光学设计三分离物镜
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。
工程光学三片型照相物镜的结构参数计算课件
选择适合的光学材料，满足镜头的光学性能和机 械强度的要求。
镜片加工
优化镜片的加工工艺，提高镜头的加工精度和装 配精度，减小镜头的误差。
加工与装配的考虑因素
镜片研磨与抛光
根据镜片材料和光学设计的要求，选择合适的研磨和抛光工艺， 提高镜片的表面质量和光学性能。
装配精度
提高镜头的装配精度，减小装配误差对镜头性能的影响。
工程光学三片型照相 物镜的结构参数计算 课件
目录
CONTENTS
• 工程光学基础知识 • 三片型照相物镜的结构 • 三片型照相物镜的结构参数计算 • 三片型照相物镜的设计优化 • 三片型照相物镜的应用实例
01
工程光学基础知识
工程光学的基本概念
01
02
03
光的本质
光是一种电磁波，具有波 粒二象性。
量的要求。
视场角的计算
视场角
照相物镜能够接收到的景物范围 的角度，是衡量照相物镜视野宽 度的指标。视场角越大，视野越
宽。
计算公式
视场角 = $frac{2 times arctan(frac{W}{2f})}{W/f}$，其中 $W$为视场宽度，$f$为焦距。
注意事项
视场角的计算需要考虑透镜的形状 、焦距等因素，以及成像质量的要 求。在计算过程中，还需要注意单 位的统一。
的分辨率和清晰度。
结构参数计算
望远物镜的结构参数与摄影物镜类似，但还需要考虑视场角、工 作距离等因素。这些参数的计算对于望远观测的效果至关重要。
优化设计
在望远物镜的设计过程中，同样需要不断优化结构参数，以提高 望远观测的效果。这需要综合考虑光学性能、机械加工和成本等
因素。
THANKS
三片分离式照相物镜优化设计
三片分离式照相物镜优化设计集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-三片分离式照相物镜的优化设计(1)光学特性：f ’=12mm,D/f ’=1/3.5,2w=40° （2）像质主要以调制传递函数MTF 衡量，具体要求是： 全视场在50lp/mm 处，MTF>0.4。
任务：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Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为 y ’=ωtan 'f 因此半视场角ω=actan''f y 下表中列出了照相物镜的焦距标准：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。
三分离望远物镜的设计
燕山大学课程设计说明书题目:三分离望远物镜的设计学院（系）：电气工程学院年级专业： 09级仪表1班学号：学生姓名：指导教师：教师职称：副教授电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：光学仪器基础课程设计说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。
2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。
电气工程学院教务科燕山大学课程设计评审意见表摘要望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。
利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。
又称“千里镜”。
望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。
望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼，使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。
随着科学技术的发展光学仪器已普遍应用在社会的各个领域。
我们知道，光学仪器的核心部分是光学系统。
然而一个高质量的成像光学系统是要好的光学设计来实现的，所以说，光学设计是实现各种光学仪器的基础。
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。
