照相物镜基于ZEMAX课程分析方案实例
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/ν38.339 3.57 1.71289 53.950.988 0.3235.192 5.49 1.71289 53.9197.94 4.83-96.144 1.87 1.6362 35.326.53 8-1074.1 1.38 1.53246 45.937.053 7.6-49.135 1.72904 54.8表12、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/ν50.659 4.717 1.71289 53.967.373 0.42346.501 7.254 1.71289 53.9261.548 6.382-127.040 2.471 1.6362 35.335.055 10.571-1419.262 1.824 1.53246 45.948.960 10.042-64.925 1.72904 54.8表23、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。
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。
设计实例zemax设计照相物镜详细过程
照相物镜设计实例
照相物镜的技术指标要求：
焦距：f’=9.6mm； 焦距：f’=9.6mm； 相对孔径D/f’不小于1/2.8； 图像传感器为1/2.5英寸的CCD， 成像面大小为4.32mm×5.76mm； 后工作距>5mm 在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波 长)； 1m成像质量，MTF 轴上>40% @100 lp/mm 轴外0.707 >35%@100 lp/mm ������ 最大畸变<1%
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（Glass） 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systemgeneral-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中改焦距 为12mm进行缩放。
照相物镜镜头设计与像差
分析
设计实例
光学设计流程
光学设计初始结构方法
1、计算法
2、计算结合经验法
3、经验法
4、查资料法(孔径、视场、波长、 焦距，整体缩放)
查资料法:确定初始结构
查资料法
E.F.L----Effective Focus Length （有效焦距） B.F.L----Back Focus Length （后工作距） FNo.----F Number （相对孔径） F.A.----Field Angle (视场角)
该镜头不仅体积小, 结构紧凑, 而且像质较 好。在此次设计中，发现光阑面使用非球 面能够很好的平衡像差，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 获得更好的性能 。
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12、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generaldata,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。
基于卡塞格林系统的望远物镜设计(ZEMAX)
工程光学课程设计报告班级：姓名：学号：成绩：指导教师：报告日期：南通大学课程设计论文目录摘要 (i)第一章绪论 (1)1.1课程设计题目 (1)1.2 设计要求 (1)第二章望远物镜的设计与相关参数 (2)2.1 望远物镜的主要参数 (2)2.2 望远物镜结构类型 (3)2.3 物镜的光学特性 (5)2.3 卡塞格林光学系统 (5)2.4 ZEMAX中的像质评价方法 (6)第三章设计与优化 (10)3.1设计过程 (10)3.2优化过程 (14)第四章运用Solid works对镜片进行绘制 (19)第五章新得与体会 (23)主要参考文献 (24)摘要由薄透镜组的初级像差理论入手，根据初级像差参量PW与透镜折射率n、孔径半径r、厚度d等关系，求出了满足初始设计的结构参数的透镜折射率n、孔径半径r、厚度d、形状系数Q、曲率p。
用光学设计软件ZEMAX对所求的结构参数进行了优化。
光学设计要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。
所谓光学设计就是根据系统所提出的使用要求，来决定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的性能参数、外形尺寸、各光组的结构等。
大体可以分为两个阶段。
第一阶段根据仪器总体的要求，从仪器的总体出发，拟定出光学系统原理图，并初步计算系统的外形尺寸，以及系统中各部分要求的光学特性等。
第二阶段是根据初步计算结果，确定每个透镜组的具体结构参数，以保证满足系统光学特性和成像要求。
这一阶段的设计成为“相差设计”，一般简称光学设计。
评价一个光学系统的好坏，一方面要看它的性能和成像质量，另一方面要系统的复杂度。
一个系统设计的好坏应该是在满足使用要求的情况下，结构设计最简单的系统。
第一章绪论1.1课程设计题目基于卡塞格林的望远物镜设计1.2 设计要求（1）入瞳直径：D=20mm；（2）相对孔径D/f’=1/6.15;（3）视场角2ω=7°；（4）在可见光波段设计（取d、F、C三种色光。
ZEMAX光学成像设计实例---ZEMAX基础实例-变焦镜头设计
引言● 在我们要求具焦的能● 所谓变同范围变焦距● 由于一是使用大家通变焦镜头我们知道说一个系统大小、视场I 为像高im变焦镜头对孔径保持变焦时采取通过改变ZE 们成像镜头设具备变焦的能能力便可以应变焦，即镜头围景物的成像距来改变拍摄一个系统的焦用类似定焦镜通过举一反三头设计原道，设计好的统的接收面尺场和焦距三者mage, f 为焦头的变焦倍数持不变，但对取相对孔径（变镜片与镜片焦EMAX 设计要求中，能力，如CCT 应用于多种环头的焦距在一像。
