1.00 1.00000000 1.000000001.000000006 20.00 1.00 1.00000000 1.000000001.000000007 20.00 1.00 1.00000000 1.000000001.00000000THERMAL COEFFICIENT OF EXPANSION DATA:Surf Glass TCE *10E-60 0.000000001 0.000000002 SSK4A 6.100000003 LAF9 7.200000004 0.000000005 0.000000006 0.000000007 0.00000000F/# DATA:F/# calculations consider vignetting factors and ignore surface apertures.Wavelength: 0.486133 0.5875620.656273# Field Tan Sag Tan Sag Tan Sag1 0.0000 deg: 8.0042 8.0042 8.0028 8.0028 8.0075 8.00752 1.4140 deg: 7.9964 8.0019 7.9936 8.0001 7.9978 8.00473 2.0000 deg: 7.9889 7.9997 7.9847 7.9974 7.9884 8.0018CARDINAL POINTS:Object space positions are measured with respect to surface 1.Image space positions are measured with respect to the image surface.The index in both the object space and image space is considered.Object Space Image SpaceW = 0.486133Focal Length : -319.976306 319.976306Focal Planes : 124.738587 0.170547Principal Planes : 444.714892 -319.805758Anti-Principal Planes : -195.237719 320.146853Nodal Planes : 444.714892 -319.805758Anti-Nodal Planes : -195.237719 320.146853W = 0.587562 (Primary)Focal Length : -320.000000 320.000000Focal Planes : 124.780118 0.151516Principal Planes : 444.780118 -319.848484Anti-Principal Planes : -195.219882 320.151516Nodal Planes : 444.780118 -319.848484Anti-Nodal Planes : -195.219882 320.151516W = 0.656273Focal Length : -320.220323 320.220323Focal Planes : 124.586499 0.352767Principal Planes : 444.806822 -319.867556Anti-Principal Planes : -195.633824 320.573090Nodal Planes : 444.806822 -319.867556Anti-Nodal Planes : -195.633824 320.5730902.像差指标数据：球差数据分析图:三、学习心得这次的光学设计要结束了，在这里我首先得思过一下，这次的课设可真的是糊里糊涂就过去了。
显微镜知识四
3． 半复消色差物镜（ Semi apochromatic objedtive）: 半复消色差物镜又称氟石物镜，物镜，物镜的外壳上标有“FL”字样，如OLYMPUS UPLFL系列物镜。在结构上透镜的数目比消色差物镜多，比负消色差物镜少，成象质量上，远较消色差物镜为好，接近于复消色差物镜。参见图4平场物镜（Plan objective ）:平场物镜是在物镜的透镜系统中增加一快半月形的厚透镜，以达到校正场曲的缺陷。平场物镜的视场平坦，更适用于镜检和显微照象。
