摄像物镜的优化设计课设报告
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。
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。
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。
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。
光学镜头设计报告书
光学镜头设计报告书1. 引言该报告主要介绍了光学镜头设计的相关信息和过程。
光学镜头在现代光学系统中起着重要的作用，它能够控制光的传播方向、聚焦光线和纠正光线的畸变等。
本报告的目标是设计一款高质量的光学镜头，以满足范围广泛的应用需求。
2. 光学镜头设计流程2.1 需求分析在开始设计前，首先需要明确镜头的使用要求和应用场景。
通过仔细分析用户需求，以及对可用技术和器件的了解，可以明确设计镜头的类型、参数和性能要求。
2.2 镜头设计在镜头设计过程中，需要考虑以下几个方面：2.2.1 光学系统布局根据镜头的类型和特定要求，确定镜头的布局。
布局通常包括凹凸镜头的组合方式、镜头和物体的距离以及镜片的形状和表面特性等。
2.2.2 系统建模使用适当的光学建模软件，对设计的镜头系统进行建模和优化。
通过优化计算，可以找到满足要求的最佳系统参数。
2.2.3 镜片选择和优化根据系统参数要求，选择适当的镜片材料和形状。
通过光学优化算法，对镜片进行优化，达到最佳的成像效果。
2.3 光学镜头制造在完成光学设计后，需要将所设计的镜头制造出来。
该过程通常包括以下几个步骤：2.3.1 材料采购和加工根据设计要求，采购合适的光学材料，并进行加工，制造出符合设计要求的镜片和透镜。
2.3.2 镜片组装将各个制造好的镜片进行组装，根据设计要求精确地安装在光学系统中。
2.3.3 光学测试和校准完成镜头组装后，需要进行光学测试和校准。
通过精确测量镜头的焦距、畸变和传递函数等参数，确保镜头的性能符合设计要求。
3. 设计结果与分析经过以上步骤的设计和制造，我们成功地设计出了一款高质量的光学镜头。
以下是部分重要参数的测试结果：- 焦距：50mm- 总长度：60mm- 最大光圈：f/2.8- 分辨率：达到0.1mm根据这些测试结果和实际应用需求，我们可以得出结论：该镜头的成像效果优良，能够满足广泛的应用需求。
4. 结论通过本次光学镜头设计的过程，我们深入了解了光学镜头的设计原理和工艺流程。
光学镜头成像质量评估与优化设计
光学镜头成像质量评估与优化设计随着像素越来越高、传感器越来越大，光学镜头的成像要求也越来越高。
每一个厂家都在努力制造尽可能清晰、尽可能色彩真实、尽可能不失真的镜头，但这只是基本的要求，如何评价镜头的良好程度是一个复杂的任务。
而要优化镜头，使它越来越好，需要明确一些目标参数，并对这些参数进行研究。
第一步：确定目标参数光学镜头的成像质量主要包括分辨率、畸变、色散、虚光、像差等参数。
下面分别介绍这些参数的含义和标准以及如何优化。
1. 分辨率分辨率用来描述镜头投射的物体最小细节被捕捉的程度，它通常由图像上的线对数来表示。
目前常见的图像分辨率标准有全高清、4K等。
而针对光学镜头，分辨率还通常用MTF（Modulation Transfer Function）曲线来表示。
MTF曲线是描述镜头成像质量的一个很好的标准，它的坐标轴是分辨率和对比度，通过这个曲线可以了解它对不同对比度的细节捕捉程度。
MTF曲线降至50%处对应的分辨率称为Modulation transfer function 50（MTF50），这通常是评价分辨率最主要的标准。
对于一款好的镜头，MTF曲线应该尽量平稳，而且集中在高频细节区域。
2. 畸变畸变是指物体被放大或缩小后变形的现象。
这通常是由于镜头不完全的球状曲线或钱形形状导致的。
畸变分为径向畸变和切向畸变两种类型。
在摄影中，径向畸变通常指圆形对象的呈现不够真实和标准。
这个问题出现在小焦距广角镜头上特别明显，而切向畸变可以在机器视觉任务中和相应的测量应用中看到。
3. 色散色散是光线经过透镜聚焦后呈现不同颜色的现象。
光谱成份有不同的折射率并且在透镜内透过的轨迹也稍有不同，这就造成了颜色的偏差，这通常被称为色差。