关键字：望远镜三分离物镜ZEMAX 缩放法目录第一章光学概述 (3)第二章ZEMAX软件介绍 (4)第三章缩放法的简介 (4)第四章初始结构的参数及曲线 (5)第五章优化后的光学系统参数及曲线 (11)第六章学习心得 (13)第七章参考文献 (13)第一章光学概述光学(optics)是研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。
望远镜系统课设
1.引言1.1 设计背景现代科学技术中，以典型精密透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部件的大口径光电系统的应用越来越广泛。
光学系统设计就是了解光学现象产生的条件，观察实验现象，将理论知识形象化、具体化，启迪思维，激发创造的过程。
在不考虑衍射效应的情况下，通过测量光学参数，掌握基本光学实验技术和技巧，根据使用条件，来决定满足使用要求的各种数据，决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构参数等。
即根据高斯公式、牛顿公式等对望远镜的外形尺寸等参数的基本计算、像差的设计以及转像系统的设计。
设计符合课程要求的开普勒式望远镜。
光学课程设计过程分为四个阶段：外形尺寸的计算、初始结构计算、像差的校正和平衡以及成像质量评价。
了解光学系统的光学特性、光学系统的设计过程。
初级像差理论与像差的校正和平衡方法，像质评价与像差公差，光学系统结构参数的求解方法。
望远镜物镜的设计特点、常常用目镜的形式和相差分析。
望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学器件，能把远处的物体很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变得清晰可辨。
所以，望远镜是天文和地面观测不可或缺的工具。
它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行出射的光学系统。
1.2 设计目的设计目的及意义：运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转向系统的简易或设计原理。
了解光学设计中的PW法基本原理2.望远镜介绍2.1 望远镜种类广义上的望远镜不仅仅包括工作在可见光波段的光学望远镜，还包括射电，红外，紫外，X射线，甚至γ射线望远镜。
我们探讨的只限于光学望远镜。
根据物镜的种类可以分为三种：①折射望远镜折射望远镜的物镜由透镜或透镜组组成。
早期物镜为单片结构，色差和球差严重，使得观看到的天体带有彩色的光斑。
为了减少色差，人们拼命增大物镜的焦距。
直到19世纪末，人们发明了由两块折射率不同的玻璃分别制成凸透镜和凹透镜，再组合起来的复合消色差物镜，才使得这场长度竞赛得到终止。
光学课程设计望远镜系统结构设计.docx
光学课程设计望远镜系统结构设计姓名：学号：班级：指导老师:、设计题目：光学课程设计设计目的：运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上, 完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。
了解光学设计中的PV法基本原理。
二、设计原理:光学望远镜是最常用的助视光学仪器，常被组合在其它光学仪器中。
为了观察远处的物体，所用的光学仪器就是望远镜,望远镜的光学系统简称望远系统•望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。
所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。
它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统•其系统由物镜和目镜组成，当观察远处物体时，物镜的像方焦距和目镜的物方焦距重合，光学间距为零•在观察有限远的物体时，其光学间距是一个不为零的小数量，- 般情况下，可以认为望远镜是由光学间距为零的物镜和目镜组成的无焦系统常见望远镜按结构可简单分为伽利略望远镜，开普勒望远镜，和牛顿式望远镜。
常见的望远镜大多是开普勒结构，既目镜和物镜都是凸透镜（组），这种望远镜结构导致成像是倒立的，所以在中间还有正像系统。
上图为开普勒式望远镜，折射式望远镜的一种。
物镜组也为凸透镜形式，但目镜组是凸透镜形式。
为了成正立的像，采用这种设计的某些折射式望远镜，特别是多数双筒望远镜在光路中增加了转像稜镜系统。