物镜的种类很多，可从不同的角度分类，现分类介绍。
根据物镜相差校正的程度进行分类，可分为：
1．消色差物镜（Achromatic objective）:如OLYMPUS ACH10X，ACH40X，ACH100XO 等。这是常见的物镜，外壳上常有“Ach”字样。这类物镜仅能校正轴上点的位置色差（红，蓝二色）和球差（黄绿光）以及消除近轴点慧差。不能校正其它色光的色差和球差，且场曲很大。
（3）相衬物镜（Phase contrast objective ）:
这种物镜是由于相衬镜检术的专用物镜，其特点是在物镜的后焦平面处装有相板，如 ＯＬＹＭＰＵＳ ＵPLFL-PH系列物镜。
（4）无罩物镜（No cover objective ）:有些被检物体，如涂抹制片等，上面不能加用盖玻片，这样在镜检时应使用无罩物镜，否则图象质量将明显下降，特别是在高倍镜检时更为明显。这种物镜的外壳上常标刻ＮＣ，同时在盖玻片厚度的位置上没有０.17的字样，而标刻着“０”。
观察时，可改变聚光镜孔径光阑的大小，使光源充满不同物镜的入射光瞳，而使聚光镜的数值孔径与物镜的数值孔径匹配。同时聚光镜又将视场光阑成象在被检物体的平面处，改变视场光阑的大小可控制照明范围。此外，这种照明的热焦点不在被检物体的平面处，即使长时间的照明，也不致损伤被检物体。
显微镜名词大全
徕卡独家设计-智慧型相位差影像，仅需使用一般明视野物镜(无须使用特定的相 位差物镜)，配合 A 或 C 菱镜，即可观察相位差影像， 如使用不同的 Light Ring， 可微调相位差对比程度。
环状光阑（Ring slit）
装在聚光镜的下方，而与聚光镜组合为一体——相衬聚光镜。它是由大小不同的 环形光阑装在一圆盘内，外面标有 10X、20X、40 X、100X 等字样，与相对应倍 数的物镜配合使用。
慧差(Coma)
慧差属轴外点的单色像差。轴外物点以大孔径光束成像时，发出的光束通过透镜 后，不再相交一点，则一光点的像便会得到一逗点状，型 如慧星，故称“慧差”。
覆盖差
显微镜的光学系统也包括盖玻片在内。由于盖玻片的厚度不标准，光线从盖玻片 进入空气产生折射后的光路发生了改变，从而产生了相差 ，这就是覆盖差。覆 盖差的产生影响了显微镜的成响质量。国际上规定，盖玻片的标准厚度为 0.17mm，许可范围在 0.16-0. 18mm，在物镜的制造上已将此厚度范围的相差计 算在内。物镜外壳上标的 0.17，即表明该物镜所要求的盖玻片的厚度。
带虹彩光阑的物镜（Iris diaphragm objective）
在物镜镜筒内的上部装有虹彩光阑，外方也可以旋转的调节环，转动时可调节光 阑孔径的大小，这种结构的物镜是高级的油浸物镜，它的 作用是在暗视场镜检 时，往往由于某些原因而使照明光线进入物镜，使视场背景不够黑暗，造成镜检 质量的下降。这时调节光阑的大小， 使背景变黑，使被检物体更明亮，增强镜 检效果。
Booster lens
可以在不改变光路的前提下，增加放大倍数的光学组件。
CCIC
Constant Colour Intensity Control 恒定色温控制 是创新的透射光强度控制，此技术让显微镜维持精确恒定的固定色温。从此无须 再加入 ND 滤镜以补偿色温。有了 CCIC 设计在利用数 码相机取像時，无论太暗 或太亮的照明，皆无须利用 ND 滤镜或利用 WhiteBalance 来调整取像品质。
奥林巴斯UIS2无限远校正光学系统
奥林巴斯UIS2无限远校正光学系统奥林巴斯UIS2无限远校正光学系统，进一步提高光学品质出色的图像分辨力，更高的可靠性和坚固性卓越的图像质量, 平场物镜作为标准配置，能够提供同类显微镜中优越的图像平场性CX21显微镜采用与奥林巴斯高级显微镜相同的UIS2光学系统。
而且平场消色差物镜首次作为标准配置应用于教学级显微镜，它能够提供高对比度的清晰图像，清晰范围直达视场边缘。
, 明亮、均匀的照明CX21显微镜的6V20W高亮度卤素灯能提供清晰、稳定的照明。
其内置式非球面聚光透镜可以使图像在整个视场内获得明亮、均匀的照明。
, 优化对比度的阿贝聚光镜在阿贝聚光镜的孔径光阑上标出与物镜放大倍率相对应的数值，便于得到高分辨率、高对比度的图像。
