一款照相物镜设计
设计实例zemax设计照相物镜详细过程61页PPT
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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
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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
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>6mm5、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，ll 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lf '=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Nλλu 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。
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；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。
一种三片型照相物镜的设计
I一种三片型照相物镜的设计摘要照相物镜的作用是把外界景物成像在感光底片上，使底片曝光产生景物象。
三片型照相物镜是目前很多照相物镜的基础，很多物镜都是基于三片型照相物镜发展而来的。
三片型照相物镜最初是将两个完全一样凸透镜分别置于一个凹透镜两边，使其总光焦度为零，这样构成对称结构，可以完全消除场曲。
而目前的三片型照相物镜可以由设计者根据基本结构设计自己所需要的物镜。
在照相物镜的设计上，基本都要求的是大视场，所以设计时需要对像差的校正也多一些。
设计所要求的三片型照相物镜的相对孔径D/ f´= 1/4.5，根据光学特性的要求，物镜的视场角2ω=40°，物镜的焦距为f´=100mm。
该次设计的三片型照相物镜是在一般的结构上进行优化设计的。
关键词：照相机，三片型照相物镜，像差，ZemaxII One kind of 3-piece type camera photographic lens designABSTRACTThe role of photographic lens is that take the outside world in the light-sensitive film on the imaging features to create scenes like the film exposure. 3-piece type camera photographic lens is the foundation of a lot of camera photographic lens at present. Many photographic lens development is based on the 3-piece type camera photographic lens. At the first, 3-piece type camera photographic lens is put the two same convex lens on a concave lens side. Make the Total light focal degrees is zero, Constitute a symmetric structures. To completely eliminate the field bending. But the present 3-piece type camera photographic lens by designer according to basic structure design which is needed. In the design of the camera photographic lens, all requests is basically the big field of view. So the design need more correction to the aberration.The design requests objective lens' relative aperture D/ f´ = 1/4.5, according to the optical character request, objective lens' angle of view 2ω=40°, and the focus of the photographic f´=100mm. In this design, the 3-piece type camera photographic lens is carries on the optimized design in the general structure.KEY WORDS：camera, 3-piece type camera photographic lens, Aberration, ZemaxIII目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1 