此外，几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开普勒式。
伽利略望远镜是以会聚透镜作为物镜、发散透镜作为目镜的望远镜（会聚透镜的焦距要大于发散透镜的焦距），当远处的物体通远物镜（u>2f ）在物镜后面成一个倒立缩小的实像，而这个象一个要让它成现在发散透镜（目镜）的后面即靠近眼睛这一边，当光线通过发散透镜时，人就能看到一个正立缩小的虚象。
伽利略望远镜的优点是结构紧凑，筒长较短，较为轻便，光能损失少，并且使物体呈正立的像，这是作为普通观察仪器所必需的。
工程光学课程设计
课程设计说明书课程设计名称：工程光学课程设计课程设计题目：三片式数码物镜的优化设计学院名称：理学院专业班级：光电信息科学与工程激光一班学生学号：1409090119学生姓名：夏志高学生成绩：指导教师：梁春雷课程设计时间：2016/06/27 至2016/07/03课程设计任务书一、课程设计的任务和基本要求1．查阅相关资料，光学设计的基本概念、光学玻璃的相关知识和软件的使用。
2．学习各种像差的基本概念、描述及评价方法，掌握近轴光线追迹公式。
3．本课题要求设计出一个三片式数码照相物镜，要求的光学特性为：mm f 6='，41='f D , 502=ω；像质主要以调制传递函数MTF 衡量，具体要求是对于低频(17lp/mm)，视场中心的MTF ≥0.9，视场边缘的MTF ≥0.80；对于高频(51lp/mm)，视场中心的MTF ≥0.3，视场边缘的MTF ≥0.20，另外，最大相对畸变dist ≤4%。
该物镜对d 光校正单色像差，对F 、C 光为校正色差。
4．学习使用ZEMAX 进行数据录入和报表输出，分析各种初级像差并设置优化函数；设计三片式数码照相物镜并优化，对像差做简单的分析之后，撰写课程设计论文。
5．课题设计(论文)难度适中，工作努力，遵守纪律，工作作风严谨务实，按期圆满完成规定的任务。
6．综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文(设计)结果有一定的参考价值。
二、进度安排1．6月27日：了解光学设计的基本概念、光学玻璃的相关知识和软件的使用。
以单透镜的设计为例学习数据的录入，基本概念和设计思想在软件中的实现，初步掌握ZEMAX 的分析工具和数据含义及输出。
2．6月28日至6月29日：学习各种像差的基本概念、描述及评价方法，掌握近轴光线追迹公式。
3．6月30日：学习查找文献资料，选择合适的数码物镜初始结构，用缩放法进行缩放，缓慢调整有关参数并优化，并最终得到比较好的设计参数。
三片分离式照相物镜优化设计
三片分离式照相物镜优化设计The latest revision on November 22, 2020三片分离式照相物镜的优化设计(1)光学特性：f ’=12mm,D/f ’=1/3.5,2w=40°（2）像质主要以调制传递函数MTF 衡量，具体要求是：全视场在50lp/mm 处，MTF>0.4。
任务：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y ’=ωtan 'f因此半视场角 ω=actan ''f y 下表中列出了照相物镜的焦距标准：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。
三镜原理的四种应用和图示
三镜原理的四种应用和图示
1. 显微镜
•显微镜是一种利用光学原理来放大微小物体的仪器，其中使用了三镜原理来实现高倍率的放大效果。
•三镜原理在显微镜中的应用方式是通过将光线分别经过两个凸透镜和一个凹透镜，使得被观察物体放大数倍。
2. 望远镜
•望远镜是一种观察远距离物体的设备，其中的望远镜也使用了三镜原理来实现放大效果。
•在望远镜中，光线首先经过一个凹透镜收集，并被一个凸透镜放大，最后通过一个凸透镜进一步放大，从而实现对远距离物体的观察。
3. 照相机
•在照相机中，三镜原理被应用于相机镜头的设计，以实现对被摄体的放大和成像。
•光线首先通过一个凹透镜被聚焦，然后经过一个凸透镜进行进一步放大和成像，最后通过光敏芯片记录成像结果。
4. 投影仪
•投影仪是一种将图像放大并投射到屏幕上的设备，其中也应用了三镜原理。
•在投影仪中，光线首先经过一个凸透镜被聚焦，然后通过一个凹透镜进行进一步放大，最后通过透镜来将图像投射在屏幕上。
以上是三镜原理在四种常见设备中的应用方式。
通过三镜原理，这些设备能够
