镜头光学设计
光学镜头项目方案设计
光学镜头项目方案设计引言：光学镜头是一种用于聚焦、调整光线的光学元件。
它在相机、望远镜、显微镜等领域中具有广泛的应用。
设计一种优秀的光学镜头方案对于提高成像质量、调整焦距、增强光学系统的功能非常重要。
本文将介绍一个光学镜头项目的方案设计。
项目概述：本项目旨在设计一种优秀的光学镜头，以提高成像质量、调整焦距，并增加光学系统的功能。
该光学镜头将应用于高清相机。
项目目标：1.提高成像质量：通过优化光学设计和采用高品质材料，实现更清晰、更鲜艳的图像。
2.调整焦距：设计一种可变焦距的光学镜头，实现远近距离的成像。
3.增加功能：在原有的成像功能基础上，增加更多的特殊功能，如红外线成像、夜视功能等。
方案设计：1.光学设计：采用计算机辅助光学设计软件，进行光学元件的设计和优化。
通过调整曲率、厚度、折射率等参数，优化光学系统的成像性能。
同时考虑透射率、反射率等参数，减少光学元件的能量损失。
2.材料选择：选择高品质的光学材料，如高透明度的玻璃、高折射率的材料等，以提高透光率和折射率。
同时考虑材料的机械强度、热稳定性等特性，确保光学系统的稳定性和耐用性。
3.可变焦距设计：设计一种可实现远焦、近焦调整的光学机构，通过调整镜头间距或镜头组合，实现不同焦距下的清晰成像。
可以采用机械调焦或电子调焦的方式，实现焦距的精细调整。
4.特殊功能设计：根据需求，设计一些特殊功能，如夜视功能。
可以采用红外滤光片或红外接收器等技术，实现在低光照条件下的成像。
同时，可以设计红外传感器或其他特殊传感器，增加更多的功能。
5.实验验证：设计完成后，进行实验验证。
通过光学测试仪器对光学镜头的成像性能进行评估，包括分辨率、畸变、光场曲率等参数。
同时，通过折射率测试、透光率测试等对材料进行验证。
根据实验结果，进行调整和改进，优化设计。
项目进度：本项目的进度安排如下：-第1个月：文献调研，了解光学镜头的基本原理和设计方法，学习光学设计软件的使用。
-第2-3个月：进行光学设计和优化，确定光学系统的参数。
光学镜头设计文献
以下是几篇光学镜头设计的文献：
1.《光学系统设计手册》（Handbook of Optics）：该书是光学设计领域的经典参考书，主要介绍了光学设计中的基础知识、数学模型、软件技术等内容，适合初学者和专业人士阅读。
2.《现代光学设计》（Modern Optical Engineering）：该书主要介绍了光学元件、光学仪器等方面的设计方法，讲解了几何光学、物理光学、自由曲面设计等内容，适合光学工程师和科技工作者阅读。
3.《数字光学系统设计》（Digital Optical System Design）：该书主要介绍了数字光学系统的设计方法和技术，从数字光学系统的基础知识、应用领域、设计步骤等方面进行了详细阐述，适合专业人士阅读。
4.《应用光学》（Applied Optics）：该期刊是一本权威的光学学术期刊，涵盖了各个领域的光学技术和光学应用方面的文献，包括光学镜头设计、天文光学、激光技术等，是研究光学设计和应用的重要参考。
5.《光学与精密工程》（Optics and Precision Engineering）：
该期刊是中国光学领域的一本国际性科技期刊，涵盖了光学、光电、光子学等领域的基础理论和应用技术方面的高水平论文，其中也包括了光学镜头设计等内容。
光学镜头设计开题报告
光学镜头设计开题报告一、课程设计的任务设计一个成像物镜透镜组，照相物镜的技术指标要求：设计一个固定焦距的照相物镜(1)以学号的最后四位为焦距长度，单位为mm。
(2)阁图像传感器的大小为800600：像茶大小为学号成后一位+4微米。
(3)相对孔径分别为学号最好·位/10+1。
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，撰写课程设计论文二、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。
原设计要求：(1)以学号的最后四位为焦距长度，单位为mm。
(2)图像传感器的大小为800*600：像素大小为学号最后一位+4微米。
(3)相对孔径分别为学号最好一位/10+1。
2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问池围，镜头所成的半像高y可用公式计算，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CMOS的有效成像面对角线半径，防止CMOS装调偏离光轴而形成暗角。
“三线一单”符合性1、生态保护红线:光学镜头项目用地性质为建设用地，不在主导生态功能区范围内，且不在当地饮用水水源区、风景区、自然保护区等生态保护区内，符合生态保护红线要求。
2、环境质量底线:该项目建设区域环境质量不低于项目所在地环境功能区划要求，有一定的环境容量，符合环境质量底线要求。
3、资源利用上线:项目营运过程消耗一定的电能、水，资源消耗量相对于区域资源利用总量较少，符合资源利用上线要求。
车载镜头光学设计流程
