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三片式照相物镜设计
透镜参数：
1.焦距为9mm。
2.相对孔径为1/4。
3.全视场2ω为40度。
4.所有视场在67.5lp/mm处时，MTF>0.3。
5.三个透镜选用的玻璃依次为ZK5，F6，ZK11。
CAD图：
1.系统二维图：
2.系统三维图：
3.点列图：
1）当ω=20度时，系统的慧差较大。
2）从图中可以看到黑色圆圈所包含的点较多，说明能量较为集中。
3）系统的弥散斑半径较小，该系统符合设计要求。
4.MTF曲线
1）当所有视场在67.5lp/mm处时，MTF曲线>0.3。
符合系统设计要求。
2）图中黑色的线为衍射极限，图中其他曲线的走势和衍射极限的走势基本相同，系统较为优秀。
3）S曲线（弧矢曲线）与T曲线（子午曲线）基本重合，说明镜头的像散比较小。
4）图中曲线较为平直，说明边缘与中间一致性较好。
5.光线扇面（Ray Fan）
6.光程差扇形图（OPD Fan）
7.Field Curv/Dist（场曲）
8.点扩散函数PSF
9.包围圆能量曲线
在上图中，曲线较为陡直，且拐弯点较高，说明该系统较好。
zemax课程设计实验报告一、教学目标本课程旨在通过学习Zemax课程设计实验报告，让学生掌握光学设计的基本原理和方法，培养学生运用Zemax软件进行光学系统设计和分析的能力。
1.掌握光学基本概念和原理，如透镜、镜片、光路等。
2.熟悉Zemax软件的操作界面和功能。
3.了解光学系统设计的基本步骤和方法。
4.能运用Zemax软件进行简单光学系统的设计和分析。
5.能根据设计要求，优化光学系统性能。
6.能撰写简单的Zemax课程设计实验报告。
情感态度价值观目标：1.培养学生对光学学科的兴趣和好奇心。
2.培养学生团队合作精神和自主学习能力。
3.培养学生关注实际问题，运用所学知识解决实际问题的意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光学基本概念、Zemax软件操作、光学系统设计方法和实验报告撰写。
1.光学基本概念：包括透镜、镜片、光路等基本知识。
2.Zemax软件操作：学习Zemax软件的操作界面、功能和基本操作。
3.光学系统设计方法：学习光学系统设计的基本步骤和方法，如系统需求分析、光学元件选型、光学设计等。
4.实验报告撰写：学习如何撰写Zemax课程设计实验报告，包括实验目的、原理、过程、结果和结论等。
三、教学方法本课程采用讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：用于讲解光学基本概念、原理和Zemax软件操作方法。
2.讨论法：用于探讨光学系统设计方法和实验报告撰写技巧。
3.案例分析法：分析实际案例，让学生了解光学系统设计的应用和实际意义。
4.实验法：让学生动手实践，培养实际操作能力和解决实际问题的能力。
四、教学资源本课程所需教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。
1.教材：选用《Zemax课程设计实验报告》教材，用于指导学生学习光学基本概念和Zemax软件操作。
2.参考书：提供相关光学设计和Zemax软件使用的参考书籍，丰富学生的知识储备。
基于ZEMAX的超广角照相物镜设计侯国柱;吕丽军【摘要】针对超广角照相物镜的设计,利用ZEMAX光学设计软件,由各种操作数对镜头的基本参数和外形尺寸进行限制,通过选择适当后组,利用三级逆伽利略系统串接的方法优化设计了前组,前后组组合在一起后经过进一步优化设计,得到一款在可见光波段内、焦距为6.2 mm、全视场角为100°、F数为2.1的照相物镜.该镜头由16片球面透镜组成,设计结果表明,全视场镜头的最大畸变量的绝对值小于3.5％,最大场曲小于0.05 mm,全视场MTF值在空间频率50lp/mm时高于0.7,达到衍射极限.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2016(037)003【总页数】5页(P441-445)【关键词】光学设计;ZEMAX;超广角;照相物镜【作者】侯国柱;吕丽军【作者单位】上海电机学院工业技术中心,上海201306;上海大学精密机械工程系,上海200072;上海大学精密机械工程系,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TN202;TH703;O439大角域范围覆盖、高信息量获取一直是光学传感器研制不断追求的方向之一，短焦距超广角镜头的光学设计是目前工业镜头设计的热点之一，被广泛应用于自动化检测、高清安全监控等领域[1]。
所谓的广角镜头就是焦距较短、视角较大的镜头。
其最大的特点就是可以拍摄广阔的范围，具有将距离感夸张化，对焦范围广等拍摄特点[2-4]。
设计了一款在可见光波段内由16片完全是球面透镜组成的超广角镜头，全视场角为100°，相对孔径为1/2.1，焦距为6.2 mm，系统总长161 mm。