简便、安全的操作, 使用简便、经久耐用的无支架式载物台因为载物台由钢丝传动，所以不再有突出的支架，从而避免了因支架造成的意外伤害或碰伤手指。
其抗磨损无支架式设计确保了载物台的持续、平稳移动。
, 零件安全性—避免学生误操作造成损失由于目镜、物镜和聚光镜都在出厂前进行了与显微镜主体的固定处理，所以在运输和日常使用中不会出现零件脱落或分离现象。
, 极为平滑的四孔旋转式物镜转盘高精度的机械加工确保了使用中的平滑性和耐用性。
物镜转盘上带有一个橡胶环，符合人机工程学原理，便于转换。
, 机械载物台聚焦限位，杜绝意外发生聚焦位置可以被锁定，从而使得更换样品后的重新聚焦变得更为容易。
当载物台的上限位被锁定后，即可避免物镜与载片的意外碰触，从而防止损伤物品和物镜。
适用于任何环境, 防霉处理，提高零件耐用性由于物镜、目镜和观察筒都进行了有效的防霉处理，所以能确保获得持续清晰的图像，并延长显微镜的使用寿命，即使在湿热的环境中工作也不受影响。
, 紧凑的设计，便于存放和搬运CX21显微镜只有391mm高，体型小巧，足以放入一个普通的教室壁柜中。
线缆支架和木质存放箱作为选配件，可为保管和搬运带来很大方便。
望远镜物镜的设计方法
望远镜物镜的设计方法一、引言望远镜物镜是望远镜中最重要的组件之一，起到聚集和折射光线的作用。
物镜的设计直接影响到望远镜的分辨率、亮度和视场等性能指标。
因此，物镜的设计方法显得尤为重要。
二、物镜设计的基本原理物镜的设计目标是在给定的参数条件下，使得望远镜具有最佳的成像质量。
物镜的设计方法主要基于以下原理：1. 折射原理：物镜利用透镜的折射原理将光线聚焦到焦点上。
根据透镜的曲率和折射率，可以计算出透镜的焦距和焦点位置。
2. 理想成像原理：物镜的设计目标是实现尽可能接近理想成像的效果。
理想成像是指物镜将入射光线聚焦到一个点上，形成清晰的像。
实际物镜设计中，需要考虑像差的问题，通过优化透镜的曲率和厚度分布等参数，减小像差的影响。
3. 光学设计软件：物镜的设计过程通常借助光学设计软件进行模拟和优化。
光学设计软件能够根据设计要求和参数输入，自动生成透镜的曲率和厚度分布，并通过光线追迹法进行成像质量的评估和优化。
三、物镜设计的步骤物镜的设计通常包括以下步骤：1. 确定设计要求：根据望远镜的应用需求，确定物镜的参数要求，如焦距、口径、视场等。
2. 选择透镜材料：根据设计要求和预算，选择适合的透镜材料。
透镜材料的选择应考虑折射率、色散性能、透过率等因素。
3. 初步设计：利用光学设计软件进行初步设计，确定透镜的曲率和厚度分布。
根据设计要求和透镜材料的特性，进行初步的光学系统仿真和评估。
4. 优化设计：通过光学设计软件进行优化设计，调整透镜的参数，如曲率半径、厚度等，以达到更好的成像质量。
优化设计过程中，可以采用遗传算法、模拟退火等方法，寻找最优的设计解。
5. 系统评估：对优化后的设计方案进行系统评估，包括成像质量、像差分析、光学效率等指标。
根据评估结果，对设计方案进行调整和改进。
6. 光学制造和测试：根据最终的设计方案，制造物镜并进行光学测试。
光学测试可以通过干涉仪、星测试等方法进行，以验证物镜的成像质量是否符合设计要求。
带校正环的物镜光学设计
带校正环的物镜光学设计【摘要】带校正环的物镜光学设计是一种通过校正环来改善物镜成像质量的设计方法。
本文从物镜光学设计原理、优点、应用、算法和参数调节等方面对这种设计进行了深入探讨。
通过对校正环的精准设计和优化，可以有效提高物镜的成像分辨率和对焦能力，从而在显微镜、相机镜头等领域得到广泛应用。
通过合理调节参数，可以使物镜在不同情况下表现出最佳成像效果。
未来，带校正环的物镜光学设计有望在高端光学设备和成像技术领域进一步发展，为新一代光学设备的设计和应用提供更多可能性。
【关键词】带校正环、物镜、光学设计、原理、优点、应用、算法、参数调节、未来发展方向1. 引言1.1 带校正环的物镜光学设计介绍带校正环的物镜光学设计是一种应用于显微镜等光学设备中的重要技术。
校正环是一种特殊的透镜，它可以对光线进行补偿，帮助提高物镜的成像质量和减少像差。
在现代光学设计中，带校正环的物镜光学设计已经被广泛应用，并取得了显著的效果。
带校正环的物镜光学设计依靠精密计算和优化，通过调节透镜的参数和位置来实现光学成像的最佳效果。