车载镜头光学设计流程Designing a camera lens for a car involves a complex process that encompasses various considerations to ensure optimal performance. 针对汽车设计摄像头镜头涉及到复杂的流程，需要考虑各种因素以确保最佳性能。
One of the primary factors to consider is the field of view required to capture a wide range of the road ahead, including both near and distant objects. 其中一个需要考虑的主要因素是所需的视野范围，以捕捉前方道路上广泛的物体，包括近处和远处的物体。
This requires careful consideration of the focal length and aperture of the lens to achieve the desired field of view while maintaining image clarity. 这需要仔细考虑镜头的焦距和光圈，以实现所需的视野范围，同时保持图像清晰度。
In addition to the field of view, considerations must also be made for the lighting conditions in which the camera will be used. 除了视野范围外，还必须考虑摄像头将使用的光照条件。
Daytime and nighttime driving conditions require different levels of light sensitivity and dynamic range to ensure clear and detailed images. 白天和夜晚的驾驶条件需要不同水平的光敏度和动态范围，以确保清晰和详细的图像。
简单光学镜头优化设计_——_-5倍显微物镜的优化设计解析
简单光学镜头优化设计设计任务（1）——-5×显微物镜的优化设计姓名：洪梅华学号：201028015926012培养单位：中国科学院微电子研究所专业：微电子学与固体电子学任务要求：-5×显微物镜的优化设计利用ZEMAX程序优化设计一个-5×显微物镜。
先依据初级像差理论解出初始结构，然后在计算机上进行优化，找到一个像质较优的解。
-5×显微物镜展开的光路如下简图 1-1 所示。
图1-1 -5×显微物镜展开光路简图具体设计任务的要求为：（1）焦距f' =23.6mm；数值孔径NA=0.15(u' =0.15rad)；线视场2y=15mm；按照计算光路的方向，横向放大率β= -1/ 5⨯；（2）光路中有一块棱镜，展开长度为d=38.63mm，材料是K9玻璃。
它离物平面24.19mm，即l1= -24.19mm；离物镜 92mm，即d2= 92mm；（3）镜头采用双胶结构，孔径光阑安放在物镜上；（4）镜头只消球差，彗差和位置色差；（5）像质按显微物镜像差允限要求；（6）该显微物镜用于目视观察，对d光消单色像差，对F光和C光消色差。
（7）用PW方法选出玻璃对，解出初始结构；（8）利用ZEMAX程序优化初始结构，使像质达到像差公差要求；（9）这个低倍显微物镜的相差公差是：A、球差：球差的公差有两部分构成，即全口径边缘轴向球差δL m'和剩余轴向球差δL'。
球差的公差为：δ L '≤λ= 0.026( mm) m n'u'2mδ L ' ≤6λ= 0.155( mm) n'u'2m上式中，λ是d光波长，n'和u m'分别是像方折射率和像方最大孔径角。
B、位置色差：由于不同波长（色光）的球差一般不同，所以光学系统中存在色球差。
对于双胶合这种结构简单的镜头，一般只要求在0.707孔径处得位置色差为：L '- L '≤λ= 0.026( mm)F C n'u'2mC、正弦差OSC'：正弦差OSC'的公差要求是：OSC' ≤0.0025设计步骤一：依据初级像差理论求解初始结构1、棱镜的初级像差数据计算：近轴情况下，按照计算光路，物方数值孔径为：u1= u '/γ= u 'β=0.15⨯(-1/ 5)= -0.03rad棱镜的等效空气为：d ' = d / n =38.63= 25.4753mm 1.51637物方视场角为：u p=y=7.5 =7.5 = -0.05294rad l1-d '-d2-24.19-25.4753-92 -141.6653由附录B提供的公式，计算出平行平板的有关像差系数如下：41-n2-5S= u d= -1.166 ⨯10mmn3Ip1S= u 3u1 d1-n2= -2.058 ⨯10-5mmIIp1pn3C= u2d (1- n)= -1.218 ⨯10-4mmν n2Ip1式中u1= -0 . 0 3r a d为物镜的物方孔径角；u p= -0 . 0 5 2 9r4a d为物方视场角；d =3 8 . 6 3m m为棱镜展开后平板的厚度； n =1.51637和ν=64.13分别是K9玻璃的折射率和阿贝数；像差系数的下标 p 表示该系数是属于棱镜的。
镜头结构设计
镜头结构设计镜头不是凭空设计的。
虽然我们现在有了很好的计算机辅助设计软件，但从头设计一个镜头，抛弃掉前人上百年的成果，仍然是不太现实的。