在保证整体像差优异的前提下，最大限度地简化结构，缩小外形尺寸，提高画面清晰度、画面照度和其均匀性。
照相物镜属于大视场大孔径系统，需要校正的像差也比较多，结构较复杂，其初始结构一般都是根据要求从手册、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[5-6]。
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%。
zemax课程设计感受一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握Zemax的基本原理和操作方法，能够运用Zemax进行光学系统的设计和分析。
具体分为以下三个部分：1.知识目标：学生需要了解Zemax软件的发展历程、基本功能和应用领域；掌握Zemax的基本操作，如建立光学系统、添加元件、调整参数等。
2.技能目标：学生能够独立完成光学系统的设计和分析，掌握Zemax软件的各种工具和功能，如光斑图、MTF图、光学传递函数等。
3.情感态度价值观目标：培养学生对光学设计的兴趣和热情，提高学生的问题解决能力和创新意识，使学生认识到光学技术在现代科技领域的重要地位。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.Zemax软件的基本原理和功能介绍：介绍Zemax软件的发展历程、应用领域和基本功能，使学生对Zemax有一个整体的认识。
2.Zemax软件的基本操作：详细讲解Zemax软件的界面布局、操作方式，以及如何建立光学系统、添加元件、调整参数等。
3.光学系统设计方法：介绍光学系统设计的基本方法，如几何光学、波动光学等，并通过实例讲解如何运用Zemax进行光学系统的设计和分析。
4.Zemax软件的高级功能：讲解Zemax软件的高级功能，如光斑图、MTF图、光学传递函数等，以及如何利用这些功能进行光学性能分析。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式，包括：1.讲授法：讲解Zemax软件的基本原理、操作方法和光学系统设计技巧，使学生掌握光学设计的基本知识。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解光学系统设计的具体过程，提高学生的问题解决能力。
3.实验法：让学生亲自动手操作Zemax软件，进行光学系统的设计和分析，培养学生的实践能力。
4.讨论法：学生进行小组讨论，分享学习心得和设计经验，激发学生的创新意识。
四、教学资源为了保证教学的顺利进行，我们将准备以下教学资源：1.教材：《Zemax光学设计手册》等相关教材，为学生提供理论知识的支持。
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。
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。
三片式照相物镜设计
透镜参数：
1.焦距为9mm。
2.相对孔径为1/4。
3.全视场2ω为40度。
4.所有视场在67.5lp/mm处时，MTF>0.3。
5.三个透镜选用的玻璃依次为ZK5，F6，ZK11。
CAD图：
1.系统二维图：
2.系统三维图：
3.点列图：
1）当ω=20度时，系统的慧差较大。
2）从图中可以看到黑色圆圈所包含的点较多，说明能量较为集中。
3）系统的弥散斑半径较小，该系统符合设计要求。
4.MTF曲线
1）当所有视场在67.5lp/mm处时，MTF曲线>0.3。
符合系统设计要求。
2）图中黑色的线为衍射极限，图中其他曲线的走势和衍射极限的走势基本相同，系统较为优秀。
3）S曲线（弧矢曲线）与T曲线（子午曲线）基本重合，说明镜头的像散比较小。
4）图中曲线较为平直，说明边缘与中间一致性较好。
5.光线扇面（Ray Fan）
6.光程差扇形图（OPD Fan）
7.Field Curv/Dist（场曲）
8.点扩散函数PSF
9.包围圆能量曲线
在上图中，曲线较为陡直，且拐弯点较高，说明该系统较好。
目录一、前言 (1)二、设计技术参数 (1)三、外形尺寸计算 (2)四、初始结构的选型和计算 (6)五、利用zemax优化及评价 (8)六、设计心得体会 (12)七、参考文献 (13)内调焦望远物镜的设计一、前言内调焦望远镜是一种具有多种用途、使用方便的光学检调仪器,它可以作为自准直仪和可调焦望远镜使用。
因此它广泛地应用于光学实验室、光学加工车间和光学装校车间作为检验和调校工具。
例如,作为内调焦望远镜使用时：可以用来检验导轨、平面或直尺的“直线性”,基面之间的“垂直性”,平面之间的“平行性”以及不同直径孔径之间的“同轴性”；作为自准直仪使用时：可检测平面间的角度,光学平行平板两表面的楔角以及观测星点等等。
内调焦是针对外调焦而言的，外调焦是指通过直接移动目镜或者物镜进行调焦，内调焦是指移动镜头组之间的一组镜片来调焦.内调焦广泛运用在某类结构的防水产品上，优点是密封性好一些，但是若设计不当视野会相对窄。