实现对物体的有效放大和成像，从而在各自的领域中发挥重要作用。
在图示方面，由于不能插入图片内容，请自行参考网络上与三镜原理相关的图
示来加深对其原理的理解。
可以搜索关键词“三镜原理图示”来获取相关的图示资料。
总结起来，三镜原理在显微镜、望远镜、照相机和投影仪等设备中都发挥了重
要的作用，通过将光线经过多个透镜的处理，实现对物体的有效放大和成像。
这些设备的应用在科学研究、观察和记录等领域起到了关键作用。
光学设计报告
光学课程设计——望远镜系统结构设计班级：姓名：学号：指导老师：设计目的及要求：运用应用光学知识，在了解望远镜工作原理的基础的上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计，光路设计，了解望远镜的基本光学性能参数及其计算，并根据设计计算出适当光学性能参数使望远镜达到最佳的工作状态。
了解光学设计中的PW法基本原理，光栅的作用及应用。
设计过程：望远镜外形尺寸的设计；开普勒式望远镜系统的结构，原理及其光路图：开普勒式望远镜，折射式望远镜的一种。
物镜组也为凸透镜形式，但目镜组是凸透镜形式。
这种望远镜成像是上下左右颠倒的，但视场可以设计的较大，最早由德国科学家开普勒（JohannesKepler）于1611年发明。
望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。
开普勒式原理由两个凸透镜构成，由于两者之间有一个实像，可方便的安装分划板（安装在目镜焦平面处），并且性能优良，所以目前军用望远镜，小型天文望远镜等专业级的望远镜都采用此种结构。
但这种结构成像是倒立的，所以要在中间增加正像系统。
正像系统分为两类：棱镜正像系统和透镜正像系统。
我们常见的前后窄的典型双筒望远镜既采用了双直角棱镜正像系统。
这种系统的优点是在正像的同时将光轴两次折叠，从而大大减小了望远镜的体积和重量。
透镜正像系统采用一组复杂的透镜来将像倒转，成本较高。
开普勒式望远镜看到的是虚像, 物镜相当于一个投影仪,目镜相当于一个放大镜.上图为开普勒望远镜原理光路图。
从物体射来的平行光线，经物镜后，在焦点以外距焦点很近处成一倒立缩小实像a ′b ′。
目镜的前焦点和物镜的焦点是重合的，所以实像a ′b ′位于目镜和它的焦点之间距焦点很近的地方，目镜以a ′b ′为物形成放大的虚像ab 。
当我们对着目镜观察时，进入眼睛的光线就好像是从ab 射来的。
工程光学三片型照相物镜的结构参数计算课件
计算光圈大小
根据设计要求和光圈类型的选 择，计算出光圈的大小。
光学元件的相对位置与装配精度
确定透镜的相对位置
根据光学系统的设计要求和透镜的折射率，确定每个透镜的相对 位置。
确定光圈的相对位置
根据光学系统的设计要求和光圈的类型，确定光圈的相对位置。
计算装配精度
根据光学元件的相对位置和设计要求，计算出每个元件的装配精度。
产业协同
国际合作与交流
加强产业链上下游企业的合作与协同，推 动三片型照相物镜技术的产业化发展，实 现资源共享和优势互补。
积极参与国际合作与交流，学习借鉴先进 技术和管理经验，提升我国在工程光学领 域的国际地位和影响力。
THANKS
感谢观看
三片型照相物镜的优势
相对于单片和双片型照相物镜，三片 型照相物镜具有更高的成像质量，更 低的畸变和色差，以及更好的光路灵 活性，能够适应不同场景和需求。
工程光学在照相物镜设计中的应用
工程光学在照相物镜设计中的应用
利用工程光学原理和技术，对三片型照相物镜的镜片进行优化设计和组合，以实 现高质量的图像聚焦和光线校正。
工程光学三片型照相物镜的结构参 数计算课件
• 工程光学三片型照相物镜概述 • 三片型照相物镜的结构参数计算方法 • 三片型照相物镜的结构设计 • 三片型照相物镜的性能评估与测试 • 工程实例：三片型照相物镜的设计与应用 • 工程光学三片型照相物镜的发展趋势与挑
战
01
工程光学三片型照相物镜概述
照相物镜的功能与分类
位置，以确保系统的成像 元件的装配精度，以确保
质量。
系统的稳定性和使用寿命。
光学元件的参数选择与计算
01
02
03
04
光学设计知识点(考试必备)
1、球差：与光轴成不同角度（或离光轴不同高度）的光线交光轴于不同的位置上，相对于理想像点有不同的偏离，称这种偏离为球差。
2、彗差：由于光束与弧矢光束的不对称性使得近轴点成像光束与高斯面相截而成一彗星状的弥散斑，称这种不对称性像差这彗差。
3、像散：描述子午细光束会聚点之间位置差异的像差和这像散。