镜头分为长焦和广角，并且也通常有单片或复合片层，因此也可以分为长焦色散和广角色散。
所以评估镜头色散的方式应该根据镜头本身来设计，通常需要测量成像的各种颜色。
4. 虚光在光源非常强时，将镜头置于光源的正面，较差的镜头通常在成像区域产生亮斑。
光学设计实验报告范文(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解光学系统设计的基本原理和方法。
2. 掌握光学设计软件的使用，如ZEMAX。
3. 学会光学系统参数的优化方法。
4. 通过实验，加深对光学系统设计理论和实践的理解。
二、实验器材1. ZEMAX软件2. 相关实验指导书3. 物镜镜头文件4. 目镜镜头文件5. 光学系统镜头文件三、实验原理光学系统设计是光学领域的一个重要分支，主要研究如何根据实际需求设计出满足特定要求的成像系统。
在实验中，我们将使用ZEMAX软件进行光学系统设计，包括物镜、目镜和光学系统的设计。
四、实验步骤1. 设计物镜（1）打开ZEMAX软件，创建一个新的光学设计项目。
（2）选择物镜类型，如球面镜、抛物面镜等。
（3）设置物镜的几何参数，如半径、厚度等。
（4）优化物镜参数，以满足成像要求。
2. 设计目镜（1）在ZEMAX软件中，创建一个新的光学设计项目。
（2）选择目镜类型，如球面镜、复合透镜等。
（3）设置目镜的几何参数，如半径、厚度等。
（4）优化目镜参数，以满足成像要求。
3. 设计光学系统（1）将物镜和目镜的镜头文件导入ZEMAX软件。
（2）设置光学系统的其他参数，如视场大小、放大率等。
（3）优化光学系统参数，以满足成像要求。
五、实验结果与分析1. 物镜设计结果通过优化，物镜的焦距为100mm，半视场角为10°，成像质量达到衍射极限。
2. 目镜设计结果通过优化，目镜的焦距为50mm，半视场角为10°，成像质量达到衍射极限。
3. 光学系统设计结果通过优化，光学系统的焦距为150mm，半视场角为20°，成像质量达到衍射极限。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了光学系统设计的基本原理和方法。
2. 学会了使用ZEMAX软件进行光学系统设计。
3. 加深了对光学系统设计理论和实践的理解。
4. 提高了我们的动手能力和团队协作能力。
5. 为今后从事光学系统设计工作打下了基础。
注：本实验报告仅为示例，具体实验内容和结果可能因实际情况而有所不同。
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。
镜头优化设计
鏡頭優化設計班級:碩光材二甲姓名:黃景煥學號:197661471.優化的目的:為了設計和製造出成像質量我們利用優化 同時也滿足是先給定的一組物理的和其他的限制條件。
用一個誤差函數來計量，誤差函數把圖像的誤差數據組合成一個單一的數字，並力圖使該數字盡可能的小。
雖然，各種控制和權重可以比較容易和大量進行修改，但是，在CODE V的基本架構中已經預先定義了誤差函數。
2.優化方式:AUTO使用一種加速阻尼二乘法(DLS)算法使可以改變系統成像質量的變量發生變化。
如果需要，AUTO會使用Lagrangian乘數強行加入約束條件。
這就可以對約束條件進行精準的控制，而不要求限制條件被包括在誤差函數本身中，通常會在限定的求解區內比較快和比較平穩地收斂到一個最優化的鏡頭。
3.自動設計過程:4.局部優化和全局部優化如果把誤差函數想像為一座有多座山峰和山谷組成的空間，那麼優化的目標就是要找到有可能是最低的山谷。
在局部優化中，將會找到距起始點最近的山谷。
全局優化會在搜尋最深的山谷過程中從起始點向更遠處探測山谷，或者稱為全局最佳。
CODE V的全局綜合(GS)(Global Synthesis)是一個極好的全局優化屬性，他可以從任何一個實際的起始得到多個解。
5.操作規則:優化一個透鏡所需要的程序規則。
除了變量是在LDM中設定確定，分析檢查是在MTF和FILED選項中完成外，在此敘述的步驟都將在Automatic Design選項對話框中執行(Optimization選項):把所有曲率半徑、厚度和虛擬玻璃都設為變量，然後保存修改過後的起始點。
確保所有的玻璃元件都有足夠厚度(General Constraints列表)。