但是镜头设计师也不会从本来就很差的镜头处起步设计，他们总是选择比较好的镜头。
所以，在这一百多年的时间里，大浪淘沙加上市场选择，就出现6种影响特别大的光学设计。
现在的镜头都是从它们那里继承下来的。
这六种光学设计分别是Petzval人像镜头、快速直线镜头、双高斯镜头、望远镜头、反望远(后对焦)镜头和库克三片镜头。
1、Petzval镜头这就是Voigitlander发家的东西。
不过，他是从Petzval处偷来的设计。
发明于1850年之前。
虽然这个设计已经不太用了，但直到20世纪50年代，都是很广泛使用的。
比如投影机。
“放大头”是不是也是这种?2、快速直线镜头它的特点就是对称于光圈。
因为这个特点，它的变形、慧差和平面色差都处理得很好。
然后它比较容易有球差、场曲和像散。
快速直线镜头发明于1860年代。
因为它没有啥变形，所以非常适合建筑和风光摄影。
直到1900年代，都是很流行的。
我估计这也就是Eugene Atget用的镜头了。
它的传人很多。
最有名的就是蔡司Protar和后来的Tessar了。
Tessar之后又发展出了一堆好镜头，不过这是后话了。
在库克三片镜头的时候会涉及到。
3、双高斯镜头虽然叫“高斯”，但这个镜头设计其实是和高斯没多少关系的。
高斯只是计算和描述了这个概念，而且他还是针对望远镜说的。
这个镜头最早是1888年出现的，是在高斯死了30多年之后了。
双高斯的特点是对称于光圈(早期的镜头其实都是这么设计的，否则像差会不得了)，而且它还使用了全部弧形和分离的镜片(这点和快速直线镜头不同)，这使得它能做到很大的光圈，而且把场曲和色散的问题基本避免了。
不过它也容易产生像散和球差。
今天，基本上50mm的定焦镜头全都是这个设计的。
天才的蔡司设计师兰道夫博士在双高斯的基础上做了一些改进，就形成了Planar 结构。
光学镜头的结构设计与装配工艺
工作经验，以一个中倍显微物镜为例，简单地谈一下镜片的光学冷加工，结构设计，装配工艺。
光学冷加工：很多没进过光学冷加工车间的
朋友对光学透镜的加工技术很好奇，其实光学冷加工就是把像石头一样形状的光学玻璃原料，进行切割，粗磨，精磨，抛光，磨边，镀膜，胶合等一整套工艺，最终得到图纸要求精度的光学透
注：光学透镜的标注是需要进行严格的公差分析的，此处给出的是一般的加工精度，只作为
参考。另外，需要注意的是，公差标注的越紧，加工难度就越大，车间的报废率就会越高，对于需要考虑成本的镜头来说，这个是需要结合公差分析的结果，仔细权衡的。
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镜。
具体的光学冷加工工艺在这里就不详细说了，此处重点说一下目前国内光学透镜的一般加
工精度：
1.外径公差-0.02~0 左右；
2.中心厚度公差：ຫໍສະໝຸດ plusmn;0.02 左右；3.偏心：2′左右；
4.光圈：3 左右；
5.局部光圈：0.3 左右；
6.镀增透膜后的反射率：小于 0.5%左右。
镜头光学设计公差允许
光學設計公差允許一公差分配思路原準備用ODP841進行公差分配計算，但該軟件是用于幾何傳函的計算，對小象差系統計算的結果比Zemax中的MTFT好的多，這是因爲沒考慮衍射效應對象差的幹擾。
我們設計的系統鑒别率是很高的。
因此用ODP841計算偏差很大。
故采用Zemax計算。
首先介召公差計算的總體思路：在光學設計中給所有工藝允許的總公差是：使最差情況下的傳函由于工藝因素的總下降量不大于0.15 lp/mm（下降後的傳函仍有MTF=0.15，以便CCD仍能分辯它對應的空間頻率），對于本系統就是在F=1.23光圈、1H，0.7H口徑下允許鑒别率總下降量不大于0.15lp/mm。
公差分配的環節有：半徑、厚度1（透鏡厚度）、厚度2（透鏡氣隙）、玻璃折射率、玻璃色散、中心偏1（加工偏心）、中心偏2（裝配偏心）、餘量上面的公差餘量是爲了在實際的工藝實施中，由于工藝原因必需放寬公差時，總公差允許量不緻于超。
在計算公差時，先按經驗以工藝上最寬松的條件給出各結構參量的公差預定值，這樣作是爲了先考核最差情況對總公差的影響。
當總公差不超時，也不能以此作爲公差分配的最終結果，因爲在工藝允許的條件下，應盡量提高成象質量，因此應減少對總公差影響大的諸結構公差，這樣才能最有效的提高成象質量。
二公差分配1 思路對本樣例鏡頭，用Zemax公差計算功能時應遵循如下原則：（1）因爲F=2～8口徑均比F=1.2口徑的傳函高很多，因此應以F=1.2口徑傳函爲準考核傳函變化量。
（2）在F=1.2口徑的傳函中，應要求0W,0.7W的傳函，而0W傳函比0.7W傳函高很多，因此應以0.7W視場傳函爲準考核傳函變化量所允許的半徑公差。
（3）在計算傳函時，應以MTF=0.3爲基準考核傳函的空間頻率。
（4）正态分布的蒙特卡羅數應取20以上，我們取50（此數越大，得到的公差計算結果的可信度越高，但計算量就越大）。
（5）用傳函計算公差時，各結構變量公差預定值的給定，可參考“各結構公差計算時預定公差的給定原則”給出。
光学镜头设计原理
光学镜头设计原理
光学镜头设计原理:
1. 折射原理：根据光线在两种不同介质之间的折射规律，设计出镜头的形状和曲率，使得光线能够在镜头内部发生折射并集中到焦点上。
2. 应用多个镜片：通过在光路上放置多个镜片，可以更好地控制光线的传播和聚焦。
