光学设计照相物镜的设计

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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。

（3）在ZEMAX中进行优化初始结构完成后的原始结构及M TF 曲线利用ZEMAX得到初始结构的MTF曲线（如上图所示）可看出成像质量很差, 因此需要校正像差。

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, 插入五行然后在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。

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。

光学设计显微镜物镜设计

光学设计显微镜物镜设计光学设计是指利用光学原理和光学材料，设计出满足特定需求的光学系统。

而显微镜物镜作为显微镜的核心部件，是用于放大微小物体的光学组件。

通过对物镜的设计，可以实现对微观世界的观察和研究。

接下来，将详细介绍显微镜物镜的设计过程。

首先，在显微镜物镜设计的初期，需要明确设计的需求和目标。

这包括对物镜的放大倍数、视场、分辨率和透光率等指标的要求。

根据这些要求，可以开始进行物镜的设计。

物镜的设计通常包括两个步骤，分别是初选和优化。

在初选阶段，需要选择合适的透镜片数量、厚度、曲率和材料等。

这里需要考虑的因素包括成像质量、透光率和制造成本等。

通过初选，可以得到一个初始的物镜设计方案。

在优化阶段，需要使用光学设计软件进行模拟和分析。

可以通过改变透镜片参数和位置，优化物镜的性能。

在这个过程中，通常会使用像差理论进行分析，以提高成像的质量并降低各种像差的影响。

常见的像差包括球差、像散、畸变、像场曲率和像散等。

球差是由于透镜片曲率不同导致的成像模糊；像散是由于透镜片折射率不同导致的彩色像差；畸变是由于透镜片厚度不同导致的形变；像场曲率是由于透镜片间距不同导致的焦距变化；像散是由于透镜片曲率不同导致的图像模糊等。