我们通常所摄范围，因此焦距在某一范镜头的分析优三的练习可掌理介绍：的一组镜头如寸大小是固定有如下关系焦距，theta 为数为长焦距和于实际的高变即F/#)也跟片之间的间隔焦距变化，视角相应改变X 基础通常分两种：TV 监控镜头，环境条件，放大定范围可调节所说的变焦镜此非常利于画面范围可变，相当优化方法，本节掌握变焦镜头在如果变化镜片定不变的(像： 为视场角度。
和短焦距比值变倍比系统，跟随变化的方隔达到设计的视场变础实例-：定焦镜头与，红外探测镜大缩小或局部节，通过改变镜头一般指摄面构图。
当于由无数多节我们将带领在ZEMAX中片与镜片之间像面:CCD 或。
如下图所不值，也称为“，由于外形尺方案。
的焦距要求，变焦镜与变焦镜头。
镜头，摄影镜部特写，这是变焦距从而改摄像镜头，即多个定焦系统领大家使用Z 中的设计优化间的空气厚度COMS 或其它不:“倍率”。
理尺寸不希望过当系统的入镜头设成像镜头在镜头，双筒望是一个定焦镜改变系统视场即在不改变拍统组成的。
我ZEMAX 来设计化方法。
度，镜头的焦它探测面)，理论定义下，过大或二级光入瞳直径D 固设计在很多实际应望远镜等等，镜头所无法完场大小，达到拍摄距离的情我们在设计变计一个完整的焦距会随之变在基础光学在变焦过程光谱校正等问固定时，即系像面尺寸相同应用中通常也镜头具备变完成的。
到不同矩离不情况下通过改变焦镜头时也的变焦镜头，变化。
ZEMAX课程设计——照相机物镜设计
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表12、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，相表23、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。
基于Zemax的超广角照相物镜光学结构设计
中北大学
毕业设计任务书
学院：信息与通信工程学院
专业：光信息科学与技术
学生姓名：韩新学号：1105024101 设计题目：基于Zemax的超广角照相物镜光学
结构设计
起迄日期: 2015年3月9日～2015年6月20日设计地点:山西省研究中心
指导教师:
负责人:
发任务书日期: 2015年3月9日
任务书填写要求
1．毕业论文任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在学院的负责人审查、负责人签字后生效。
此任务书应在毕业论文开始前一周内填好并发给学生；
2．任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；
3．任务书内填写的内容，必须和学生毕业论文完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及学院领导审批后方可重新填写；
4．任务书内有关“学院”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。
学生的“学号”要写全号（如020*******,为10位数），不能只写最后2位或1位数字；
5．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。
如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。
毕业设计任务书
毕业设计任务书。
zemax设计 - 三片式照相物镜设计
三片式照相物镜设计
透镜参数：
1.焦距为9mm。
2.相对孔径为1/4。
3.全视场2ω为40度。
4.所有视场在67.5lp/mm处时，MTF>0.3。
5.三个透镜选用的玻璃依次为ZK5，F6，ZK11。
CAD图：
1.系统二维图：
2.系统三维图：
3.点列图：
1）当ω=20度时，系统的慧差较大。
2）从图中可以看到黑色圆圈所包含的点较多，说明能量较为集中。
3）系统的弥散斑半径较小，该系统符合设计要求。
4.MTF曲线
1）当所有视场在67.5lp/mm处时，MTF曲线>0.3。
符合系统设计要求。
2）图中黑色的线为衍射极限，图中其他曲线的走势和衍射极限的走势基本相同，系统较为优秀。
3）S曲线（弧矢曲线）与T曲线（子午曲线）基本重合，说明镜头的像散比较小。
4）图中曲线较为平直，说明边缘与中间一致性较好。
5.光线扇面（Ray Fan）
6.光程差扇形图（OPD Fan）
7.Field Curv/Dist（场曲）
8.点扩散函数PSF
9.包围圆能量曲线
在上图中，曲线较为陡直，且拐弯点较高，说明该系统较好。
照相物镜基于ZEMA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：至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/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°, 相对孔径D/f’=2. 8, 半像高mm ,后工作距，镜头总长为。
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、、、，总畸变不超过%，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，慧差，像散。
完全满足设计要求。
关键词：ZEMAX；物镜；调制传递函数ABSTRACTBy the aid of optical engineering software ZEMAX，A focal length f '= 12mm camera lens matched with one CCD of 1/ inch was designed。
Whose FOV is °, Aperture is 2. 8，half image height is mm，back working distance and total length is 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、、、，total distortion is less than %，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 ，Coma is ，Astigmatism is 。