在设计过程中，需要考虑到各种光学现象，如像差、畸变和分辨率等，以确保成像质量达到最佳状态。
与传统的物镜设计相比，带校正环的物镜光学设计具有许多优点。
它可以提高成像的清晰度和分辨率，减少畸变和色差，使得观察者能够更准确地观察样本。
带校正环的物镜光学设计还可以在一定程度上延长物镜的使用寿命，降低维护成本。
带校正环的物镜光学设计在现代光学领域具有重要的应用价值，为科研和医疗等领域提供了优质的成像技术支持。
在未来的发展中，带校正环的物镜光学设计将继续不断优化和拓展，为光学成像技术的进步做出更大的贡献。
2. 正文2.1 带校正环的物镜光学设计原理带校正环的物镜光学设计原理是指在光学系统中加入一个特定设计的校正环，以解决物镜在成像过程中存在的像差问题。
校正环通常由透明的光学材料制成，其内部通常镶嵌有特定形状和尺寸的透镜或棱镜。
光学设计物镜目镜结构计算
光学设计物镜目镜结构计算光学设计是一门关于如何设计透镜和其他光学元件的学科。
在光学设计中，物镜和目镜是非常重要的元件，它们被广泛应用于望远镜、显微镜、相机等光学仪器中。
物镜通常被用来聚集光线，形成实物像，并且具有较大的焦距。
而目镜则被用来放大物体的像，使其可以被观察者清晰地看到。
物镜和目镜的结构设计非常重要，它们的性能直接影响到光学仪器的成像质量。
物镜的结构设计通常需要考虑以下几个关键要素：焦距、光圈、像差和畸变。
焦距决定了物镜的聚焦能力，较大的焦距意味着物镜可以聚焦远处的物体。
光圈决定了物镜的透光能力，较大的光圈可以让更多的光线通过。
像差是物镜的一个重要性能指标，它分为球差、色差和像散。
球差是由于物镜的球面形状而引起的，可以通过选择适当的曲面形状来减少。
色差是由物镜对不同波长的光具有不同的焦距而引起的，可以通过使用多个不同材料的透镜来修正。
像散是物镜在聚焦不同颜色光线时形成的不同焦点位置，可以通过适当的透镜组合来校正。
目镜的结构设计通常需要考虑以下几个关键要素：放大倍数、视场角、调焦和透视畸变。
放大倍数决定了目镜放大物体像的能力，较大的放大倍数可以使观察者看到更小的细节。
视场角是观察者可以看到的物体的范围，较大的视场角可以提供更广阔的观察范围。
调焦是目镜的一个重要功能，它可以让观察者通过调节目镜的位置来使物体的像聚焦。
透视畸变是由目镜引起的一种畸变现象，可以通过适当的光学设计来减少。
在物镜和目镜的结构设计中，还需要考虑材料的选择、透镜曲率的优化以及适当的光学涂层的应用。
材料的选择可以影响光学元件的折射率、色散和机械强度。
优化透镜曲率可以改善光学元件的像差和透明度。
光学涂层的应用可以降低反射和增加透过率。
总之，光学设计物镜和目镜的结构计算是一个复杂而精确的过程，需要综合考虑多个要素的影响。
只有通过合理的设计和精确的计算，才能使物镜和目镜具有更好的成像质量和功能。
物镜的分类——精选推荐
物镜的分类物镜的分类00物镜（objective）是显微镜最重要的光学部件，利用光线使被检物体第一次成像，因而直接关系和影响成像的质量和各项光学技术参数，是衡量一台显微镜质量的首要标准。
物镜的结构复杂，制作精密，由于对象差的校正，金属的物镜筒内由相隔一定距离并被固定的透镜组组合而成。
物镜的要求是齐焦合轴。
齐焦即在镜检时，当用某一倍率的物镜观察图像清晰后，在转换另一倍率的物镜时，其成像亦应基本清晰。
和轴即上述操作中，像的中心偏离也应该在一定的范围内。
齐焦性能的优劣和合轴程度的高低是显微镜质量的一个重要标志，它与物镜本身的质量和物镜转换器的精度有关。
传统物镜的种类很多，可从不同的角度分类。
现在由POMEAS来为您做分类介绍。
一、按象差校正程度分类物镜的种类及象差校正程度编号物镜色差球差场曲1 消色差物镜红、蓝波区校正黄、绿波区校正存在2 复消色差物镜红、绿、蓝波区校正红、蓝波区校正存在3 半复消色差物镜红、蓝波区校正红、蓝波区校正存在4 平场物镜存在存在已校正5 平场消色差物镜红、蓝波区校正黄、绿波区校正已校正6 平场复消色差物镜红、绿、蓝波区校正红、蓝波区校正已校正1．消色差物镜（Achromatic objective）：常见物镜，尽管各厂家的标志不完全一样，但外壳上一般标有“ACH”字样。
这类物镜仅能校正轴上点红蓝光的色差和黄绿光的球差，以及消除近轴点慧差。
不能校正其他光的色差和球差，且场曲很大。
