zemax光学设计案例

Zemax光学设计：一个胶囊内窥镜的设计实例

引言：

内窥镜是一种常用的医疗器械，可经由人体天然孔道或手术切口进入人体，用于检查人体内部难以触及的组织结构。内窥镜可分为硬管式内窥镜、半可屈式内窥镜、纤维内窥镜、电子内窥镜等。医用内窥镜不仅可以加装摄像系统，还可以进行手术治疗。胶囊内窥镜属于电子内窥镜的一种，同一般的电子内窥镜一样，其成像依赖于CMOS或CCD 器件，且其成像效果优于纤维内窥镜，分辨率高。胶囊内窥镜的工作系统由体内和体外两大部分组成，其中：体内部分是由摄像模块、电源模块、无线传输模块、照明模块构成的内窥镜胶囊；体外部分则由影像接收仪、影像与报告处理工作站、胶囊遥控单元组成。胶囊内窥镜通过吞服进入体内，由肠道排出，具有一次性的特点。与传统的多次使用的内窥镜相比，胶囊内窥镜杜绝了交叉感染的风险；同时,由于胶囊内窥镜外形圆润、体积小,可以降低检查时给患者带来的痛苦。胶囊内窥镜的工作原理如下图所示。传统的胶囊内窥镜由光学镜头、LED 、CMOS 图像传感器、控制电路、磁控开关、电池和发射装置组成。物体通过胶囊前端的透明球罩成像CMOS图像传感器上,经CMOS 进行光电信号转换后，电磁信号通过发射装置传输到体外的影像接收仪上。

人类肠道最窄的幽门和小肠直径在15-25mm之间，故对胶囊内窥镜进行设计时应考虑系统的总长和像高。若胶囊内窥镜过大，则胶囊可能会滞留于体内，需通过手术取出。肠道结构幽深复杂，在一定的纵向深度内，清晰成像是内窥镜的重要指标。对于像素阵列系统来说，其焦深为

式中：p 为像素边长；u'为像方孔径角；NA为像方数值孔径；F为近轴工作下的 F数。F 数越大，焦深越大。再由照度公式：

式中：E为照度；B为发光强度；τ为成像损耗系数；D为口径；f'为焦距。F数越大，照度越低。故在选择F数时需要权衡。 技术指标：设计一个胶囊内窥镜，系统总长小于10mm，F数为6，视场角为0-64°。成像芯片的参数为

ZEMAX课程设计——照相机物镜设计

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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／f’=1：2.4；视场角2ω=56）

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，相对孔径D／f’=1：3.5的透镜数据如下表2。

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

zemax光学设计案例

Zemax光学设计案例。

在光学设计领域，Zemax是一个非常优秀的光学设计软件，它能够帮助工程师们进行光学系统的设计、优化和分析。下面，我们将介绍一个使用Zemax进行光学设计的案例，以便更好地了解Zemax软件的应用和优势。

在这个案例中，我们需要设计一个具有特定光学性能的摄像头透镜系统。首先，我们需要明确设计要求和约束条件，然后利用Zemax软件进行光学系统的建模和优化。在建模过程中，我们需要考虑透镜的曲率、厚度、材料等参数，同时还需要考虑系统的光路布局、光学元件的位置和角度等因素。

利用Zemax的光学设计工具，我们可以对透镜系统进行快速而准确的建模和分析。通过Zemax的光学优化算法，我们可以对系统的光学性能进行优化，以满足设计要求。同时，Zemax还提供了丰富的光学分析工具，可以对系统的像差、光学传递函数、热像模拟等进行全面的分析和评估。

在这个案例中，我们利用Zemax软件成功设计出了一个具有优秀光学性能的摄像头透镜系统。通过对系统的建模、优化和分析，我们实现了对系统光学性能的精确控制和调节，最终达到了设计要求。这充分展示了Zemax软件在光学设计领域的强大功能和广泛应用价值。

总的来说，Zemax是一款非常优秀的光学设计软件，它能够帮助工程师们实现复杂光学系统的设计、优化和分析。通过这个案例，我们可以更好地了解Zemax软件的应用和优势，相信在未来的光学设计工作中，Zemax将会发挥越来越重要的作用，为光学工程领域的发展做出更大的贡献。

Zemax光学设计：一个带校正器的卡塞格林望远镜的设计实例

引言：

折反射系统相比于折射系统的主要优点有：

1. 由于光路折叠而更紧凑；

2. 可以做到很大口径；

3. 可以很好校正色差，因为大多数的光焦度在反射镜而不是在透镜上。

4. 可以做到从紫外到红外非常宽的波段。

5. 反射镜与透镜的佩兹瓦尔曲面的曲率相反，可以实现较平的视场。

在两反射镜系统中，次镜构成的孔径的中心拦光（Central Obscuration），这不仅会造成能量的损失，也会使MTF的低频至中频部分随着中心拦光面积的增大而显著减小。

同时，因为两反射镜系统像的位置很接近于主镜位置，所以几乎所有的主镜都需要挖一个洞。这个洞的大小限制了最大的像面尺寸，而且洞的大小必须远小于主镜的口径。

例如，通常中心拦光或洞的大小是主镜直径的30%，即线性拦光比为0.3，有效口径减小了0.09（0.32），此时MTF的中低频端变化不明显。一般拦光比不要大于0.3。

典型的牛顿望远物镜仅用一个抛物凹面作为主反射镜，它可以形成一个直接用眼睛看的像。

在此基础上，添加一个凸双曲面的次反射镜，就成了卡塞格林望远镜（Cassegrain Telescope）。

由于主镜和次镜都是圆锥曲面，每个面上都没有球差，但是每个面都有彗差和像散，而这限制了可用的视场角。另外，由于两个反射镜的半径不一样，还存在场曲。

设计仿真：

. 1.建立一个简单的卡塞格林望远镜系统

.

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“Entrance

Pupil

Diameter”，并根据设计要求输入“3800”；

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0.365um、0.5876um和0.850um共3个波长，如下图：

查看LDE：

2D Layout： 查看点列图：

查看Ray Fan：