4、像面弯曲：子午像面与弧矢像面偏离子高斯像面的距离称为像面弯曲。
5、畸变：一对共轭物像平面上的放大率不为常数时，将使像相对于物失去了相似性，这种使像变形的缺陷称为畸变。
6、平行平板的初级球差公式: 球差：与光轴成不同角度（或离光轴不同高度）的光线交光轴于不同的位置上，相对于理想像点有不同的偏离，称这种偏离为球差。
7、彗差：由于光束与弧矢光束的不对称性使得近轴点成像光束与高斯面相截而成一彗星状的弥散斑，称这种不对称性像差这彗差。
8、像散：描述子午细光束会聚点之间位置差异的像差和这像散。
9、像面弯曲：子午像面与弧矢像面偏离子高斯像面的距离称为像面弯曲。
10、畸变：一对共轭物像平面上的放大率不为常数时，将使像相对于物失去了相似性，这种使像变形的缺陷称为畸变。
11、平行平板的初级球差公式：平行平板的初级正弦差公式：12、位置色差:描述轴上点用两种色光成像时成像位置差异的色差称为位置色差，也称轴向色差。
13、色球差：在0.707带校正色差之后，边像带色差和近轴色差，这两者之差称这色球差。
9、场曲校正结论的推导：1、对于单组薄透镜，由得，正光焦度的薄透镜必有正的匹兹伐和数，负光焦度的薄透镜必有负的匹兹伐和数，所以单个透镜不能使匹兹伐和数为0，故不能校正场曲。
2、对于分离的薄透镜系统在总光焦度给定的情况下，透镜间相对位置不同，各自的光焦度不同，这会使系统的匹兹伐和数随相对位置而改变，从而有可能校正场曲。
3、对于厚透镜由得透镜的两面得透镜的两面总是等值异号的，故只有两面半径同号才能相互抵消，对于光焦度的控制可通过控制透镜厚来实现，这也是正负光焦度分离，必校正匹兹伐和数。
三片相机物镜设计
三片相机物镜设计【摘要】随着毕业生就业竞争激烈化，学生不在满足于仅仅学习课本上的理论知识，迫切的需要参与实践，在这种情况下，将光学设计软件ZEMAX引入工程光学教学是大有益处的。
本文以典型的三片相机物镜优化设计为例，经过初始数据录入、优化及分析像差等光学设计的相关步骤，最后使物镜性能得到了显著提升，使学生获得处理实际光学设计问题的初步的能力。
【关键词】三片相机物镜工程光学ZEMAX 光学设计1.引言ZEMAX可以直观的进行光学设计，借助其强大的像质评价和分析功能，将设计者从大量枯燥的计算中解脱了出来。
而且它已经成为当今使用最普遍的光学设计软件之一，大量科研论文也是以ZEMAX为平台进行光学设计的[1]，所以学习ZEMAX的使用，为学生将来不论参加工作还是读研写论文都提供了良好的开端。
本文三片相机物镜的设计，对教学来说是很典型和实用的。
光学要求为：焦距f′=30mm，相对孔径D/f′=1/4，视场2w=50°。
2.输入初始物镜数据设计物镜的第一步是获得物镜的初始数据，通常使用的方法是：（1）查询相关专利进行放缩；（2）使用初级像差理论解出的结果。
本文使用后一种方法，引用袁旭沧先生以初级像差理论解出结果为初始结构[2]，直接输入数据编辑表（LDE）。
如表1所示，按INSERT键插入需要的面，然后输入透镜半径和使用的玻璃，注意缺省的单位是毫米。
所用玻璃是中国玻璃库里的ZK11（nd=1.638542，vd=55.449612）和F5（nd=1.624351，vd=35.908726）。
首先为物镜定义相对孔径。
在“F数（Image Space F/#）” 对话框中输入值：4。
接着在“波长数据（Wavelength Data）”对话框选择“F，d，C（Visible）”。
最后设定视场角。
将视场角的个数设置为3，在“y-Field”输入0度、17.675度、25度，权重选1。
为了将像平面设置在近轴焦点上，在第7面的厚度上双击，弹出“SOLVE”对话框，将类型改变为“边缘光高（Marginal Ray Height）”。
光学设计考试提纲部分内容
1.理想光学系统：一个理想光学系统应能使一个点物发出的球面波通过光学系统后仍然是一个球面波，从而理想的交与一点。
一个理想光学系统应能使一个点物发出的所有光线通过光学系统之后仍然能够交于一点，理想观雪系统同时满足直线成像直线，平面呈像平面。
P12.像差：所谓像差就是光学系统所成的实际像与理想像之间的差异。
P13.视场：光学系统中描述成像范围大小的参量称为视场，系统对近距离物体成像时，视场的大小一般用物体的高度y表示，对远距离物体成像时，视场大小用视场角表示。
P4视场光阑：光学系统中用于限制成像范围大小的光阑称为视场光阑。
入窗：视场光阑经前面的光组在物空间所成的像称为入射窗；出窗：视场光阑经后面的光组在像空间所成的像称为出射窗；入射窗与物面重合，出射窗与像面重合。