2．复消色差物镜（Apochromatic objective）：复消色差物镜的结构复杂，透镜采用特种玻璃或萤石等材料制作而成，物镜的外壳上标有“APO”字样。
这种物镜不仅能校正红绿蓝三色光的色差，同时能校正红蓝二色光的球差。
实际上，复消色差物镜不仅能校正红、绿、蓝三色光的色差，而且在同一焦点平面上成像，达到消除“剩余色差”（又称二级色谱）的效果，所以色差的校正实际上等于可见光的全部波区，但二级色谱的放大率色差仍然存在。
双高斯物镜的ZENAX优化设计
双高斯物镜的ZENAX优化设计《光学课程设计》目录一、介绍............................................................................................................... - 2 -二、用初级像差理论确定初始结构 ................................................................ - 3 -三、用ZEMAX优化........................................................................................ - 9 -四、总结........................................................................................................... - 29 -五、心得体会..................................................................................................... - 29 -参考文献............................................................................................................. - 30 -一、介绍双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。
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所示。
图 1 双高斯物镜由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。
设计这种类型的系统时，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校正。
porro_1型望远镜光学设计.
普罗型望远镜光学系统设计（8倍）摘要随着科学技术的发展，光学仪器已经普遍应用在社会的各个领域中。
我们都知道，光学仪器的核心部分是光学系统。
一个高质量的成像光学系统是要靠好的光学设计去完成的。
本课题主要研究的是8倍普罗型望远镜光学系统。
本文介绍了望远镜发展背景及相关应用，对望远镜系统及主要参数、衡量指标做了介绍，完成了对普罗型望远镜光学系统的外形尺寸计算，对物镜组、目镜组及转向系统的设计.物镜采用双胶合物镜，目镜采用对称型目镜，转向系统采用普罗I型棱镜作为转向系统。
介绍了像差理论，并应用ZEMAX光学设计软件对像差进行了分析和校正。
最终设计出合格的望远镜。
关键词：普罗型望远镜；光学系统；像差；ZEMAX光学设计软件目录1 绪论 (1)1.1题目背景 (1)1.2设计目的及意义 (1)1.3国内外相关研究情况 (1)2 望远镜介绍 (2)2.1望远镜简介 (2)2.2望远镜的历史 (2)2.3望远镜的发展 (2)2.4望远镜的分类 (3)2.4.1折射望远镜 (3)2.4.2反射望远镜 (4)2.4.3折反射望远镜 (5)3 望远镜系统设计 (6)3.1望远镜总体方案拟定 (6)3.2望远镜的常见参数 (6)3.3转像系统 (7)3.4望远镜外形尺寸计算 (8)3.5物镜与目镜的选型 (11)3.5.1望远物镜的特点 (11)3.5.2几种常见的望远物镜 (11)3.5.3望远物镜设计 (15)3.5.4望远目镜的特点 (16)3.5.5几种常见的目镜 (16)3.5.6目镜设计 (18)4 像差分析 (19)4.1像差综述 (19)4.1.1球差 (19)4.1.2慧差 (20)4.1.3像散 (20)4.1.4场曲 (20)4.1.5畸变 (20)4.1.6色差 (21)4.2像差校正 (22)4.2.1球差校正 (25)4.2.2色差校正 (26)4.3光学系统的像质评价 (26)4.3.1点列图 (26)4.3.2利用MTF曲线评价成像质量 (27)5 总结 (28)参考文献 (29)1 绪论1 绪论1.1题目背景随着科学技术的发展，望远镜逐渐由简单的单筒望远镜发展到双筒望远镜、天文望远镜等，以成为重要的光学仪器之一。