设计实例zemax设计照相物镜详细过程61页PPT
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
设计实例zemax设计照相物镜详细过 程
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
Байду номын сангаас
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(''==fy 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'13.5D 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 : 12Stop : 6System Aperture : Entrance Pupil Diameter = 8Glass Catalogs : SCHOTTRay Aiming : OffApodization : Uniform, factor = 0.00000E+000Effective Focal Length : 28.0008(in air at system temperature and pressure) Effective Focal Length : 28.0008(in image space)Back Focal Length : 17.49979Total Track : 40.26Image Space F/# : 3.499992Paraxial Working F/# : 3.499992Working F/# : 3.498718Image Space NA : 0.1414217Object Space NA : 4e-010Stop Radius : 2.446367Paraxial Image Height : 2.92315Paraxial Magnification : 0Entrance Pupil Diameter : 8Entrance Pupil Position : 17.94124Exit Pupil Diameter : 9.552524Exit Pupil Position : -33.42397Field Type : Angle in degrees Maximum Field : 5.96 Primary Wave : 0.5875618Lens Units : MillimetersAngular Magnification : 0.837475Fields: 4Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight1 0.000000 0.000000 1.0000002 0.000000 3.440000 1.0000003 0.000000 4.860000 1.0000004 0.000000 5.960000 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 0.0000004 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 Wavelengths: 3Units: Microns# Value Weight1 0.486133 1.0000002 0.587562 1.0000003 0.656273 1.000000 Surface 6 Data Summary Title:Date : WED JAN 9 2012 Lens units: 毫米Thickness : 3.71 Diameter : 4.93475 Edge Thickness:Y Edge Thick: 3.0744 X Edge Thick: 3.0744 Index of Refraction: Glass:# Wavelength Index1 0.48613 1.00000000002 0.58756 1.00000000003 0.65627 1.0000000000Surface Powers (as situated):Surf 5 : -0.096255Surf 6 : 0Power 5 6 : -0.096255EFL 5 6 : -10.389F/# 5 6 : -1.6343Surface Powers (in air):Surf 5: 0Surf 6: 0Power 5 6 : 0EFL 5 6 : 0Shape Factor: 1SURFACE DATA SUMMARY:Surf Type Radius Thickness Glass Diameter Conic OBJ STANDARD 无限远无限远 0 01 STANDARD 17.412 2.21 SSK4A 11.54063 02 STANDARD 44.806 0.54 10.92813 03 STANDARD 10.871 5.05 N-SK16 10.21084 04 STANDARD 无限远 0.87 F14 7.583943 05 STANDARD 6.248 4.05 6.356952 0 STO STANDARD 无限远 3.71 4.9347557 STANDARD -6.576 0.84 F14 5.641057 08 STANDARD 无限远 2.78 N-SK16 6.386702 09 STANDARD -8.484 0.54 7.365621 010 STANDARD 40.196 2.18 N-SK16 7.733431 011 STANDARD -22.428 17.49 7.845499 0 IMA STANDARD 无限远 5.836295 0EDGE THICKNESS DATA:Surf Edge1 1.5604792 1.4790143 