確保所有玻璃的折射率不會太高(General Constraints列表)。
限制有效焦距(EFL)等於目前的6mm(Specific Constraints列表)。
在每一次優化循環後都匯出透鏡視圖(Output Control列表)使用Default的光班尺寸(光線的橫向像差)誤差函數，但是在網格中追跡更多光線(Error Function Definitions and Controls列表)。
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。
照相机物镜的设计 课程设计
武汉工程大学课程设计（学年论文）说明书课题名称：照相机物镜的设计专业班级：学生学号：学生姓名：学生成绩：指导教师：课题工作时间： 2011年6月20日至 2011年7月1日XXX大学教务处一.前言背景知识相机镜头是相机中最重要的部件，因为它的好坏直接影响到拍摄成像的质量。
同时镜头也是划分相机种类和档次的一个最为重要的标准。
一般来说，根据镜头，可以把相机划分为专业相机，准专业相机和普通相机三个档次，无论是传统的胶片相机还是数码相机，都可以适用于这个划分。
镜头能分为变焦和定焦两大类。
变焦镜头我们刚才已经试用了，就是焦距可变，也就是可以推拉的镜头。
除此之外还有定焦镜头，就是焦距不能变只有一个焦段，或者说只有一个视角。
在镜头外观上二者存在明显的差异，定焦镜头只有对焦环（就是控制清晰度的，稍后介绍），而变焦镜头拥有两个环，一个对焦环（控制清晰度）和变焦环（控制视角，即推拉）。
定焦镜头因为其焦距固定，因此比较好分类：广角镜头：一般低于35mm的镜头为广角镜头，低于28mm的为超广角镜头。
广角镜头视角广，纵深感强，景物会有变形，比较适合拍摄较大场景的照片，如建筑、集会等。
中焦镜头：一般在36mm到134mm的镜头为中焦镜头。
中焦镜头比较接近人正常的视角和透视感，景物变形小，适合拍摄人像、风景、旅游纪念照等。
长焦镜头：一般高于135mm以上的镜头为长焦镜头，也被称为远摄镜头。
其中，大于300mm 以上的为超长焦镜头。
长焦镜头视角小，透视感弱，景物变形小，适合拍摄无法接近的事物，如野生动物、舞台等，也可以利用长焦镜头虚化背景的作用，拍摄人像。
变焦镜头因其焦段变化，不好一概而论。
假设其焦段在广角、中焦、长焦的一段或者两段间变化，也可以称为广角变焦镜头、中长变焦镜头等。
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%。
简单光学镜头优化设计_——_-5倍显微物镜的优化设计
简单光学镜头优化设计_——_-5倍显微物镜的优化设计率和阿贝数；像差系数的下标 p 表示该系数是属于棱镜的。
2、解消像差方程：设用物镜的初级像差去平衡棱镜的初级像差，附录 C 的公式，有S I hP SIpShPJWSII p IIp 2C I h CIp式中， SI 、 SII 和 CI 分别是希望物镜具有的初级球差系数、初级彗差系数和初级位置色差系数；h 和 hp 分别是轴上点满孔径近轴光线及最大视场近轴光线在物镜上的投射高度；J 是物镜的光学不变量，它们的值可已知数据得到，它们分别为：h u1 (l1 -d -d 2 ) ( ) ( ) hp 0J nyu1 1( ) ( )将 SIp 、 SIIp 、 CIp 及 h 、 hp 、 J 值代入式得：65P 10 ， W 10C规化至、第步将和3 1 P W h 1I104 mm附录 D 提供的式、式和式，有P 4 P ( h)3 10W 3 W ( h)2 10I hCIC24 10u1 1hu其中，是物镜的光焦度， 1/ f 。
4、第 2 步将 P 和W 规化到无限远附录 D 提供的式有2P P u1 (4W 1) u1 (3 2 )W W u1 (2 )将已得出的 P 、W 和 u1 值代入得 3P 10 1 W 10 5、求 P0附录 D 提供的式有2 2P0 P (W W0 ) P (W )其中，对于冕牌玻璃在前的玻璃对，W0 ；对于火石玻璃在前的玻璃对， W0 。
这里取它们的平均值 W0 。
6、选物镜玻璃对据已得的 CI 和 P0 数据，在附录 F 的双胶薄透镜P0 、 Q0 表中找出物镜的玻璃对及相关数据。
现选出 5 对玻璃对，以资比较。
第 1 对玻璃对为，这是冕牌玻璃在前的玻璃对，其中BaK7 的折射率和阿贝数分别为 n1 ， 1 ； ZF3 的折射率和阿贝数分别为n ，2 。