显微镜名词大全
ICSI
Intracytoplasmic sperm injection，卵胞浆内单精子显微注射，就是利用一根 显微注射针将一条精子直接注射到卵子中。
IMC ( Integrated Modulation Contract )
徕卡独家设计-智慧型干涉对比影像，仅需使用一般明视野物镜(无须使用特定的 干涉物镜)，配合 A 或 C 菱镜，即可观察干涉对比影像 ，可微调对比程度。
二个相同的物镜，以一个小角度沿光轴排列，产生二个单独的图象。通过单独的 接目镜进行观察，它们合并起来形成一个 3-维图象。优 点是：价格低，体积小， 基本仪器具有较高的光学性能。
光漂白(Photobleaching)
指在光的照射下荧光物质所激发出来的荧光强度随着时间推移逐步减弱乃至消 失的现象。荧光成像的质量很大程度上依赖于荧光信号强度 ，提高激发光强度 固然可以提高信号强度，但激发光的强度不是可以无限提高的，当激发光的强度 超过一定限度时，光吸收就趋于饱和， 并不可逆地破坏激发态分子，这就是光 漂白现象。
2004年蔡司公司又在传统柯勒式照明基础上推出了带有反光碗的全系统复消色差照明技术消除照明色差增强光的还原性进而提高分辨率同时照明均匀而光效高连续变倍体视显微镜zoomstereomicroscope这种体视镜的光学结构是由一个共用的初级物镜对物体成像后的两光束被两组中间物镜变焦镜分开并成一体视角再经各自的目镜成像它的倍率变化是由改变中间镜组之间的距离而获得的
HCS
Harmonic Component System Leica 专利的光学系统。它为整个光学系统中可能 包含的部分提供了一个统一的光学修正，这使得整个系统在保持原有功能的同 时， 可以根据要求不断的添加新的附件，以实现新的功能。
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第38卷第3期2016年6月光学仪器OPTICAL INSTRUMENTSVol. 38，No.3June，2016文章编号：1005-5630(2016)03-0233-05带校正环的物镜光学设计陈新锦(麦克奥迪实业集团有限公司，福建厦门361006)摘要：利用软件Z e max设计一款可用于盖玻片校正的显微物镜，该物镜采用逆向光路设计，无限远校正系统，其放大倍数为40X，可见光波段，数值孔径为0.6,校正的盖玻片厚度范围为0"1. 5 mm，管镜配合能满足020 mm视场。
从镜头专利库ZEBASE中选择合适的镜头作为初始结构，通过设定合理的优化函数优化该镜头，对最后的结果进行成像指标分析，该款物镜能满足使用要求。
关键词：光学设计％盖玻片校正％无限远校正系统中图分类号：TH742 文献标志码：A doi:10. 3969/T issn. 1005-5630. 2016. 03. 008Optical design of objective with correction collarC H E N X in jin(M o tic G ro u p Co. ,L td. ,X iam e n361006,C hin a)Abstract：A microscope objective is designed to correct the coverslip by Zemax.T he objective isoptim ized to infin ity-co rre cte d system by using the m ethod of inverted optical path w ith visiblewave-band.T h is objective w ith num erical aperture of 0.6and m agnification o f 40 tim es canmeet the fie ld of020m m w ith tube lens.T he objective can satisfy the application w ithcoverslip thickness variate fro m0m m to 1. 