出射窗是入射窗经整个系统所成的像。
4.孔径：描述成像光束大小的参量称为孔径。
系统对近距离物体成像时，其孔径大小用孔径角U表示，对无限远物体成像时，孔径大小用孔径高度h表示。
孔径光阑：光学系统中用于限制轴上点成像光束大小的光阑称为孔径光阑，孔径光阑的大小决定成像面上的照度。
入瞳：孔径光阑通过其前面光学系统所成的像称为入瞳，它决定进入系统光束的大小，入瞳是物面上所有各点发出的光束的共同入口；出瞳：孔径光阑通过它后面光学系统所成的像称为出瞳，决定从系统出射光束的大小，出瞳是物面上各点发出光束经整个光学系统以后从最后一个光孔出射的共同出口。
注意：入瞳、孔径光阑、出瞳三者相互共轭。
5.渐晕：实际光学系统视场边缘的像面照度一般允许比轴上点适当降低，也就是轴外子午光束的宽度比轴上点光束的宽度小，这种现象叫做“渐晕”。
P56.位置色差：描述两种色光对轴上物点成像位置差异的色差称为位置色差或轴向色差；倍率色差：因不同色光成像倍率的不同而造成物体的像大小差异的色差称为倍率色差或垂轴色差。
（光学系统对不同色光的放大率的差异称为倍率色差。
）色球差：高级位置色差实际上就是球差的色变化，这就是色球差的概念。
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。
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。
精品文档-光学设计(刘钧)-第6章
(4) 系统的外形尺寸计算。 ① ● 主反射镜曲率半径的计算。 主镜的初始结构尺寸由下式确定：
R3 D
2.107
D f
第6章 望远镜物镜设计
伽利略望远镜的成像关系如图6-3所示。
图6-3 伽利略望远镜的成像关系图
第6章 望远镜物镜设计
刻普勒望远镜是1611年在刻普勒所著的光学书上首先介 绍的，于1615年建造而成。早期的刻普勒望远镜并没有考虑 消色差的问题，它的物镜和目镜都是用单块正透镜构成的。设 物镜和目镜所用的玻璃都是ν值小于60的，则单透镜产生的色 差为
第6章 望远镜物镜设计
(2) 根据焦距计算缩放比K:
K f设 计焦距 f现 有焦距
最好K>1
(3) 将现有结构中的所有线量(r，d，D，l，lz，y， δL，…)放大K倍，角量(如ω，sinu)和相对量(如δy′、
z/y′)不变。
第6章 望远镜物镜设计
(4) 估计使用条件下的像差和瞳孔位置的变化。 所选结构被放大后，所有线量像差进而也随之被放大，原 有结构的使用条件不可能与现在的使用条件完全相同，但可根 据原来使用的孔径和视场及像差曲线的趋势，推算出新的使用
1 1 1 L d l1 ' d f2 '
第6章 望远镜物镜设计
2. 反射式物镜 1) 它由一个抛物面主镜和一块与光轴成45°的平面反射镜构 成，如图6-10所示。抛物面能把无限远的轴上点在它的焦点 F′成一个理想的像点。第二个平面反射镜同样能理想成像。
第6章 望远镜物镜设计
图6-10 牛顿反射式物镜
2y′=2f′ tanω (6-12)
在刻普勒望远镜中，目镜的口径足够大时，光束没有渐晕 现象，这是因为视场光阑与实像平面重合的缘故，则系统的入 射窗与物平面重合。但是，在大视场和大孔径望远镜中，目镜 的口径可以适当地减小，使边缘视场的成像光束直径小于中心 点成像光束的直径，渐晕系数可达50％。这样一来，有利于结 构尺寸的减小，也有利于轴外成像质量的提高。有渐晕现象的 望远镜如图6-4
光学设计缩放法练习(三片式双高斯)分析
第17章三片式照相物镜设计17.1 设计任务本实例参照黄一帆和李林编的《光学设计教程》图书中的案例，并进行了部分内容的修改完善。
设计任务为：系统焦距为9 mm，F#为4，全视场2ω为40º。
要求所有视场在67.5 lp/mm 处MTF>0.3。
17.2 设计过程（1）系统建模为简化设计过程，作者从《光学设计手册》（李世贤，等.北京理工大学出版社.1990）中选取了一个三片式照相物镜作为初始结构，见表17-1所示。
根据建模的步骤，首先是系统特性参数输入过程。
点击按钮，在“General”系统通用数据对话框中设置孔径和玻璃库。
Type：）中选择“Image Space F#”，并根据设计要求在“Aperture Value：”输入“4”；在玻璃库（Glass Catalogs）里输入“CHINA”，以。
点击按钮，打开“Fiel d Data”对话框设置5个视场（0ω,0.3ω，0.5ω，0.7ω和ω。