不同的凸凹面曲率和材料可以调整光线的折射和散射，提高镜头的成像质量。
3. 光线的收敛和发散：利用凸透镜使光线收敛，实现放大效应，适用于望远镜等应用；利用凹透镜使光线发散，形成视场角大的广角镜头。
4. 色差校正：由于不同波长的光在镜头中的传播速度不同，会导致色差，即成像点的位置不同。
为了校正色差，设计时可采用不同材质的镜片，利用色散的特性使得不同波长的光线经过镜片后能够聚焦在同一平面上。
5. 光线的阻抗匹配：镜头表面和空气之间的折射率不匹配会导致反射丢失，因此常通过涂覆一层反射膜增加光线的穿透率，提高镜头的透光性能。
6. 畸变校正：通过适当设计曲率和厚度分布，可以减少或校正象散和畸变，保证成像的准确性。
7. 光圈控制：镜头设计中考虑光圈的位置和大小，可以控制进入镜头的光线的数量和方向，从而影响镜头的景深和焦点范围。
8. 光学镀膜：对镜头表面进行薄膜涂层，可以减少反射、提高透光率和耐磨性，改善成像质量。
这些原理在光学镜头设计中相互关联，通过合理的组合和优化，能够提高镜头的光学性能和成像质量。
现代光学镜头设计方法与实例
现代光学镜头设计方法与实例现代光学镜头设计方法与实例随着相机技术的不断发展,光学镜头的设计也变得越来越重要。
现代光学镜头设计方法采用了先进的光学理论和计算机模拟技术,可以精确地设计各种形状和大小的镜头。
以下是一些现代光学镜头设计的方法和应用实例。
1. 有限元分析(FEA)有限元分析是一种计算机辅助设计方法,可以用于分析镜头的几何形状和光学性能。
通过使用FEA,设计师可以计算出镜头的各个部分的尺寸和形状,以及它们对光线的折射和散射的影响。
这些计算结果可以为设计师提供重要的设计参考。
2. 三维打印技术三维打印技术可以用于设计镜头的几何形状。
通过使用三维打印技术,设计师可以制作出精确的镜头形状,并将其打印在特殊的光学材料上。
这种技术可以制作出各种形状和大小的镜头,并且具有高精度和高强度。
3. 光学模拟技术光学模拟技术可以用于预测镜头的光学性能和光学特性。
通过使用光学模拟技术,设计师可以计算出镜头对不同光线的折射、散射和聚焦性能,以及在不同环境下的光学特性。
这种技术可以为设计师提供重要的设计参考,帮助他们设计出更加准确和优秀的镜头。
4. 现代光学设计软件现代光学设计软件可以用于自动化镜头设计。
这些软件通常具有广泛的镜头设计功能,包括计算镜头的尺寸、形状和性能。
这些软件可以帮助设计师快速设计出优秀的镜头,并且可以自动纠正设计错误。
现代光学镜头设计方法的应用非常广泛。
不仅可以用于相机和其他光学设备,还可以用于虚拟现实、增强现实和计算机视觉等领域。
随着计算机技术的不断发展,现代光学镜头设计方法的应用也将会越来越广泛。
光学成像系统中的镜头设计和光学原理
光学成像系统中的镜头设计和光学原理光学成像系统是指利用光学设备进行成像的系统。
其基本的组成部分包括光源、光学透镜、光学滤波器等一系列器材。
而其中光学透镜在光学成像系统中扮演着非常重要的角色。
因此，本文主要讲述光学成像系统中的镜头设计和光学原理。
一、光学成像系统中的光学透镜光学透镜是光学成像系统中的核心部件，其主要作用是使光线汇聚或发散，以达到成像的目的。
其工作原理主要是依靠透镜的形状和光线的折射，将光线聚焦到特定位置，从而形成一张清晰的像。
光学透镜可以分为凸透镜和凹透镜两种。
其中，凸透镜是指中心厚度较薄、边缘较厚的透镜，其作用是将光线聚焦。
而凹透镜则是指中心厚度较厚、边缘较薄的透镜，其作用是将光线散发。
在光学成像系统中，常常需要选择合适的透镜组合来达到一定的成像效果。
一般情况下，透镜组合由多个透镜构成，其中不同透镜的工作原理不同，因此需要根据实际需要选择不同的透镜进行组合使用。
二、光学透镜的设计光学透镜的设计主要是通过透镜的曲率、厚度和折射率等参数进行计算。
其主要的目标是使透镜将光线聚焦到一个特定位置，并将成像品质达到最好。
因此，在透镜的设计过程中，需要考虑它的曲率和厚度等因素，以及光线的入射角、工作波长等因素。
而透镜的最佳设计方案则是需要考虑多个因素的综合作用。
在实际应用中，透镜的设计还有很多问题需要考虑，包括透镜尺寸的大小、透镜表面的处理等。
三、光学成像系统中的光学原理光学成像系统中的光学原理主要是指光线在不同折射率介质中的传播定律。
在光线从空气进入透镜时，会发生折射现象。
而折射角和入射角之间的关系可以通过斯涅尔定律来表示。
根据斯涅尔定律，光线在入射面和折射面的法线所在的平面内，入射角和折射角的正弦成比例，即n1sin(θ1)=n2sin(θ2)其中，n1和n2分别表示空气和透镜材料的折射率，θ1和θ2分别表示光线的入射角和折射角。
在光路设计中，还需要考虑像面的位置以及其与透镜之间的关系。
当光线从透镜中心出发时，其能够到达的像面位置受到限制。
光学设计手机镜头知识点
光学设计手机镜头知识点手机镜头是现代手机摄影的重要组成部分，它决定了手机相机的成像效果。
在光学设计领域，手机镜头设计是一个重要的研究方向，涉及到许多知识点。
本文将介绍一些光学设计手机镜头的常见知识点。
一、手机镜头的种类手机镜头通常分为主镜头和辅助镜头两种类型。
主镜头一般用于日常拍摄，具有较高的像素和成像质量；辅助镜头常用于广角、望远等特殊拍摄需求，可以提供不同的视觉效果。