5 m m.T he appropriate in itia l structure can getfro m lens patents of Z E B A S E.T he system is optim ized by setting reasonable op operand.I t satisfies requirem ents.Keywords:optical design; coverslip co rre ct; in fin ity—corrected system引言由于盖玻片的制造误差使其厚度不一，而高数值孔径的显微物镜对盖玻片厚度要求较高，因此导致成像质量下降，对应的性能下降数值[1]如表1所示。
另外由于所观察标本覆盖的盖玻片厚度规格不同(例如应用在工业观察导电粒子时，玻璃盖板厚度不均)，就需要更换不同规格的物镜使用，会造成客户生产成本的增加和管理的混乱。
所以基于上述的需求出发，本文设计一款带校正环的物镜，在物镜的中部装有环状的调节环，当转动调节环时，可调节物镜内透镜组之间的距离，从而校正由盖玻片厚度不标准弓丨起的像差。
1设计参数四大品牌(Zeiss/Leica/O ly m p u s/N ik o n)对应的物镜参数如表2所示，综合考虑客户的需求和市场定位，设定此设计目标为:数值孔径为0.6,最大工作距离为3.3 m m，焦距为4. 5 m m(与焦距为180 m m的收稿日期！2015-08-31作者简介：陈新锦（1979 )，男，工程师，主要从事光学设计方面的研究。
E-m a il:S s c x@163.c〇m+ 23Z +光学仪器第38卷管镜配合），校正的盖玻片厚度范围为〇〜％ 5 m m ，满足020 m m 视场。
表1盖玻片厚度变化的性能下降Tab. 1 Performance deterioration with coverslip thickness variation数值孔径N A0. 01m m偏差0. 02 m m 偏差1m m 偏差1.5m m 偏差0. 300010\20\0700060\90\0702\8\100\0. 8519\57\100\0. 9555\81\100\表2四大品牌物镜参数Tab.2Objective parameters of four brands品牌数值孔径N A盖玻片厚度/m m最大工作距离/m mZeiss 0. 600 〜1. 5 2.9Leica 0. 550〜2. 0 3.2O lym p us 0. 600〜2. 0 3.3N ik o n0.550〜2. 02.72光学设计B 1初始结构的选择对于光学设计者来说，最好最快的方法是直接从专利中选取一个适当的结构作为初始结构2。
选择 初始结构的原则是数值孔径和视场与设计的要求相当3，通过对主要的参数指标分析计算，然后从镜头 专利库Z E B A S E 中选择一个N A =0. 65的Z 0倍镜头作为初始结构。
2. 2设计思路此物镜属于高倍物镜，相对孔径较大，那么在系统像差 校正时困难较大，若在系统的前部放一齐明透镜，则对轴上 点不引进像差，这样大大减少了后面系统的孔径角负担，系 统的残余像差不大()。
为不失一般性，设前组为一弯月透镜，如图1所示，其玻 璃折射率为〃。
设前组透镜第二面符合齐明条件，其角放大率7为图1齐明透镜由阿贝不变量公式Fig. 1 Aplanatic lens(BiMBiM⑵由此求出第一面曲率半径一 M % (n 一1) 一 + % u 2 一 1% 1Bi 3 # 3 =~yn — 1 —u \ +2 u % n要求第二面满足齐明条件，则(3)3B 2(1 + 1)⑷由此得到第二面的曲率半径j—1 一 TynB 2 3 ----1 3 丁15 15nn第3期陈新锦:带校正环的物镜光学设计+235 •由以上关系式就可以求出所要求的前组结构&不同于其它固定间隔的光学系统，此光学系统需要通过调节透镜组之间的间隔来校正由盖玻片厚度不 标准引起的像差，所以在设计中要选定一透镜组为动组来平衡像差，并且需要控制该透镜组前后的距离总和 保持不变。