Wavelength Data”对话框设置“Select→F，d，C[Visibl e]接着在透镜数据编辑器（Lens Data Editor）中输入初始结构，如图17-1所示。
在表17-1中，第7面厚度为透镜组最后一面与像面之间的间距，但是表中并没有列出。
为了将要评价的像面设为系统的焦平面，可以利用ZEMAX的求解（Solve）功能。
该功能用于设定光学系统结构的参数，如Curvature、Thickness、Glass、Semi-Diameter、Conic和Parameter等操作数。
求解（Solve）功能使用方法：用鼠标左键双击（或单击鼠标右键）需要设置“Solve”功能的单元格（即第“7”面所在的行和“Thickness”所在的列交叉的单元格），将弹出标题为“Thickness Solve on Surface 7”的对话框，如图17-2所示。
图17-1 三片式照相物镜初始结构参数图17-2 Thickness Solve on Surface 7对话框根据本系统的设计要求，在图17-2中，对话框“Solve Type”中选择“Marginal Ray Height”，并将“Height：”值输入为“0”，表示将像面设置在了边缘光线聚焦的像方焦平面上。
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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。
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。
原设计要求：1、焦距：f’=11mm；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)≈18.12°视场角2w=36.24°。
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。
r1=13.44 d1=4.41 n=1.67779 v=55.2r2=30.996 d2=4.41r3=-40.614 d3=1.01 n=1.59341 v=35.5r4=13.44 d4=2.39r5=32.508 d5=3.36 n=1.69669 v=55.4r6=-27.006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11mm进行缩放。
缩放后得到我们所设计的焦距f’=11mm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。
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。
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。
在输入COMA，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。
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。
SPHA：指球差，如果Surf=0，则指整个系统的球差总和。
COMA:指慧差。
MTF：指子午调制传递函数。
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，并将此行的4th term、6th term、8th term设为变量。
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。
2.4优化结果心得体会通过为数不多几天的课程设计，加深了对光学的理解，对球差，慧差等的认识，初步了解了ZEMAX软件的使用，大致掌握了望远物镜的设计流程，掌握了一些设计方法。
也认识到光学仪器的精密和设计的难度在本次设计中，我们学到的不只是光学上的一些知识，还学会了一种设计思路和接受新事物的能力的锻炼，在我们毕业后走上工作岗位，这样的探索精神和能力无疑是我们学习和发展的重点和优点，所以，这次课程设计给我留下了宝贵的经历和精神财富！参考文献《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《光学设计》，西安电子科技大学出版社，刘钧，高明，2006，10 《实用光学技术手册》，机械工业出版社，王之江，顾培森，2006，9燕山大学课程设计评审意见表。