二、焦距和光圈焦距决定了手机镜头的拍摄视角，一般分为广角、标准和望远三种类型。
广角镜头适合拍摄大场景，标准镜头适用于日常拍摄，而望远镜头适合拍摄远处物体。
光圈决定了手机镜头的透光能力，光圈越大，光线通过的量越大，适用于光线较暗的环境拍摄，然而光圈越大也容易产生散焦、畸变等问题。
三、光学镀膜技术光学镀膜技术是提高手机镜头成像品质的关键之一。
利用不同的光学镀膜技术，可以减少镜头的反射和散射，提高光线的透过率，减少色差和光斑等光学缺陷，从而提升成像的清晰度和色彩还原度。
四、透镜组合设计手机镜头通常由多片透镜组合而成，透镜的组合方式和切合情况对成像质量有着重要影响。
常见的透镜组合方式有球面和非球面设计，非球面设计可以有效消除球面像差，提高成像的质量。
五、光学稳定技术手机镜头在拍摄过程中容易受到手抖等因素的影响而产生模糊的现象。
光学稳定技术可以通过机械或光学手段来抵消手抖，使拍摄出的图像更加清晰。
六、相位对焦技术相位对焦技术是手机镜头对焦的一种常见技术。
通过相位对焦技术，手机镜头可以快速获取焦点，提高拍摄速度和清晰度。
七、光学变焦技术光学变焦技术是手机镜头实现变焦功能的一种重要技术。
相比于数字变焦，光学变焦可以保持较高的成像质量，确保拍摄的图像清晰度。
八、低光拍摄技术低光环境下的拍摄是手机摄影的一大挑战。
手机镜头的低光拍摄技术可以通过增加感光元件大小、采用大光圈镜头等方式，提升在低光环境下的成像效果。
结语本文介绍了光学设计手机镜头的一些常见知识点，包括种类、焦距和光圈、光学镀膜技术、透镜组合设计、光学稳定技术、相位对焦技术、光学变焦技术和低光拍摄技术等。
大相对孔径制冷型红外相机镜头的光学设计
气象观测：在地球外的航天器上安装大相对孔径的红外相机，可以对地球进行高精度的大气温度、湿度和风速测量，为气象预报提供重要数据。
在医疗领域的应用前景
诊断：大相对孔径制冷型红外相机镜头能够检测到人体微小的温度变化，有助于早期发现病变，提高诊断准确率。
康复治疗：通过红外相机对患者的康复情况进行实时监测，可以及时调整康复治疗方案，提高康复效果。
汇报人：
光学元件的材料选择：根据工作波段和性能要求，选择合适的材料，如硅、锗等。
元件加工工艺：采用精密机械加工、光学镀膜等工艺，确保元件的精度和光学性能。
元件设计原则：根据系统的总体要求，进行光学元件的设计，如透镜、反射镜等。
误差分析：对加工过程中可能出现的误差进行分析，确保元件的实际性能满足设计要求。
光学系统的装配与调试
光的传播定律和几何光学原理
添加标题
镜头设计和像差校正
添加标题
光学材料和元件的选择
添加标题
制冷型红外相机的特殊要求和实现方法
添加标题
制冷型红外相机的特点
制冷型红外相机采用制冷技术，将相机内部温度降低到一定程度，以减小热噪声和背景辐射干扰，提高成像质量。
01
02
制冷型红外相机具有较高的灵敏度和识别。
新型光学元件的设计与加工技术
光学元件的轻量化与小型化
新型材料的应用
纳米级精度加工技术
光学元件的智能化与集成化
光学系统的高效装配与调试技术
光学元件的精确加工和装配
光学系统的高效调试技术
光学元件的稳定性和可靠性
光学系统的性能测试和评估
光学性能的快速检测与评估技术
定义：对光学系统性能进行快速、准确检测与评估的技术
01
02
大相对孔径制冷型红外相机镜头的光学设计
在制造工艺优化过程中，需要充分考虑成本控制 因素，以实现经济效益和性能指标的平衡。
装配调试流程简介
装配前准备
包括清洗零件、检查配合尺寸、准备装配工具等。
装配过程控制
严格按照装配工艺要求进行装配，保证各部件的准确配合和间隙调整 。
调试与检测
装配完成后进行镜头的调试和检测工作，包括光学性能检测、机械性 能测试等，确保镜头符合设计要求。
01
引言
项目背景与意义
红外相机在军事、航空、导航 等领域有广泛应用，对高性能 红外相机镜头的需求迫切。
大相对孔径制冷型红外相机镜 头能够捕捉更远距离、更高分 辨率的红外图像。
该项目的研究与开发对于提升 我国红外相机镜头的研制水平 具有重要意义。
设计目标与要求
01
设计一款大相对孔径、 高分辨率、低畸变的制 冷型红外相机镜头。
探测器冷却方式对镜头材料的影响
不同的冷却方式可能会对镜头的材料选择产生影响，如某些材料在低温 下性能会发生变化，需要在设计时进行充分考虑和测试。
06
机械结构设计与制造工艺规划
镜头机械结构特点分析
紧凑型设计
为了实现小型化和轻量化，镜头采用了紧凑型结构设计。
高精度要求
镜头的光学性能对机械结构的精度要求较高，需保证各部 件的准确配合。
光学传递函数分析
光学传递函数（OTF）概念
MTF分析
描述光学系统对空间频率的响应能力，包 括调制传递函数（MTF）和相位传递函数 （PTF）。
通过仿真软件计算镜头的MTF曲线，评估 镜头在不同空间频率下的成像质量。
PTF分析
综合评价
分析镜头的相位传递函数，了解镜头对波 前的相位影响，为后续光学加工和装调提 供参考。
双高斯镜头的优化设计
双高斯镜头的优化设计双高斯镜头是一种常见的光学系统，最初由卡尔·福格于19世纪末设计。
它的主要特点是由两个高斯透镜组成，通常分为前、后两组。
这种设计可以有效地纠正像差，提高成像质量。
在相机、望远镜等光学设备中得到广泛应用。
本文将探讨双高斯镜头的优化设计。
一、光学设计原理双高斯镜头由前、后两组高斯透镜组成。