照相机物镜简介 (1)1.1 照相机物镜的历史背景 (1)1.2 照相物镜的特点及发展现状 (4)2 光学系统像质评价 (5)2.1概述 (5)2.2几何像差及其相应校正方法 (5)2.2.1 球差 (5)2.2.2 彗差 (7)2.2.3 像散 (9)2.2.4 场曲 (10)2.2.5 畸变 (11)2.2.6 色差 (122)2.2.7 高级像差 (14)2.3 像差校正的方法 (14)2.3.1像差校正方法 (14)2.3.2怎样使用阻尼最小二乘法程序进行光学设计 (16)3 三片型照相物镜的设计 (17)3.1 三片型照相物镜的结构形式 (17)3.2 应用ZEMAX软件进行设计 (18)3.2.1确定原始系统 (18)3.2.2像差的校正及优化 (23)3.2.3设计最终优化结果 (25)4设计总结 (29)致谢 (30)参考文献 (31)11 照相机物镜简介照相机的光学成像系统是按照几何光学原理设计的，并通过镜头，把景物影像通过光线的直线传播、折射或反射准确地聚焦在像平面上。
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：***学号：*********指导教师：***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 (6)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，ll 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lf '=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Nλλu 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。
照相物镜的设计
一、选择初始结构
首先根据设计要求， 焦距：f’=9.6mm； FNo.<=2.8； 像高：y’=sqrt（5.76^2+4.32^2)/2=3.6mm 视场角：atan（y’/f’）=20.55度 取d、F、C三种色光，d为主波长 我们通过查资料法选择Tessar物镜的结构形式。
标*号处为光阑STO的位置
优化前
优化后
对面型进行优化
我们发现第四面和第五面的光阑交错了，因此加大第四 面的权重再优化。
优化前
优化后
最大畸变<1%
Spot diagram
二、输入初始结构，孔径，波长
输入焦距，视场
Tools—— 以0.707视场为例，
Make Focal
y’=0.707*3.6=2.5452
三、像质评价
引入评价函数Merit Function，选择Default Merit Function，插入一行，用来控制焦距 f’=9.6
接下来除了虚设的光阑平面以外的7个面的曲率都作 为变量加入校正，透镜的厚度和间隔作适当选择，只 把厚透镜的厚度和大的空气间隔作为自变量。
焦距决定成像的大小，相对孔径决定像面照 度，视场决定成像的范围。
照相������ 焦距：f’=9.6mm； ������ 相对孔径D/f’不小于1/2.8； ������ CCD成像面大小为4.32mm×5.76mm； ������ 在可见光波段设计(取d、F、C，d为主波长)； ������ MTF ：轴上>40%@100 lp/mm 轴外0.707 >35%@100 lp/mm ������ 最大畸变<1%
玻璃光学常数不 作自变量使用
输入边缘厚度
由于系统比较复杂，而且不少厚度，间隔作为自变 量使用，因此要加入透镜厚度的边界条件。
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 。
大视场无畸变照相物镜的设计
视场无畸变照相物镜的设计
通常情况下，照相物镜的畸变会随着视场的增大而激剧增大，60度左右的照相物镜畸变可以控制在5%以内，而100度的视场物镜的畸变通常超过20%，在大视场的情况下，为了减小畸变通常采用的方法是加入非球面或者使镜头复杂化来达到畸变减少的目的，本设计就是通过结构复杂化的方法来达到控制畸变的目的，视场在100度时，畸变小于5%，仅供参考。
一、设计规格
视场：100度
畸变：<5%
光学总长：28mm
后工作距：>5mm
相对照度：>75%
F/NO：2.8
半像高：3.5mm
结构：10G（全部球面）
二、光学结构
三、MTF
四、场曲和畸变
五、垂轴色差
六、相对照度。
2014-实验四三片式照相物镜设计
实验四 三片式照相物镜设计 实验目的：⏹ 掌握利用缩放法进行光学设计的基本步骤； ⏹ 掌握玻璃库的使用；⏹ 掌握光学传递函数MIT 对光学系统的表征；⏹ 掌握thickness 的solve type 设置（Marginal Ray Height 和Edge Thickness ）；⏹ 掌握多个操作数进行优化的方法。
实验要求：要求设计一个三片型照相物镜，光学特性要求为： 焦距mm f 100'= 相对孔径 5.4/1/'=f D视场角 402=ω光谱范围： 486nm ，587nm ，656nm ，以587nm 为主波长 根据光学特性和像方焦截距的设计要求，从专利资料中选用了如图1的三片型照相物镜专利。