3.7765684 1.7388935 3.181107STO 3.0744047 1.4755968 1.9389819 1.56743310 1.64786811 17.835717IMA 0.000000INDEX OF REFRACTION DATA:Surf Glass Temp Pres 0.486133 0.587562 0.6562730 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.000000001 SSK4A 20.00 1.00 1.62546752 1.61764975 1.614266422 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.000000003 N-SK16 20.00 1.00 1.62755635 1.62040997 1.617271664 F14 20.00 1.00 1.61249349 1.60140055 1.596763175 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.000000006 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.000000007 F14 20.00 1.00 1.61249349 1.60140055 1.596763178 N-SK16 20.00 1.00 1.62755635 1.62040997 1.617271669 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.0000000010 N-SK16 20.00 1.00 1.62755635 1.62040997 1.6172716611 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.0000000012 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000 THERMAL COEFFICIENT OF EXPANSION DATA:Surf Glass TCE *10E-60 0.000000001 SSK4A 6.100000002 0.000000003 N-SK16 6.300000004 F14 7.900000005 0.000000006 0.000000007 F14 7.900000008 N-SK16 6.300000009 0.0000000010 N-SK16 6.3000000011 0.0000000012 0.00000000F/# DATA:F/# calculations consider vignetting factors and ignore surface apertures.Wavelength: 0.486133 0.587562 0.656273 # Field Tan Sag Tan Sag Tan Sag1 0.0000 deg: 3.4999 3.4999 3.4987 3.4987 3.5003 3.50032 3.4400 deg: 3.5059 3.5034 3.5047 3.5022 3.5063 3.50383 4.8600 deg: 3.5115 3.5068 3.5105 3.5056 3.5121 3.50714 5.9600 deg: 3.5169 3.5102 3.5160 3.5090 3.5176 3.5105 CARDINAL 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: -28.009159 28.009159Focal Planes: -5.396361 0.018674Principal Planes: 22.612798 -27.990486Anti-Principal Planes : -33.405520 28.027833Nodal Planes: 22.612798 -27.990486Anti-Nodal Planes: -33.405520 28.027833W = 0.587562 (Primary)Focal Length: -28.000842 28.000876Focal Planes: -5.508010 0.009789Principal Planes: 22.491928 -27.990148Anti-Principal Planes : -33.507947 28.009727Nodal Planes: 22.491928 -27.990148Anti-Nodal Planes: -33.507947 28.009727W = 0.656273Focal Length: -28.011708 28.011708Focal Planes: -5.572853 0.025235Principal Planes: 22.438855 -27.986473Anti-Principal Planes : -33.584560 28.036943Nodal Planes: 22.438855 -27.986473Anti-Nodal Planes: -33.584560 28.0369432.像质指标实际值目标值'= 28f mm28.0008畸变:0.28% ﹤3.5% MTF:100lp/mm 70.29% >30%(轴上) 100lp/mm 66.4% >15%(轴外)3.