其中，前透镜组主要负责光线的汇聚和散射，后透镜组主要负责焦距调节和像差校正。
这两组透镜之间通过中间隔离的空气间隔，使得光线可以被有效地聚焦和投射到成像面上。
为了使双高斯镜头的成像效果更优，需要解决的主要问题是像差。
像差分为色差和像差球差。
色差是光线经过透镜后，不同波长的光线被散射的程度不同，导致色偏现象的发生。
而像差球差则是由于透镜表面曲率的不规则性和物距的变化而引起的成像虚焦现象。
为了解决这些问题，需要进行透镜的优化设计。
优化设计的方法主要有以下几点：1. 选择适合的材料透镜的材料对成像质量有很大影响。
一般来说，低色散率的材料可以有效地减小色差的影响。
而高折射率的材料可以在透镜数量较少的情况下实现较长的焦距，减小球差现象。
因此，在透镜设计中，需要针对不同的需求选择不同的材料。
2. 优化透镜面和曲率透镜面的曲率和形状也是影响成像质量的重要因素。
在双高斯镜头的设计中，需要尽可能地减小不同波长的光线在透镜表面的偏差，减少色差现象的发生。
同时，需要合理控制透镜表面的曲率，使得光线在透镜内侧的传输较为平滑，减小球差现象。
3. 优化透镜数量和位置透镜数量和相对位置的优化设计也是成像效果优化的关键。
在双高斯镜头的设计中，需要合理安排每组透镜的位置和数量，使得各组透镜可以共同作用，有效地纠正色差和球差。
二、优化设计实例下面以某型号高端相机中使用的双高斯镜头为例，介绍其优化设计的具体实现。
对于该双高斯镜头，优化设计的主要目标是提高成像质量和减小体积重量。
根据以上优化设计原理，设计者对透镜材料和曲率进行了细致的分析和优化设计，同时优化了透镜数量和相对位置。
光学镜头设计 参数
光学镜头设计参数
光学镜头设计中的参数主要包括焦距、视场角、光圈、畸变、分辨率等。
1.焦距：指镜头中心到焦点的距离，是光学镜头的主要参数之一。
2.视场角：指镜头能拍摄到的最大视场范围，通常用水平视场角和垂直视场角来表示。
3.光圈：指有效焦距与入射瞳孔径的比值，是控制镜头进光量的参数。
4.畸变：指光学镜头产生的图像畸变，是衡量镜头成像质量的重要指标之一。
5.分辨率：指镜头能够分辨的细节程度，是衡量镜头成像质量的重要指标之一。
这些参数相互作用，相互影响，需要根据实际需求进行选择和优化，以达到最佳的成像效果。
光学设计中镜头边缘的间距
光学设计中镜头边缘的间距
在光学设计中，镜头边缘的间距是一个重要的考虑因素。
镜头边缘的间距指的是镜头光学中心与边缘之间的距离。
较小的边缘间距可以减少畸变和色差，并提高成像质量。
为了实现较小的边缘间距，设计师可以使用多种方法。
一种方法是优化镜片的形状和材料，以减少边缘的厚度。
例如，使用非球面镜片可以在整个镜头表面上均匀分布光线，从而减少边缘的厚度。
另一种方法是通过调整镜头组件之间的间距来控制边缘间距。
镜头组件之间的间距决定了光线在镜头内的传播路径。
通过调整间距，设计师可以使光线更加平行地通过镜头，减少边缘的光线偏离和散射。
除了上述方法外，设计师还可以使用光学薄膜涂层来改善镜头边缘的性能。
光学薄膜涂层可以增加光线的透过率和反射率，减少光线的损失和散射。
通过选择适当的薄膜涂层，设计师可以进一步优化镜头边缘的成像效果。
在实际的光学设计中，镜头边缘的间距通常是一个复杂的优化问题。
设计师需要权衡各种因素，如成本、制造可行性和性能要求，以找到最佳的解决方案。
通过合理的设计和优化，可以实现较小的镜头边缘间距，并提高成像质量。
光学设计中镜头边缘的间距
光学设计中镜头边缘的间距摘要：1.引言2.镜头边缘的间距对光学设计的影响3.镜头边缘间距的计算方法4.镜头边缘间距的调整与优化5.结论正文：引言光学设计是一种涉及光、影、空间和结构的复杂过程，其目的是为了获取高质量的成像效果。
在光学设计中，镜头是一个非常重要的组件，它的性能直接影响到成像的质量。
而镜头边缘的间距作为镜头参数的一个重要组成部分，对于光学设计的效果有着重要的影响。
本文将从镜头边缘的间距对光学设计的影响、镜头边缘间距的计算方法、镜头边缘间距的调整与优化等方面进行探讨。
镜头边缘的间距对光学设计的影响镜头边缘的间距是指镜头两侧边缘之间的距离，通常用毫米（mm）表示。
镜头边缘的间距对光学设计有多方面的影响：1.成像质量：镜头边缘的间距过大或过小都会影响成像的质量。
如果间距过大，会导致成像的边缘光线衰减，使成像变得暗淡；如果间距过小，会导致成像的边缘失真，影响成像的清晰度。
2.镜头的体积和重量：镜头边缘的间距与镜头的体积和重量密切相关。
如果间距过大，镜头的体积和重量就会相应增大，增加光学设计的难度；反之，如果间距过小，镜头的体积和重量就会减小，但可能会影响成像质量。
3.制造成本：镜头边缘的间距的大小还会影响到镜头的制造成本。
间距越大，镜头的制造难度和成本就越高；反之，间距越小，镜头的制造难度和成本就越低。
镜头边缘间距的计算方法镜头边缘间距的计算方法通常有两种：一种是根据成像公式计算，另一种是根据经验公式计算。
1.根据成像公式计算：根据成像公式，可以计算出镜头边缘间距对成像质量的影响，从而确定合适的间距大小。
这种方法需要对成像公式有深入的了解，并且需要有一定的光学设计经验。
2.根据经验公式计算：经验公式是根据大量的光学设计经验总结出来的，可以根据镜头的成像要求和条件，快速地计算出合适的边缘间距。