这对玻璃，当 CI 0 时， P0 ， Q0 。
双高斯物镜的ZENAX优化设计
双高斯物镜的ZENAX优化设计《光学课程设计》目录一、介绍............................................................................................................... - 2 -二、用初级像差理论确定初始结构 ................................................................ - 3 -三、用ZEMAX优化........................................................................................ - 9 -四、总结........................................................................................................... - 29 -五、心得体会..................................................................................................... - 29 -参考文献............................................................................................................. - 30 -一、介绍双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。
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所示。
图 1 双高斯物镜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。
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。
HENE激光光束物镜优化设计
淮海工学院课程设计报告书课程：光电子元器件认知、设计与制作(五)-----光学设计题目：He-Ne激光光束聚焦物镜优化设计实例学院：理学院专业：光信息科学与技术班级：光信131姓名：傅爽学号： 2013122655指导教师：陆金男2016年6月29日目录一、设计任务 (3)二、镜头片数及玻璃选择的考虑和初步分析 (3)2.1 单片低折射率的情况 (3)2.2 单片高折射率的情况 (4)三、高折射率双片透镜 (4)3.1 初始结构 (5)3.2 第一步优化 (6)3.3 第二步优化 (7)四、结束语 (10)评语 (11)一、设计任务1）焦距f’=60mm；相对孔径D/f’=1/2；工作波长λ=0.6328um。
2）此镜头只需校正轴上物点球差。
3）几何弥散圆直径小于0.02mm。
4）镜头结构尽量简单，争取两片达到要求。
二、镜头片数及玻璃选择的考虑和初步分析2.1 单片低折射率的情况先看看用一块镜片作此物镜，像差状况如何。
镜片玻璃采用普通的K9，折射率为n=1.51466；光阑放在透镜的第一面，入瞳直径取为30mm，令透镜的第一面作变量，第二面半径用以保证物镜的相对孔径D/f’=1/2;透镜厚度取为6mm。
将0.3、0.5、0.7/、0.85和全孔径的横向球差TRAY加入评价函数中，它们的目标值都取零，权重都取1。
之所以评价函数中要求五个孔径的横向球差，是考虑到这个物镜的相对孔径比较大，而球差又要求很小，所以校正的思想一是各级球差都要尽可能小，二是各级球差间要达到合理的平衡。
至于物镜的像质能否达到要求，重要的是看它的结构是否有能达到设计要求的内因，将会看到单片结构就没有这方面的内因。
值得提出，这里所写的“TRAY”是ZEMAX程序中的定义，程序中称为横向像差操作数。
其含义在此处相当于统称的横向球差。
使用“TRAY”时其下要确定三个参数，一个是当前要计算的波长；第二个明确是哪个视场的；第三个明确是哪个孔径。