通过优化设计，可以降低这些像差的影响，提高物镜的成像质量。

在优化设计中，还需要考虑透光率的问题。

透光率是透过透镜片的光线的比例，透光率越高，则损耗的光线越少，成像质量越好。

透光率的提高需要选择透光率高的光学材料，并且优化透镜片的形状和厚度等参数。

在物镜设计完成后，需要进行实验验证。

通过制造和测试样品物镜，可以验证设计方案的可行性和性能。

实验中，需要使用光学设备来测试物镜的成像质量、透光率和像差等指标。

根据实验结果，可以对设计方案进行进一步的优化和改进。

总结而言，显微镜物镜设计是一个复杂的过程，需要充分考虑成像质量、透光率和制造成本等多个因素。

通过合理的优化和设计，可以获得满足要求的物镜，实现对微观世界的观察和研究。

光学设计第16章显微镜物镜设计

光学设计第16章显微镜物镜设计在显微镜中，物镜是显微镜的一个重要组成部分，它决定了显微镜的分辨率和放大倍数。

物镜设计的优劣直接影响显微镜的成像效果。

本章将重点介绍显微镜物镜的设计原理和常见的设计方法。

1.物镜设计原理物镜是显微镜中用于放大样品的光学元件，主要由凸透镜和凹面镜组成。

通过透镜的折射和反射，物镜能够将样品的细节放大并投射到目镜上。

物镜的设计目标是实现高分辨率和高放大倍数。

分辨率决定了物镜能够显示的最小细节，而放大倍数则决定了物镜能够放大的程度。

为了实现高分辨率，物镜需要具有较小的焦距和较高的数值孔径。

而为了实现高放大倍数，物镜需要具有较长的焦距和适当的放大倍数。

2.物镜设计方法物镜设计的一般步骤如下：1)确定显微镜的要求：首先需要确定显微镜的分辨率和放大倍数要求，以及工作距离等参数。

2)选择初设参数：根据显微镜的要求和已知条件，选择合适的初设参数，例如放大倍数和镜片曲率半径。

3)初设设计：根据选择的初设参数，在设计软件中建立物镜的初设模型，并对其进行光学评估。

根据评估结果，对初设模型进行调整和优化。

4)优化设计：通过光机设计软件对初设模型进行优化，使得物镜的性能达到要求。

优化的方式可以是参数优化、智能优化或复合优化等。

5)光机制造：根据优化的设计结果，进行物镜的光机制造。

这包括选择合适的材料和成型方式，以及进行镀膜和组装等工艺过程。

6)测试验证：利用测量仪器对物镜的性能进行测试和验证。

这包括分辨率测试、光学畸变测试和像差测试等。

7)调整优化：根据测试结果，对物镜进行调整和优化，以达到设计要求。

3.物镜设计的注意事项在进行物镜设计时，需要注意以下几个方面：1)数值孔径的选择：数值孔径是物镜中一个重要的参数，它决定了物镜的分辨率和光通量。

因此，在物镜设计中需要根据实际需求选择合适的数值孔径。

2)焦距的选择：焦距决定了物镜的放大倍数和工作距离。

较长的焦距可以实现较高的放大倍数，但也会增加工作距离。

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。

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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光学设计-第18章--摄影和投影物镜设计

第十八章摄影和投影物镜设计摄影物镜通常是指照相机、电影和电视摄像机中的镜头。

摄影物镜的作用是把外界的景物成像在感光胶片、电荷耦合器件(CCD)等接收器上。

胶片、CCD 以及其他接收器的尺寸通常比外界景物小得多，因此，摄影物镜是使物体缩小成像的。

另外，摄影物镜的焦距通常在几毫米到几百毫米之间，而要拍摄的外界景物与摄影物镜的距离跟物镜的焦距相比是相当大的。

当物距大于焦距的⨯30以上时就可视为无穷远成像。

在绝大多数情况下，外界景物是大于这个距离的，因此摄影物镜可视为对无穷远目标成像。

还有一类物镜，它与摄影物镜相反，是把记录在胶片或其他介质中的图样或图像放大成像到屏幕上，这类物镜称之为投影物镜或放映物镜，电影放映物镜就是其中典型的例子。

除普通照相物镜外，摄影物镜还包括用于航空测量和空中侦察的航空照相物镜、把实物和画面用照相腐蚀方法制成印刷用版的制版物镜等。

§1 摄影物镜的光学性能决定摄影物镜光学特性的参数有三个：焦距/f ，相对孔径/f D ，视场ω2。

1 焦距摄影物镜的焦距/f ，决定了物体所成像的大小，或者说决定了照片上的像与实际物体之间的比例。

用不同焦距的摄影物镜对同一位置的某物体进行摄影，焦距大者，所拍摄得的像也大。

这可以从放大率公式看出， xf x f y y //=-==β 可知当/f 大时，垂轴放大率大，即得到比较大的像。

实际上由于摄影物镜的物距一般情况下都很大，可按物在无限远考虑，此时成像于焦面上，则有： ωtg f y ⋅-=//可见，对一定大小的物体，像的大小和物镜的焦距成正比，对于远距离摄影和航空摄影，若利用普通短焦距照相物镜，由于成像比例小，所成像太小，难以辨认目标，这时需用长焦距物镜，焦距可达1米以上。

