工程光学课程设计报告书

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 ,ο502=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，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。学习光学玻璃材料知识，通过选择合适的玻璃，校正像差。

4．7月1日：整理思路，撰写课程设计论文，论文中要体现像差概念和评价、体现zemax 评价函数的构造及优化过程像差的变化；检查格式，符合课程设计论文格式要求。

5．7月2日至7月3日：课程设计答辩并上交论文；

三、参考资料或参考文献

[1]胡玉禧.应用光学[M].2版，：中国科学技术大学，2015.2

[2]以谟.应用光学[M].3版，北京：电子工业，2010.7

[3]郁道银，谈恒英.工程光学[M].3版北京：机械工业，2011.

[4]晓彤，岑兆丰.几何光学像差光学设计[M]，：大学，2003.

[5]王之江，实用光学技术手册[M]，北京：机械工业，2007.

[6]王朝晖，焦斌亮，徐朝鹏编著.光学系统设计教程[M].北京：北京邮电大学，2013.8

[7]毛文炜.现代光学镜头设计方法与实例[M].北京：机械工业，2013.4.

[8]林晓阳.ZEMAX光学设计超级学习手册[M].北京：人民邮电，2014.4

本科生课程设计成绩评定表

目录

1．照相机物镜的发展历程 (1)

2．技术要求 (2)

3．光学系统成像评价 (3)

3．1概述 (3)

3．2几何像差及其相应校正方法 (3)

3．2.1球差 (3)

3．2.2彗差 (4)

3．2.3像散 (4)

3．2.4场曲 (4)

3．2.5畸变 (5)

3．2.6色差 (5)

4.三片型照相物镜的设计 (5)

4．1定义系统参数 (5)

4.1.1入瞳直径 (5)

4．1.2 孔径值 (6)

4．1.3 视场 (7)

4．1.4波长 (7)

4．2校正及优化 (12)

4．2.1调试过程 (12)

4．2.2最终优化结果 (13)

5．设计总结 (20)

6．心得体会 (21)

1．照相机物镜的发展历程

很早就有透镜的相关记载，比如出现在古希腊阿里斯托芬的戏剧云彩中的烧玻璃；古罗马老普林尼的文字叙述中也表示罗马帝国知道烧玻璃，并且提及矫正透镜第一个可能的用途：说是尼禄用于观看格斗比赛使用的绿宝石。阿拉伯的数学家Ibn Sahl使用所知的史奈尔定律计算透镜的形状。最古老的人工制品是在美索不达米亚的尼尼微被挖掘出来的石英透镜，大约出现在纪元前640年。

中国战国时期的《墨子》一书，叙述了透镜成像规律。《墨子·经下》及《墨子·经说下》的第二四、二五条，便分别叙述了凹透镜和凸透镜的成像规律。

眼镜大约在1280年的意大利被发明，之后透镜才被普遍的利用。尼古拉斯·库沙则被认为是第一位将凹透镜用于治疗近视的人，时间则是1451年。

恩斯特·阿贝(1860年)提出的阿贝正弦条件，描述了透镜或其他光学系统要能在离开光轴的区域上产生如同在光轴上一样清晰的影像所必须要的条件。他改革了光学仪器，例如显微镜的设计，主导了光学仪器的研究与发展。

在日常生活中，照相机是人们必不可少的，他历史悠久，发展迅速，给人们的往日生活带来了美好的回忆。 1500年意大利人发明用暗室能观察影像，到十八世纪初出现了木制暗箱。1812年英国人渥拉斯顿用新月形凹透镜作为暗箱的镜头，能获得较好的影像，这就是后来的照相机镜头的雏形。

1727年德国人发现硝酸银和白粉的混合物具有感光性。1839年法国人达盖尔发明了银版法，得出了逼真的正像，感光性能有了明显的改进。法国机械商将带有渥拉斯顿型镜头的木制暗箱装上银版感光片，第一次摄下了人像，成为人类历史上第一架可供使用的照相机。从第一架照相机问世至今的一百多年来，照相机有了飞速的发展，它的演变历史大致可分为三个阶段：

1．从1839年到1938年这近百年的时间，为照相机的初级阶段。其特点是适应摄影实践的需求，提高照相机的技术性能和发展照相机的品种。这个阶段后期，形成了照相机工业，并进入了光学机械制造行业。

2．从1939年到五十年代末，为照相机的发展中阶段。特点是光学机械结构进一步完善，电子技术开始应用在照相机上，这个阶段也是120和135照相机并行发展的时代。

3．从六十年代开始至今,为照相机发展的第三阶段。照相机已经进入光学精密机