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 。
照相物镜设计实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解照相物镜的基本原理和设计方法。
2. 掌握照相物镜的光学系统设计流程。
3. 学会利用光学设计软件进行照相物镜的优化设计。
4. 评估设计结果，分析实验数据。
二、实验原理照相物镜是一种用于拍摄照片的光学系统，其主要功能是将物体成像在感光材料上。
照相物镜的设计需要满足以下条件：1. 焦距：物镜的焦距决定了拍摄距离和视角。
2. 相对孔径：物镜的相对孔径决定了拍摄时的进光量。
3. 视场角：物镜的视场角决定了拍摄范围。
4. 像质：物镜的像质决定了成像清晰度。
三、实验器材1. 光学设计软件（如Zemax、Code V等）。
2. 物镜设计计算公式和表格。
3. 物镜设计实例资料。
四、实验步骤1. 确定物镜设计参数：根据实际需求，确定物镜的焦距、相对孔径、视场角等参数。
2. 设计物镜光学系统：利用光学设计软件，根据设计参数进行光学系统设计，包括选择透镜材料、确定透镜形状和厚度等。
3. 优化设计：根据物镜设计计算公式和表格，对设计结果进行优化，提高物镜性能。
4. 评估设计结果：分析实验数据，评估物镜性能，如焦距、相对孔径、视场角、像质等。
5. 改进设计：根据评估结果，对设计进行改进，提高物镜性能。
五、实验结果与分析1. 设计参数：本实验设计的物镜焦距为50mm，相对孔径为1:4，视场角为45°。
2. 设计结果：利用光学设计软件，设计出物镜光学系统，包括5个透镜和1个光阑。
3. 优化设计：根据物镜设计计算公式和表格，对设计结果进行优化，提高物镜性能。
优化后，物镜的焦距、相对孔径、视场角和像质均得到改善。
4. 评估设计结果：通过分析实验数据，评估物镜性能如下：（1）焦距：实验测得的焦距为49.8mm，与设计值基本一致。
（2）相对孔径：实验测得的相对孔径为1:4.2，略大于设计值。
（3）视场角：实验测得的视场角为44.5°，略小于设计值。
（4）像质：通过MTF（调制传递函数）分析，物镜在50lp/mm处的MTF值为0.4，满足设计要求。
摄像头光学系统中的透镜设计优化
摄像头光学系统中的透镜设计优化摄像头光学系统中的透镜设计是确保图像质量和性能的重要组成部分。
透镜的设计优化不仅可以改善图像分辨率和对焦范围，还能增加光线透过率并减少畸变等问题。
本文将介绍摄像头光学系统中的透镜设计优化的关键因素和方法。
首先，透镜的主要功能是将光线聚焦在图像传感器上，因此透镜的焦距是一个关键参数。
适当选择透镜的焦距可以确保图像的对焦范围和景深。
在设计优化过程中，需要根据实际需求和应用场景来确定最佳的焦距。
例如，在需要拍摄近距离细节的情况下，透镜的焦距应选择较小的值以增加放大倍率。
其次，透镜的光圈大小对光线透过率和景深也有显著影响。
光圈的大小决定了进入透镜的光线量，因此适当选择光圈可以增加背光场景下的图像亮度，并提高图像的对比度。
另外，较小的光圈可以产生较高的景深，这在需要拍摄大范围景物时非常有用。
另一个关键参数是透镜的材料选择。
不同的材料具有不同的折射率和色散性质，因此会对摄像头的光学性能产生影响。
设计优化过程中，需要考虑材料的透明度、折射率和色散性等因素，以确保图像的色彩还原度和透明度。
此外，透镜的形状和表面质量也是设计优化中需要考虑的重要因素。
透镜的形状可以影响到图像的畸变和像差等问题。
通过优化透镜的曲率半径和表面形状，可以最小化图像的畸变和像差，并提高图像的质量和清晰度。
对于透镜的表面质量，需要考虑表面光滑度和折射率的一致性，以减少光线的散射和反射。
最后，透镜与其他光学元件之间的配合也是设计优化中需要考虑的因素。
例如，在透镜前方添加滤光片可以调整光谱分布，以适应不同的环境和光照条件。
与图像传感器之间的距离和正常入射角度的选择也需要优化，以确保图像的清晰度和对称性。
总结起来，摄像头光学系统中的透镜设计优化是一个综合考虑多个因素的过程。
通过合理选择焦距、光圈大小、材料、形状和配合等参数，可以改善图像分辨率、对焦范围和光线透过率，并减少畸变和像差等问题。
优化透镜设计可以显著提高摄像头的性能和图像质量，为用户提供更好的拍摄体验。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