由于摄影物镜用途不同，焦距范围也不一致。

普通用照相机焦距多在mm 100以下。

#135相机的常用镜头焦距为mm 35，#120相机常用镜头焦距为mm 75。

2 视场摄影物镜的视场ω2，决定了所拍摄的物空间范围。

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。

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。

光学设计显微镜物镜设计

光学设计显微镜物镜设计光学设计是一门研究光的传输和控制的学科，它具有广泛的应用领域，其中之一就是显微镜物镜设计。

显微镜物镜是显微镜的核心部件，用来放大被观察样品的细节，因此它的设计和性能对于显微镜的成像质量、分辨率和放大倍数具有重要影响。

在显微镜物镜的设计过程中，首先需要确定物镜的放大倍数和目标分辨率。

放大倍数决定了显微镜观察的细节程度，而目标分辨率指的是物镜能够分辨的最小细节大小。

接下来，设计师需要选择适当的物镜类型和结构。

常见的物镜类型包括简单透镜物镜和复合物镜。

简单透镜物镜由一个或多个透镜组成，通常具有较低的成本和较简单的结构。

复合物镜则是由多个透镜组成，通过调整透镜的参数和位置，可以提高物镜的性能和成像质量。

在物镜的设计中，焦距是一个重要的参数，它决定了物镜的放大倍数。

设计师可以通过调整透镜的曲率和位置，来控制焦距的大小。

另外，物镜的孔径也是一个重要的参数。

孔径指的是物镜的光圈直径，它决定了物镜的分辨率和光通量。

通过增大物镜的孔径，可以提高其分辨率和透光能力，但也会增加成本和制造难度。

除了焦距和孔径，设计师还需要考虑其他一些参数，如色差、球差和像差。

色差是指物镜在不同波长下成像位置不一致的现象，可以通过使用具有不同折射率的玻璃片组成复合透镜来纠正。

球差是指球面像差，它会导致像场的非均匀性，可以通过调整透镜的曲率来纠正。

像差是指成像时产生的其他畸变，如畸变、像差等，可以通过优化透镜的形状和位置来纠正。

在物镜设计的过程中，设计师通常会使用光学设计软件来模拟并优化物镜的性能和成像质量。

通过对不同参数的调整和优化，设计师可以获得最佳的物镜设计方案。

总之，显微镜物镜设计是一项复杂而重要的任务。

通过合理选择物镜类型、调整透镜参数和优化设计方案，可以实现显微镜成像质量的提高和分辨率的增加。

这将有助于科学研究和实验分析，为人们提供更准确、更清晰的显微观察结果。

照相物镜的设计

轴外0.707 >35%@100 lp/mm

最大畸变<1%
第三页
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。
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。
第九页
玻璃光学常数不
作自变量使用
第十页
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。
第一面的边缘厚度大于1，小于3；
照相物镜的设计
第一页
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。
第二页
照相物镜设计实例
❖
照相物镜的技术指标要求：

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
第四页
标*号处为光阑STO的位置
第五页
二、输入初始结构，孔径，波长
第六页Biblioteka 输入焦距，视场Tools——
Make Focal
以0.707视场为例，
y’=0.707*3.6=2.5452

光学设计第15章望远镜物镜设计

光学设计第15章望远镜物镜设计
望远镜物镜设计是一项精密的工作，是将光学原理与望远镜外观结合在一起，使用光学工程原理来设计最优的物镜结构的过程，让望远镜具有较高的光学性能。

望远镜物镜设计包括光学系统设计、光学稳定性设计、光学像质设计和光学布线设计等。

1、光学系统设计
光学系统设计是望远镜物镜设计的核心，它是优化物镜结构的过程，也是物镜设计的核心技术和理论支持。

它的设计考虑的因素包括成像系统的像质、失焦量、像面形状、距离等，以及物镜安装的功能及望远镜构型的要求等，实质上是用合理的光学聚焦来形成良好的成像系统。

2、光学稳定性设计
光学稳定性设计是望远镜物镜设计的重要内容，其目的是确保望远镜物镜在使用中能够保持稳定的聚焦状态。

物镜设计时，需要设计出可以确保望远镜物镜准确定位和具有良好的抗斜杆联动性的结构。

3、光学像质设计
光学像质设计是望远镜物镜设计的重要方面，主要目的是保证望远镜能够获得清晰、高质量的观测图像。

物镜设计时，需要考虑图像质量，而光学设计则是对图像质量的关键保证。

Zemax光学设计：一个180mm单反相机物镜的设计参考

Zemax光学设计：一个180mm单反相机物镜的设计参考
引言：
在观察远处目标时，为了获得较大的放大率，就得使用长焦距物镜。

若同时要求结构紧凑，就必须采用远摄型设计，此时光学系统的总长小于焦距，即远摄比γ＜1。

单反相机的180mm标准物镜，该系统由9个镜片组成，视场角ω=6.8°，光圈F=2.8，线视场y`=21.5mm，与135胶片的半对角线一致。

（该设计参考《近代光学系统设计概论》）
设计仿真：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“Paraxial Working F/#”，并根据设计要求输入“2.8”；
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0.486um、0.5876um和0.656um共3个波长，如下图：
查看LDE：
2D Layout：
上图中，前组、后组的界限已不清晰。