专利中给出的系统的光学特性为：mm f 240'=，6/1/'=f D ， 322=ω图1 三片式照相物镜参考结构参数如表1所示：表1 结构参数表实验报告基本要求：（1）输入参考镜头的结构参数：镜头数据（lens data editor）、视场（0,4.8,8,11.2,16）、波长和孔径；根据提供的折射率和阿贝数，在玻璃库SCHOTT.AGF选择相应的玻璃牌号；给出初始结构包含玻璃的镜头数据图、视场设置图、波长设置图和孔径设置图；给出参考结构的像差特性曲线：ray fan图、OPD图、点阵图(波长2)、MIT图、单色球差图（波长2）、单色畸变/场曲图（波长2）；（2）计算设计结构和参考结构的缩放因子，并在zemax中进行参数的缩放变换，将视场、波长和孔径设置为设计要求值，其中视场设置为：0,6,10,14,20，给出缩放后的镜头数据图、视场设置图、波长设置图和孔径设置图；（3）玻璃边缘厚度设置：由上图的二维图形可知，玻璃的形状畸形，实际生产中是不现实的，所以对其边缘进行设置。
由二维图形可知，第一块与第三块玻璃得进行设置，所以在Lens Date Editor中第一面与第六面thickness栏右击在Solve Type中选择Edge Thickness，并且在Thickness中输入值0.1。
照相物镜设计实验报告
照相物镜设计实验报告引言照相物镜是照相机中最重要的部分之一，其设计与使用对照片的质量有着重要影响。
本次实验旨在设计一种具有优秀成像性能的照相物镜，并通过实验验证其设计准确性和性能优劣。
实验目的1. 理解照相物镜的工作原理和设计要求；2. 掌握常见的物镜设计方法；3. 通过实验比较不同设计方案的成像质量。
实验设备和方法实验设备1. 光学实验台2. 平行光源3. CCD相机实验方法本次实验采用透镜组设计法，通过依次放置多个透镜组并调整其位置和参数，最终设计出成像质量优秀的照相物镜。
具体步骤如下：1. 确定照相物镜的成像要求，包括焦距、最大光圈和成像质量等；2. 选择初始透镜组并确定其种类和初始参数；3. 根据设计要求，计算并调整第一组透镜的位置和参数，使得光线在物镜中尽可能接近理想成像；4. 依次添加和调整后续透镜组的位置和参数，使得整个物镜达到设计要求；5. 利用光学实验台上的平行光源，将物镜与CCD相机结合，检测和比较不同设计方案的成像质量。
结果与分析经过多次尝试和调整，我们最终设计出了一款具有较好成像性能的照相物镜。
通过与其他常见物镜进行对比实验，我们发现该物镜在分辨率、色彩还原和畸变等方面表现出色。
分辨率我们用实验室提供的标准分辨率测试图像对物镜的分辨能力进行了评估。
结果显示，该物镜在高细节区域的细节还原能力较强，能够清晰地显示出测试图像中的小细节。
这说明该物镜的分辨率较高，适合用于拍摄细节丰富的照片。
色彩还原我们还通过拍摄标准色卡来评估物镜的色彩还原能力。
与其他常见物镜相比，该物镜在还原真实颜色方面表现出色。
标准色卡上的颜色在照片中得到了准确的还原，色彩饱和度和亮度也比较均衡。
这对于摄影师来说是非常重要的，因为一款色彩还原能力好的物镜可以减少后期调色的工作量。
畸变在实验中，我们还注意到该物镜的畸变控制较好。
对于直线拍摄和建筑摄影等场景，没有明显的畸变现象，直线边缘也没有明显的变形。
这对于照片的几何需求来说是非常重要的。
一种三片型照相物镜的设计
一种三片型照相物镜的设计2篇三片型照相物镜是一种常见的光学装置，广泛应用于相机和摄影设备中。
它由三个光学元件组成，包括凸透镜和凹透镜，通过合理的设计和组合，可实现对光线的聚焦和成像。
以下将对三片型照相物镜的设计进行探讨。
首先，三片型照相物镜的设计需要考虑凸透镜和凹透镜的选择和安排。
凸透镜通常用于屏住，它可以使光线发生折射，从而使光线能够在物镜中正常聚焦。
而凹透镜则用于调节物镜的聚焦点位置，通过改变凹透镜的曲率，可以实现对成像的调整。
因此，在设计过程中，需要根据实际需要选择合适的凸透镜和凹透镜，并将它们安排在适当的位置。
其次，在三片型照相物镜的设计中，还需要考虑光线的折射和反射问题。
由于光线在不同介质中的传播速度不同，当光线从一个介质射入另一个介质时，会发生折射现象。
因此，在选择凸透镜和凹透镜的材料时，需要考虑它们的折射率，以确保光线能够正常折射和聚焦。
此外，由于光线的传播过程中会存在反射损失，因此还需要进行适当的镀膜处理，以减少反射损失，提高成像质量。
最后，在三片型照相物镜的设计中，还需要考虑光学系统的整体结构和参数。
其中，最重要的参数之一是焦距，它决定了物镜的聚焦能力和成像清晰度。
因此，在选择凸透镜和凹透镜的曲率和位置时，需要根据焦距的要求进行合理的调整。
此外，还需要考虑物镜的口径和视场角，以及光学系统的直径和长度等参数，以满足不同需求下的拍摄要求。
总的来说，三片型照相物镜的设计是一个综合考虑多个因素的过程。
通过合理选择和组合凸透镜和凹透镜，考虑光线的折射和反射问题，以及确定合适的结构和参数，可以实现高质量的成像效果。
因此，在实际应用中，设计师需要根据具体需求进行调整和优化，以获得满意的成像效果。
照相物镜设计
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[]167。
四、设计要求
设计一照相物镜,其相关技术要求为[1]238:
焦距 ;相对孔径 ;视场角 。
系统畸变<2%;空间频率为40lp/mm时,传递函数MTF ≥ 0.4。
五、外形尺寸计算
由于照相物镜结构比较复杂，而且它们的结构主要是由高级相差决定的，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，通过相差计算逐步进行修改，达到满足要求的光学特性和成像质量[2]176。