r1=13.44
d1=4.41
n=1.67779
v=55.2
r2=30.996
d2=4.41
r3=-40.614
第1章 设计任务及要求
1.1 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>6mm
5、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。
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°
1小视场物镜:视场角在30以下；
2中视场物镜:视场角在30°~60°之间；
3广角物镜:视场角在60°~90°之间；
4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：
1弱光物镜:相对孔径小于1：9；
2普通物镜:相对孔径为1:9~1：35；
3强光物镜:相对孔径为1:3.5~1：14；
d3=1.01
n=1.59341
v=35.5
r4=13.44
d4=2.39
r5=32.508
d5=3.36
n=1.696.2 系统初始结构参数的设定
打开Zemax软件，在数据编辑器中输入三片摄影物镜的初始结构参数。
图3-1
3.3 入瞳直径的设定
点击“Gen”按钮打开“General”窗口，在“General”系统通用数据对话框中设置孔径和玻璃库。在孔径类型（Aperture Type：）中选择“Entrance Pupil Diameter”，并根据设计要求在“Aperture Value：”输入“2.8”。
第3章 设计过程
3.1 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。
若仅存在像散，则轴外物点的光线通过光学系统后聚焦成两条焦。在这两条焦线的中点，光束形成最小弥散圆。若将底片弯成处处都在这样的位置，则可获得处处像点弥散成最小的圆形斑。此时在理想像平面上，像点呈椭圆斑。
2.2.4 场曲
设球面物体Q与折射球面R同心。由分析可知，垂轴平面上的物体不可能成像在理想的垂轴像平面上，这种偏离现象随视场的增大而逐渐加大，使得垂直于光轴的平面物体经球面成像后变得弯曲。
由于透射材料折射率随波长变化，造成物点发出的不同波长的光线通过光学系统后不会聚在一点，而成为有色的弥散斑。它仅出现于有透射元件的光学系统中。按照理想像平面上像差的线大小与物高的关系，可区分为：
①位置色差（又称纵向色差） 与物高无关的像差，即不同波长的光线经由光学系统后会聚在不同的焦点。
②横向色差（又称倍率色差） 与物高一次方成正比的像差。它使不同波长光线的像高不同，在理想像平面上物点的像成为一条小光谱。
(2)当物体处于无限远时，β→∞像高为y'=f’tanω，因此半视场角ω=arctany’/f’。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=D*f/λ=u/λ,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’=1/4pi*Lτ(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,照相物镜分为：
2.2.3 像散
当轴外物点发出一束很细的光束通过入瞳进入系统时，成对的宽光束光线之间的失对称现象将被忽略，球差也不会对细光束有大的影响。但是，光束各截面之间仍然存在着失对称现象，且随着视场的增大而愈加明显。轴外B点发出细光束在球面上所截得的曲面显然已不是一个对称的回转曲面，它在不同截面方向上有不同的曲率，并在子午和弧矢这两个相互垂直的截面方向上具有最大或最小的曲率，表现出最大的曲率差。子午和弧矢面上的细光束，虽然各自能会聚于主光线上的一点，但相互并不重合，即一个轴外物点以细光束成像，被聚焦为子午和弧矢两个像，这种像差我们称其为细光束像散。
2.2.2 慧差
由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系统折射后，若在理想平面处不能结成清晰点，而是结成拖着明亮尾巴的彗星形光斑，则此光学系统的成像误差称为彗差。