二、设计技术参数技术条件如下：相对孔径D/f’=1/6.58合成焦距f’=250mm物镜筒长L=165mm（薄透镜筒长）物方半视场角w=-2°三、外形尺寸计算根据上图进行光路计算2'(101)12012/'l f d d L f Q ϕϕϕϕϕϕ=-=+-=式中，L ，f ’已知，当假设d0后便可由上述三式求得φ1、φ2、和l2’。
相应地，φ1、φ2可按下述二式求得11/1'1/0/0'1/'21/2'(')/0(0)f d L d f f f f L d d L ϕϕ==-+==--计算结果如表所示 d0/mm 25 50 75 82.5 100 125 150 165 f1’/mm56.81892.595117.18123.13135.14148.81159.57165f2’/mm-41.17-67.65-79.41-80.10-76.47-58.82-26.47由上表知，当Q 给定后，f1’随d0的增加而增加，-f2’开始随d 的增加而增加，到L/2时随d0的增大而减小。
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/ν
38.339 3.57 1.71289 53.9
50.988 0.32
35.192 5.49 1.71289 53.9
197.94 4.83
-96.144 1.87 1.6362 35.3
26.53 8
-1074.1 1.38 1.53246 45.9
37.053 7.6
-49.135 1.72904 54.8
表1
2、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/ν
50.659 4.717 1.71289 53.9
67.373 0.423
46.501 7.254 1.71289 53.9
261.548 6.382
-127.040 2.471 1.6362 35.3
35.055 10.571
-1419.262 1.824 1.53246 45.9
48.960 10.042
-64.925 1.72904 54.8
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general data,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。
③在analysis里面的miscellaneous中点击field curv/dist，得到图形如下，其中distortion即为畸变
由图知畸变约为0.125%，小于3%，已到要求。
④同③点击lateral color，即为倍率色差。
由图知倍率色差约为10微米，基本要求。
综上所述，我们所要做的就是对原始数据进行优化，是它的弥散斑直径符合要求。
优化一
（6）优化。
（说明：优化并无严格规则，可根据具体情况灵活处理）
在本实验中，选择曲率半径为优化对象，双击surface1，出现
在solve type下拉框中选择variable,如图
剩下的8个面如法炮制，另外为了使弥散斑尽量聚焦于一点，但不改变透镜厚度和镜组之间距离，将surface9名下的thickness也改为variable。
得到
接着设置优化功能，在system的editors中选取merit function，进入tools，再点击default merit function,即我们选用default merit function，这还不够，我们还要规定给merit function一个focal length为100的限制，所以在merit function editor第1列中往后插入一列，即显示第2列，代表suface2，在此列中的type上键入EFFL，同列中的target项中键入100，weight中键入1。
跳出merit function editor，在tools 中选optimization项，按automatic，完毕后跳出来，此时已完成最佳化设计，如前，重新检验畸变倍率色差即弥散斑大小是否符合要求。
可以看到弥散斑大小均符合要求
畸变小于3%，符合要求
倍率色差小于10um符合要求。
透镜的2D图如下：
可以看出，虽然透镜组附符合物理设计但是第一个镜片为凹镜，不符合给出的组合镜要求，故仍需要进行优化。
优化二
（7）再优化。
基本步骤如前，为了不使第一组镜片变形，曲率半径1不设为变量。
其余照旧。
得到如下结果
弥散斑最大直径不超过34.118，符合要求
畸变0.2061%，符合要求，比优化1好多了
倍率色差小于5um，符合要求
图形也符合设计要求。
可以看到结果明显好于第一次优化。
优化三
（8）补充：在优化中设置优化功能，在system的editors中选取merit function，进入tools，
再点击
Wavefront将他设置为spot radius如下图
其余一切照旧得到如下图表
优化后得到下列图
可以看到弥散斑直径得到更好的优化效果，另外倍率色差也比优化2好，透镜组也符合要求。
（9）综上所述，优化一、优化二均符合要求，可自行选择。