空间频率为40lpmm时传递函数mtf外形尺寸计算由于照相物镜结构比较复杂而且它们的结构主要是由高级相差决定的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通过相差计算逐步进行修改达到满足要求的光学特性和成像质量2176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
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 =40º左右)的物镜中相对孔径最先达到1/2的物镜[]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。
照相机物镜设计
照相机物镜设计摘要：在照相机中，其镜头就是它的眼睛，镜头的分辨率和精度直接影响照相机摄像的图像质量。
为了能够提高镜头的作用效果，我们创造了设计光学仪器的仿真软件。
在仿真中我们可以通过自动计算出的像差来进行对仪器参数的微调优化，最后得到符合设计要求的光学仪器。
另外，用仿真软件设计光学仪器既减少了人力计算结构参数时的误差也降低了设计难度。
本论文是设计一个入瞳直径：26Dmm；物镜焦距：55mm；半视场角：20o；的照相物镜，我开始准备设计一个三片式分离照相物镜。
但是在设计中途发现三片式分离照相物镜的光学传递函数（FTM）图像始终不能优化到设计要求，查阅资料后发现相对孔径过大，导致三片式分离照相物镜不能得到要求。
于是我又采用了双高斯物镜进行设计，设计总体分两部进行，先计算出外形尺寸，再采用ZEMAX仿真的方法，通过一系列优化的光学设计手段，得出满足设计要求的三片分离式照相物镜的具体参数的过程与结果。
关键词：ZEMAX；三片分离式；双高斯；光学设计Camera objective designAbstract: in camera, its lens is its eyes, the resolution and precision of lens directly affect the image quality of camera. In order to improve the effect of lens, we created a simulation software for designing optical instruments. In the simulation we can optimize the parameters of the instrument by calculating the aberration automatically and finally get the optical instrument which meets the design requirements. In addition, the design of optical instrument with simulation software not only reduces the error when calculating the structural parameters by manpower, but also reduces the design difficulty.In this paper, we design a lens with a diameter of: 26Dmm; objective lens: 5mm; half-field angle: 20o. I began to design a three-slice camera lens. However, in the middle of the design, it was found that the optical transfer function (FTM) image of the three-slice camera lens could not be optimized to the design requirements, and the relative aperture was found to be too large after consulting the data, which led to the failure of the request for the three-slice separated photographic objective lens. So I used double Gao Si objective lens to design, the overall design is divided into two parts, first calculate the size of the shape, then use the ZEMAX simulation method, through a series of optimized optical settings The process and result of the specific parameters of the three - chip separating photographic objective lens which meet the design requirements are obtained .Keywords：ZEMAX, Three-piece