该系统跟变焦系统类似，也是靠改变间隔来校正平衡像差，不同的是此系统的焦距不变。
为了便于像差校正，在显微物镜设计中按反向光路计算&2.3优化过程显微镜物镜属于大孔径、小视场的小像差系统，必须校正好球差、彗差和色差()。
在优化函数中设定 合理的操作数进行优化。
(1)因为有多个结构所以要设置多重结构进行优化，在多个结构中有侧重点，考虑到实际用途，在此 设置1.1m m厚的盖玻片为主要结构进行优化，同时兼顾0和1. 5 m m，为了让曲线平滑，可以设置多个结 构，每个结构之间变化较少。
2)选择系统默认的优化函数，优化参考值选择像质评价指标的均方根值，使用波像差及像质指标的 零点在质心。
在选项中填写合适的空气间隔和玻璃约束条件进行优化。
⑶用操作数E F F L控制主波长的有效焦距为Z 5 m m，用操作数R A ID设定最后一面的入射角度来 控制N A，用操作数T T H I控制距离。
#)将操作数S T O P光阑面的位置设为变量进行优化。
#)用操作数L O N A控制球差，用操作数T R A Y控制彗差。
#)用操作数L A C L和A X C L控制色差(在这里保留一定倍率色差和管镜配合）。
#)从玻璃厂商O H A R A的材料库中选取合适的透镜材料进行优化。
应用Z e m a x对透镜进行自动优化时分成三个阶段来进行。
第一阶段先校正基本像差，如球差、彗差、色差和场曲。
要根据系统所有面的赛得系数贡献大小进行 调整，使得每个面的像差贡献均勻。
第二阶段校正高级像差，完成初级像差校正之后，分析系统的像差找 出最重要的高级像差，再对其校正，只有在基本的像差得到校正的前提下，校正高级像差才有意义。
第三 阶段像差平衡，在校正完各高级像差之后，如果高级像差和初级像差不能平衡就会对像质产生影响，所以 要根据系统的全视场和全孔径的像差分布规律，改变各个操作数的权重，重新进行像差校正和平衡。
2设计结果利用Z e m a x软件对初始结构进行仿真设计和优化，其优化后的光学系统如图2所示。
该系统的详细 参数见表3所示。
图2两种不同盖玻片的光学系统图Fig. 2 Layout of optical system with different coverslip• 236 +光学仪器第38卷表3结构参数T a b. 3S tr u c tu r e p a ra m e te rs表面半径/m m厚度/m m玻璃直径/m mO b ject n n n 1-6.268 122 6.8L-B B H1 5.82-8.209 85528.63-5.912 0307.5s-bsm484-9.152 336 3. 321#516.575483 3.4S-F P L516-12.990 759 1.5S-T IH1011S top11.0750690.5"1.659.6810. 756 529 1.7S-T IM22119 6.8884114.#S-F P L531110-29.712 145 1.65"0.5111111. 534 925#.6S-BSM4101#94.304759 1.51013-16.#71#133S-BSM141014-12.385 9160.51015 4. 761 248 3.5S-P H M5#716 6.064118 3. 29〜2.184.#17n0 "1.5N-K5(盖玻片$2Im age0.53结果分析因为该物镜的光学系统属于小像差光学系统，所以要挑选合适的光学系统成像质量的评价方法，这 里采用瑞利判断、中心点亮度及光学传递函数来评价成像质量。
瑞利判断是根据成像波面相对理想球面 波的变形程度来判断光学系统的成像质量的，实际波面与参考球面波之间的最大波像差不超过A/4时，此 波面可看作是无缺陷的。
而中心点亮度是依据光学系统存在像差时，其成像衍射斑的中心亮度和不存在 像差时衍射斑的中心亮度之比来表示光学系统的成像质量的，此比值用S.D来表示，当S.D-0.8时，认 为光学系统的成像质量是完善的。
光学传递函数是反映物体不同频率成分的传递能力，高频部分反映物 体的细节传递情况，中频部分反映物体的层次传递情况，而低频部分则反映物体的轮廓传递情况[3]。