这种方法简单易行，适用于一般的光学设计。
镜头边缘间距的调整与优化在实际的光学设计中，镜头边缘间距的调整和优化是一个重要的环节。
光学设计中镜头边缘的间距
光学设计中镜头边缘的间距（原创实用版）目录一、光学设计概述二、镜头边缘间距的重要性三、镜头边缘间距的计算方法四、影响镜头边缘间距的因素五、结论正文一、光学设计概述光学设计是一种技术活动，旨在创建和优化光学系统，以满足特定的成像或照明需求。
在光学设计中，镜头是其中一个重要的组件，它们负责将光线折射、聚焦和成像。
根据成像要求和照明要求，光学设计师需要对镜头的形状、尺寸和边缘间距等参数进行精确的计算和调整。
二、镜头边缘间距的重要性镜头边缘间距是指镜头的边缘与成像平面之间的距离。
这个距离对光学系统的成像质量和性能具有重要影响。
如果镜头边缘间距过大或过小，都可能导致成像失真、光学系统不稳定等问题。
因此，在光学设计过程中，合理地控制镜头边缘间距是非常关键的。
三、镜头边缘间距的计算方法计算镜头边缘间距通常采用光学设计软件，如 Synopsys 等。
通过软件的辅助，可以更方便、准确地完成计算。
在计算过程中，需要考虑光学系统的成像要求、光源特性、镜头材料等因素，以确保计算结果的准确性。
四、影响镜头边缘间距的因素1.成像要求：成像要求是影响镜头边缘间距的主要因素。
不同的成像要求对应的成像质量、分辨率等指标不同，因此需要调整镜头边缘间距以满足特定的成像需求。
2.光源特性：光源的类型、亮度、色温等特性也会影响镜头边缘间距的计算。
不同的光源特性可能导致光线的传播、聚焦等行为不同，因此在计算镜头边缘间距时需要考虑光源特性。
3.镜头材料：镜头材料的折射率、曲率半径等参数会影响镜头的成像性能，从而影响镜头边缘间距的计算。
五、结论总之，在光学设计中，镜头边缘间距是一个非常重要的参数。
合理的镜头边缘间距有助于提高光学系统的成像质量和性能，确保光学系统的稳定性。
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7.94
4.54
4:3
8.47
4.80
4:3
9.41
5.37
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10.16
5.76
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17.40
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23.70
3:2
n/a
36.00
Sensor Height (mm) Diagonal (mm)
Curtis
16
IR_CUT Filter_1
14:33:24
Curtis
IR_CUT Filter
IR_CUT Filter 1、反射式(Reflection type)：干涉鍍膜。 2、吸收式(Absorption type)：藍玻璃。
17
IR_CUT Filter_2
Curtis
規格標示例：650nm ±15nm @ T = 50％
9
F/#_3
．CCD靈敏度較CMOS為高。
response
不
線
飽
致
性
和
能
區பைடு நூலகம்
區
區
Curtis
exposure
MEMO：CCD所使用的F/#值較大(即光圈較小)。 如果使用過大的光圈，則會落於飽和區 使得成像品質不好。
10
MTF1
黑
白
Curtis
Bmin Bmax
Co ≡ (Bmax – Bmin) / (Bmax + Bmin)
FOV = 2 θ = 2 tan-1[ 5 / 2*3 ] = 79.6(度)
7
F/#_1
Curtis
sensor
D
I0≡Image Intensity 流明 ≡照度
f
F/#：決定光通量、影像的亮度。 F/# = f / D
I0 ∝ 1 / (F/#)2………(進光量與F/#平方成反比)。
MEMO：F/#數值愈小 → 設計上困難度愈高。 FOV愈大 → 設計上困難度愈高。
18
IR_CUT Filter_3
Curtis
．反射式IR_CUT Filter的Angle shift 問題 →入射角度增加，截止波長往短波長偏移。
．吸收式_(藍玻璃、綠玻璃)
→無Angle shift 問題
→但，材料特性為質軟、容易起化學變化，
容易吸水有潮解現象，耐候性不佳等問題。
19
CRA_1
3.00 3.42 3.60 4.04 4.29 4.80 5.35 6.60 9.60 13.10 15.70 24.00
5.00 5.68 6.00 6.72 7.18 8.00 9.00 11.00 16.00 21.78 28.40 43.27
Ratio Diameter / Diagonal
◎Chief Ray Angle(CRA)
θ
Curtis
Iθ CRA(α)
I0
A.S C.R.(30°)
Image plane
與CRA有關的參數： 1、cos4θ Law ： Iθ = I0cos4α
2、RI = Iθ / I0 (相對照度)
20
CRA_2
Curtis
．Sensor端會要求CRA 符合此角度→配合micro lens 的調整。(micro lens與sensor的距離，影響CRA需 求的大小)
8