separation, Double Gauss, Optical design目录目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (2)1.1 选题的目的和意义 (2)1.2 照相机基本结构 (2)1.3 国内外研究现状 (3)1.4 本章小结 (4)2 仿真软件的使用和像差分析 (5)2.1 仿真软件的选用 (5)2.2 ZEMAX的使用方法 (5)2.3 像差分析 (7)2.4 本章小结 (7)3 照相机物镜设计仿真模拟 (8)3.1 照相机的外形尺寸计算 (8)3.2 ZEMAX设计过程 (9)3.3 系统优化 (13)3.4 本章小结 (17)总结 (18)参考文献 (19)致谢 (20)附录A (21)1 绪论1.1 选题的目的和意义科学技术的快速发展，使得光学仪器踏入了社会各个领域。
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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Nλλ 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。
二、确定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。
原设计要求：①焦距：f’=12mm②相对孔径：D/f=1/2.8③成像质量：MTF 轴上>40%@100 lp/mm，轴外0.707>35%@100lp/mm④弥散斑<0.05mm⑤最大畸变<1%⑥在可见光波段(取d、F、C三种色光，d为主波长) lp/mm。
⑦最大畸变<1%初始参数见下图图1、初始数据将参数输入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。
输入图1初始参数，设置相对孔径值和波段以及视场图2、设置相对孔径值图3、设置波长图4、设置视场角输入焦距为12mm图5、焦距到这里，初始结构及其参数已经完成。
初始Layout三、用ZEMAX优化像质评价报告图：优化前Ray Fan如图6图6、优化前Ray Fan优化前Opd Fan 如图、7图7、优化前Opd Fan优化前Spt 如图8图8、优化前Spt优化前Mtf 如图9图9、优化前Mtf优化前场曲和畸变如图10图10、优化前场曲和畸变经分析，像质不够好，有待进一步优化。
将透镜的曲率半径和厚度作为优化变量，通过优化曲率半径和厚度来提高像质。
观察赛德尔系数，发现镜面1，3，4，6，7是赛德尔数影响大的面，将这些面的曲率半径设为变量，优先优化。
图11、赛德尔系数将1、3，4，6，7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。
图12、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。
优化后镜头数据如图13图13、优化后镜头数据优化后Ray Fan 如图图14、优化后Ray Fan优化后Opd Fan 如图15图15、优化后Opd Fan优化后Spt如图16图16、优化后Spt优化后Mtf如图17图17、优化后Mtf优化后Lay 如图18图18、优化后Lay优化后场曲和畸变如图19图19、优化后场曲和畸变四、结论照相物镜可以先从它的半部系统着手，这时只需要考虑校正半部系统的球差、像散、场曲、位置色差这四类轴向象差，全对称合成后，其垂轴色差自动相消。
对于半部系统，采用厚透镜校正象差弯曲系数ⅣS ，用加无光焦度双薄透镜校正球差系数ⅠS ，用选取孔径光阑位置校正像散系数ⅢS ，再在厚透镜中加消色散胶合面的办法，校正位置色差系数ⅠC 。
计算出初始结构参数后，通过软件进行调试优化。
选取透镜的曲率半径和厚度作为优化变量。
调试优化直至各参数满足设计要求。
五、心得体会光学设计课程设计结束了，通过这次课程设计，我深深体会到“纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行”这句千古名言的真正含义。
就说论文的编写吧，各种公式的录入和各种图形的绘画，都是在这次的课程设计中学习的。
通过这次的课程设计，我认识到了学习是始终伴随自己的，从开始的对ZEMAX 的一窍不通，到现在能基本用它完成简单光学系统的设计优化。
从开始不知道怎么使用VISIO 作图，到现在能使用其作出相关的图形。
当然，各种软件功能都及其庞大，但是，认识到边学边用后，自己便能在以后的工作和学习生活中更加从容一些。
在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在设计过程中，和同学们相互探讨，相互学习。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。
我努力做了，虽然不是很完美，但自己也收获了些东西，相信自己会从中受益。
学无止境，今后会更加努力。
六、参考文献1、刘钧、高明·《光学设计》·西安电子科技大学出版社·西安·20062、《光学仪器设计手册》·国防科技出版社·北京·19713、光学设计软件ZEMAX4、张以谟·应用光学·机械工业出版社·北京·19825、王之江·实用光学技术手册·机械工业出版城·20066、光学仪器设计手册·国坊工业出版社·北京·1971光学软件课程设计成绩评定表。