公差数据分析结果:Analysis of TolerancesUnits are 毫米.Paraxial Focus compensation is on. In this mode, allcompensators are ignored, except paraxial back focus change.WARNING: RAY AIMING IS OFF. Very loose tolerances may not be computed accurately. WARNING: Boundary constraints on compensators are ignored whenusing fast mode or user-defined merit functions.Criteria : RMS Spot Radius in 毫米Mode : SensitivitiesSampling : 3Nominal Criteria : 0.00090019Test Wavelength : 0.6328Fields: Y Symmetric Angle in degrees# X-Field Y-Field Weight VDX VDY VCX VCY1 0.000E+000 0.000E+000 2.000E+000 0.000 0.000 0.000 0.0002 0.000E+000 4.172E+000 1.000E+000 0.000 0.000 0.000 0.0003 0.000E+000 -4.172E+000 1.000E+000 0.000 0.000 0.000 0.0004 0.000E+000 5.960E+000 1.000E+000 0.000 0.000 0.000 0.0005 0.000E+000 -5.960E+000 1.000E+000 0.000 0.000 0.000 0.000 Worst offenders:Type Value Criteria ChangeTIRY 7 -0.200000000 0.020355900 0.019455709TIRY 7 0.200000000 0.020355900 0.019455709TSDY 7 -0.200000000 0.017442564 0.016542373TSDY 7 0.200000000 0.017442564 0.016542373TIRX 7 -0.200000000 0.017321649 0.016421459TIRX 7 0.200000000 0.017321649 0.016421459TIRY 9 -0.200000000 0.016494937 0.015594747TIRY 9 0.200000000 0.016494937 0.015594747TIRX 9 -0.200000000 0.015405686 0.014505496TIRX 9 0.200000000 0.015405686 0.014505496Estimated Performance Changes based upon Root-Sum-Square method: Nominal RMS Spot Radius : 0.000900Estimated change : 0.055470Estimated RMS Spot Radius: 0.056370Compensator Statistics:Change in back focus:Minimum : -1.006356 Maximum : 1.112564 Mean : 0.000982 Standard Deviation : 0.183198Monte Carlo Analysis:Number of trials: 20Initial Statistics: Normal DistributionTrial Criteria Change1 0.010973013 0.0100728222 0.055717068 0.0548168783 0.018735173 0.0178349824 0.014194669 0.0132944785 0.037745158 0.0368449676 0.019405575 0.0185053847 0.032397994 0.0314978048 0.007928807 0.0070286179 0.035414796 0.03451460610 0.028473194 0.02757300411 0.016118938 0.01521874812 0.013851098 0.01295090713 0.043797393 0.04289720314 0.018751552 0.01785136215 0.027123362 0.02622317216 0.026825230 0.02592504017 0.028410049 0.02750985818 0.024295827 0.02339563719 0.022359906 0.02145971520 0.024840539 0.023940348Nominal 0.000900191Best 0.007928807 Trial 8 Worst 0.055717068 Trial 2 Mean 0.025367967 Std Dev 0.011350176Compensator Statistics:Change in back focus:Minimum : -1.962392Maximum : 1.332779Mean : -0.175784Standard Deviation : 0.90742990% <= 0.03774515850% <= 0.02429582710% <= 0.010973013End of Run.Tolerance Data SummaryRadius and Thickness data are in 毫米.Power and Irregularity are in double pass fringes at 0.6328 祄Only spherical and astigmatism irregularity tolerances are listedin the "SURFACE CENTERED TOLERANCES";Zernike irregularity tolerances are listed under "OTHER TOLERANCES".Surface Total Indicator Runout (TIR) are in 毫米.Index and Abbe tolerances are dimensionlessSurface and Element Decenters are in 毫米.Surface