F/#_2
Curtis
．F/2.8比F/4.0亮度亮兩倍。
例：F/#=2.8 & 4， 焦點距離f=50mm， 則入光大小為：
F/# = f / D；D = f / F/#
1、D(F/2.8) = 50 / 2.8 = 17.86 2、D(F/4.0) = 50 / 4.0 = 12.5
1、D(F/2.8) = 50 / 2.8 = 17.86 2、D(F/4.0) = 50 / 4.0 = 12.5．以圓面積計算公式計算 如下：( πR2 ) 1、3.14 * 17.862 ≒ 1002 2、3.14 * 12.52 ≒ 491 (面積F/2.8) ≒ 2 * (面積F/4.0)
Curtis
尺寸表
Type Name
1/3.6" 1/3.2" 1/3" 1/2.7" 1./2.5" 1/2" 1/1.8" 2/3"
1" 4/3" 1.8" 35mm film
Type Aspect Ratio
(W:H)
4:3
Diameter (mm) 7.06
Width (mm) 4.00
4:3
h=70% T61%/S74% @90LP/mm h=80% T59%/S69% @90LP/mm h=90% T58%/S63% @90LP/mm h=100% T59%/S72% @90LP/mm
f=4.87mm 1.494mm
<6mm 650±15nm @50％
未來發展
Curtis
3
基本光學系
25°
例：SENSOR的CRA要求希望α<25°， A、RI = 50％ at 30°(θ) B、RI = 55％ at 30°(θ) 誰優? 實裝上，A周邊光亮比B亮，為何?
→因為， A的CRA(α) = 25°； B的CRA(α) = 30° A比B能配合SENSOR，故A比B亮。
21
1.41 1.40 1.41 1.40 1.41 1.59 1.57 1.54 1.59 1.56 1.61 n/a
6
FOV
Curtis
θ FOV:
Field Of View
θ
sensor
D
FOV = 2 θ = 2 tan-1[ D / 2f ]
f
例：SENSOR對角線D=5mm， 焦點距離f=3mm， 則FOV為：
9
Distortion
10
MTF
11
EFL
12
Back Focus Length(BFL)
13
Optical Total Length
Curtis
2
SPEC.
Item Sensor Pixel Size Image Size Image Circle Lens Composition Field Of View F Number Relative illumination at 100% of Image Height Chief Ray Angle TV Distortion MTF Center
Curtis
0
fN
．Aliasing現象 False color Moire’ pattern
(lp/mm) 100
截止頻率
fN = Nyquist frequency = 1 / 2p
例：p = 3.2μm fN = 1 / (2*3.2*0.001) = 1000 / 6.4 = 156 (lp/mm)
Curtis BFL
4
sensor1
L D
W
Curtis
P
1、Image circle > sensor size(D)。
2、D + 0.4mm( Package 公差)。
P = Pixel size
MEMO：光學設計的考量，要從了解SENSOR開始。 光學設計需與SENSOR達到最佳配合。
5
sensor2
0
50
Co ：物
100%
→
(lp/mm) 100
截止頻率
Ci ：像
→
70%
Optical system
Non-perfect lens 因材料、加工、組立所產生的缺陷。
Curtis
12
MTF3
Curtis
S：Sagittal，弧矢面，放射狀。 T：Tangential，子午面，同心圓狀。
13
MTF4 1.0
主題
Curtis
鏡頭光學規格的介紹
1
內容大綱
1
Pixel Size
2
Image Size
3
Image Circle
4
Lens Composition
5
Field Of View(FOV)
6
F Number
7
Relative illumination (RI)
8
Chief Ray Angle(CRA)
MEMO：如何消除Aliasing?→利用“OLPF”。
14
OLPF1
1.0
1.0
Curtis
0
fN
(lp/mm) 0
(lp/mm)
fN
鏡頭MTF
OLPF_MTF
1.0
0
(lp/mm)
fN
OLPF： 1、雙折射式(Crystal、quartz) 2、繞射式(grating 光柵)
15
OLPF2
false colors
MI-XXXX，OV-XXXX 3.2 x 3.2μm
D:5.6 mm (H:4.48 V:3.36) φ5.9mm 1G3P
59.5゜(at SENSOR Diagonal) F/2.8
55% (at SENSOR Diagonal) D: 19.7゜ H: 20.6゜ V: 20.5゜
<1% Center 54% @ 180 LP/mm 50% @ 200 LP/mm