简而言之，彗差是轴外物点发出宽光束通过光学系统后，并不会聚一点，相对于主光线而是呈彗星状图形的一种失对称的像差。距离主光线向点越远，形成的圆斑直径越大。这些圆斑相互叠加的结果就形成了带有彗星形状的光斑。光斑的头部（尖端）较亮，至尾部亮度逐渐减弱，称为彗星像差，简称彗差。
与物高二次方、入射光瞳口径一次方成正比的像差。若仅存在场曲，则所有物平面上的点都有相应的像点，但分布在一个球面上；若采用弯成此种形状的底片，则可获得处处清晰的像。此时在理想像平面上，像点呈现为圆斑。
2.2.5 畸变
理想光学系统中，物像共轭面上的垂轴放大率为常数，所以像与物总是相似的。但在实际光学系统中，只有在近轴区域才有这样的性质。一般情况下，一对共轭面上的放大率并不是常数，随视场的增大而变化，即轴上物点与视场边缘具有不同的放大率，物和像因此不再完全相似，这种像对物的变形像差我们称为畸变。
4超强光物镜:相对孔径大于1：14。
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,其至是不可能的。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的组合,相对孔径仍然很小，如Hypogon 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
图3-2
3.4 视场角的设定
点击“Fie”按钮打开“Field Data”窗口，设置视场分别为0、0.3、0.5、0.7071。
图3-3
3.5 工作波长的设定
选择可见光波段，点击Wav按钮，设置Select-F，d，C（Visible），自动输入三个特征波长。
图3-4
3.6 评价函数的选择与设定
执行命令Editors----Mreit Function打开Mreit Function Editor编辑窗口，在Mreit Function Editor编辑窗口中执行命令Tools---Default Merit Function，打开默认评价函数对话窗口，选择RMS---Spot Radius--Centroid评价方法，并将厚度边界条件设置为玻璃最小中心厚度与边缘厚度4mm，最大中心厚18mm，空气间隔最小2mm。
仅与物高三次方成正比的像差。若仅有畸变，得到的像是清晰的，只是像的形状与物不相似[]。
上述单色像差，仅与物高和入射光瞳口径的幂总共三次方成正比，称为三级像差（又称初级像差），此外还有与物高和入射光瞳口径的幂总共高于三次方的成正比像差，称为高级像差。
2.2.6 色差
大多数情况下，物体都以复色光（例如白光）成像，白光包含了各种不同波长的单色光，光学材料对不同波长的谱线有不同的折射率。第三章给出的透镜计算表明，透镜的焦距取决于两表面的曲率半径和材料的折射率，当半径确定后，焦距随折射率而变化。当白光经过光学系统时，系统对不同波长有不同的焦距，各谱线将形成各自的像点，导致一个物点对应有许许多多不同波长的像点位置和放大率，这种成像的色差异我们统称为色差。
这是两种最基本的色差，由于波长不同还会引起单色像差的不同，这称为色像差，如色球差、色彗差等。如果物平面处在无穷远，上述物高应换为物点的视角(即它和光轴的夹角)[]。
2.2.7 波像差
从物点发出的波面经理想光学系统后，其出射波面应该是球面。但实际光学系统存在像差，实际波面与理想面就有了偏差。当实际波面与理想波面在出瞳处相切时，两波面间的光程差就是波像差。
第2章
2.1 基本参数
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成像的大小：
(1)当物体处于有限远时，像高为y’=（1-β）f’tanω，式中，β为垂轴放大率，β=y’/y=l’/l。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,l'≈f',所以β=f'/l。
2.2 像差
2.2.1 球差
轴上物点的物距L确定时，其像点位置L'是孔径角U（或h）的函数，实际像点与理想像点的位置之差，叫做球差。球差（Spherical aberration）亦称球面像差。轴上物点发出的光束，经光学系统以后，与光轴夹不同角度的光线交光轴于不同位置，因此，在像面上形成一个圆形弥散斑，这就是球差。一般是以实际光线在像方与光轴的交点相对于近轴光线与光轴交点（即高斯像点）的轴向距离来度量它。