and Element Tilts are in degrees.SURFACE CENTERED TOLERANCES:Surf Radius Tol Min Tol Max Power Irreg Thickness Tol Min Tol Max1 17.412 -0.2 0.2 - 0.2 2.21 -0.2 0.22 44.806 -0.2 0.2 - 0.2 0.54 -0.2 0.23 10.871 -0.2 0.2 - 0.2 5.05 -0.2 0.24 Infinity - - 1 0.2 0.87 -0.2 0.25 6.248 -0.2 0.2 - 0.2 4.05 -0.2 0.26 Infinity - - - - 3.71 -0.2 0.27 -6.576 -0.2 0.2 - 0.2 0.84 -0.2 0.28 Infinity - - 1 0.2 2.78 -0.2 0.29 -8.484 -0.2 0.2 - 0.2 0.54 -0.2 0.210 40.196 -0.2 0.2 - 0.2 2.18 -0.2 0.211-22.428 -0.2 0.2 - 0.2 17.49 - -12Infinity - - - - 0 - -SURFACE DECENTER/TILT TOLERANCES:Surf Decenter X Decenter Y Tilt X Tilt Y TIR X TIR Y1 0.2 0.2 - - 0.2 0.22 0.2 0.2 - - 0.2 0.23 0.2 0.2 - - 0.2 0.24 0.2 0.2 - - 0.2 0.25 0.2 0.2 - - 0.2 0.26 - - - - - -7 0.2 0.2 - - 0.2 0.28 0.2 0.2 - - 0.2 0.29 0.2 0.2 - - 0.2 0.210 0.2 0.2 - - 0.2 0.211 0.2 0.2 - - 0.2 0.212 - - - - - - GLASS TOLERANCES:Surf Glass Index Tol Abbe Tol1 SSK4A 0.001 0.551423 N-SK16 0.001 0.603244 F14 0.001 0.382327 F14 0.001 0.382328 N-SK16 0.001 0.6032410 N-SK16 0.001 0.60324ELEMENT TOLERANCES:Ele# Srf1 Srf2 Decenter X Decenter Y Tilt X Tilt Y1 12 0.2 0.2 0.2 0.22 3 5 0.2 0.2 0.2 0.23 7 9 0.2 0.2 0.2 0.24 10 11 0.2 0.2 0.2 0.2二.简易望远镜的组装1.原理图2零件清单零件清单物镜零件名称数量名称数量物镜 2 物镜推杆 2 物镜座 2 卡环 2 物镜压圈 2 物镜盖2目镜零件右目镜座 1 左目镜座 1 右目镜内筒 1 左目镜内筒 1 目镜盖 2 场栏 2 隔圈 2 挡圈 2 视度调节圈 1 目镜套 1 目镜 2棱镜零件上棱镜 2 下棱镜 2 棱镜座 2 压盖 2 隔片 2整体零件镜筒 2 滚珠 4 导向杆 2 小拖板 1 大拖板 1 调焦螺钉 1 调焦螺母 1 铰链螺钉 23.装配3.1目镜的组装(1)装配目镜1.将胶合目镜放在下面,凸面朝上,再放隔圈,将单片目镜放在隔圈上,凸面向下,保证凸面对凸面。
zemax设计 - 三片式照相物镜设计
三片式照相物镜设计
透镜参数：
1.焦距为9mm。
2.相对孔径为1/4。
3.全视场2ω为40度。
4.所有视场在67.5lp/mm处时，MTF>0.3。
5.三个透镜选用的玻璃依次为ZK5，F6，ZK11。
CAD图：
1.系统二维图：
2.系统三维图：
3.点列图：
1）当ω=20度时，系统的慧差较大。
2）从图中可以看到黑色圆圈所包含的点较多，说明能量较为集中。
3）系统的弥散斑半径较小，该系统符合设计要求。
4.MTF曲线
1）当所有视场在67.5lp/mm处时，MTF曲线>0.3。
符合系统设计要求。
2）图中黑色的线为衍射极限，图中其他曲线的走势和衍射极限的走势基本相同，系统较为优秀。
3）S曲线（弧矢曲线）与T曲线（子午曲线）基本重合，说明镜头的像散比较小。
4）图中曲线较为平直，说明边缘与中间一致性较好。
5.光线扇面（Ray Fan）
6.光程差扇形图（OPD Fan）
7.Field Curv/Dist（场曲）
8.点扩散函数PSF
9.包围圆能量曲线
在上图中，曲线较为陡直，且拐弯点较高，说明该系统较好。
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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ABSTRACTBy 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-(1-1> 式中，为垂轴放大率，。
对一般的照相机来说，物距l 都比较大，一般>1M ，f’为几十毫M ，因此像平面靠近焦面，，所以Ⅱ）当物体处于无限远时，→∞像高为y’=<1-2）因此半视场角=atan <1-3） 表1-1中列出了照相物镜的焦距标准：在此的分辨率亦即通常所说的截止频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。
焦距：f’=12mm；原设计要求：1、相对孔径D/f’不小于1/2.8；2、3、图像传感器为1/2.5英寸的CCD，成像面大小为4.29mm×5.76mm；后工作距>6mm4、5、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长>；成像质量，MTF 轴上>40% @100 lp/mm，轴外6、0.707 >35%@100 lp/mm。
最大畸变<1%7、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。
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。