第一组正透镜采用双分离，不但可以减小剩余带球差，也可以诱导出球差的高级分量。

查看点列图：
查看球差-色差曲线：
尽管相对孔径不小，但各孔径的球差均控制在0.2mm以内，像质好。

查看畸变：
由于视场角不大，畸变也较小。

光学设计三分离物镜概要

燕山大学课程设计说明书题目：照相物镜设计学院（系）：电气工程学院年级专业：仪表二班学号：学生姓名：指导教师：王志斌教师职称：副教授燕山大学课程设计（论文）任务书2013年 7 月 10 日目录一、引言 (4)二、设计过程 (4)2.1初始结构的选择 (5)2.2输入参数和缩放 (6)2.3在ZEMAX中进行优化 (9)2.4优化结果 (12)三、心得体会 (15)四、参考文献 (16)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，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 '=βⅡ）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：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。

光学设计显微镜物镜设计

第十六章显微镜物镜设计显微镜是用来帮助人眼观察近距离细小目标的一种目视光学仪器，它由物镜和目镜组合而成。

显微镜物镜的作用是把被观察的物体放大为一个实像、位在目镜的焦面上，然后通过目镜成像在无限远，供人眼观察。

在一架显微镜上，通常都配有若干个不同倍率的物镜目镜供互换使用。

为了保证物镜的互换性，要求不同倍率的显微镜物镜的共轭距离（物平面到像平面的距离）相等。

各国生产的通用显微镜物镜的共轭距离大约为190mm左右，我国规定为195mm。

如图16-1所示。

可见，显微镜物镜的倍率越高，焦距越短。

还有一种被称为“无限筒长”的显微镜物镜，被观察物体通过物镜以后，成像在无限远，在物镜的后面，另有一个固定不变的筒镜透镜，再把像成在目镜的焦面上，如图16-2所示。

筒镜透镜的焦距，我国规定为250mm。

物镜的倍率按与筒镜透镜的组合倍率计算为：250图16—2无限筒长显微镜系统§1显微镜物镜的光学特性一显微镜物镜的倍率显微镜物镜的倍率是指物镜的垂轴放大率。

由于显微镜是实物成实像，因此为负值，但一般用的绝对值代表物镜的倍率。

在共轭距L一定的条件下，与物镜的焦距存在以下关系：物2L(1)对于无限筒长的显微镜的物镜，其焦距与倍率之间的关系为:250物式中，为负值。

无论是有限筒长，还是无限筒长的显微镜的物镜，倍率的绝对值越大，焦距f物越短。

所以，实际上，物镜的倍率决定了物镜的焦距。

因此，显微镜物镜的焦距一般比望远镜物镜的焦距短得多。

焦距短是显微镜物镜光学特性的一个特点。

二显微镜物镜的数值孔径数值孔径NAnsinU，是显微镜物镜最主要的光学特性，它决定了物镜的衍射分辨率，根据显微镜物镜衍射分辨率的计算公式：0.61NA公式中，代表显微镜物镜能分辨的最小物点间隔；为光的波长，对目视光学仪器来说，取平均波长0.0005mm500nm；NA为物镜的数值孔径。

因此要提高显微镜物镜的分辨率，必须增大数值孔径NA。

显微镜物镜的倍率、数值孔径NA、显微镜目镜的焦距f目与系统出射光瞳直径D/之间满足以下关系：/NANA250Df s=目式中，目为目镜的视放大率。