变焦距镜头的光学设计

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。

变焦距镜头高斯光学设计的新方法变焦距镜头是在连续变焦过程中，仍保持成像面固定不动的一种光学系统。

变焦距镜头不同于一般光学物镜，主要在于这种物镜不仅能连续变焦，且在变焦过程中，物和像之间的距离仍保持不变。

要达到这些要求，必须连续滑动系统中的某些镜组。

从事变焦系统设计时，必定预先安排高斯结构，结构的好坏往往影响光学设计的最后结果。

标签：变焦距镜头；高斯；光学设计；新方法引言由于光信息和光通讯科技快速的进步与广泛的应用，使得光电方面的产品不断的推陈出新，并迅速成为市场上需求庞大的消费性产品，例如激光打印机、扫描仪、投影电视、摄录放影机、数码相机、望眼镜、显微镜、光纤通讯等产品，因而近年来光电相关产业的发展十分蓬勃，在国内也是极有发展远景的明星产业。

居于关键性地位的光电零部件，将是影响产业发展的最重要因素，也是革新走向的风向标，尤其是光学透镜可说是光信息与光电系统中不可或缺的关键性零部件。

光学变焦能力取决于光学设计与机构设计，光学设计限制了变焦机构的选择空间。

一般运动机构不外乎齿轮、凸轮、螺旋与连杆等机构，又以凸轮机构为主，而且可经由机械补偿来修正焦点的误差。

而光学变焦就是经由直流马达带动减速齿轮组，让凸轮传动机构转动，借助两组镜群间距离改变达到变焦的动作。

传统的光学变焦系统必须以为数颇多的球面镜片组合而成，才能达到预期的效果，这样非但所制成的产品十分笨重，制作成本也高。

相对的，非球面镜片一方面可提高光学变焦系统的性能，另一方面可以减少镜片的数目，并使产品轻量化。

因此，非球面光学系统有下列优点：有效的消除像差，提高影像光学品质；简化复杂的多元结构，系统元件数量和尺寸灭少，重量减轻；使光学产品的应用范围加大；制造成本降低。

因此，非球面设计势必会取代现存的大部分光学元件的球面设计。

在几何上，球面只要用到曲率一个参数便可表示或说明清楚。

但非球面的表示可能要用到无穷级数来表达，因此有无限参数的可能，这在计算的处理上便很困难。

大相对孔径红外变焦距光学系统设计秦志鹏，车新宇，肖颖【摘要】摘要：设计了工作在8～12μm波段的非致冷红外连续变焦光学系统。

该系统由4组元5片透镜组成，其中前固定组、变倍组和补偿组均只有1片透镜，后固定组为两片。

焦距50～200mm，相对孔径较大，为1∶1。

设计过程中编写了适用于二组元变焦系统的ZEMAX宏程序，该程序可给出凸轮曲线的数据和形状，同时使像面位置不受限于高斯光学关系，能够满足某些焦距位置离焦的要求。

系统在空间频率为20lp/mm处，各个视场的MTF值均在0.4以上。

【期刊名称】长春理工大学学报（自然科学版）【年(卷),期】2013(000)005【总页数】4【关键词】光学设计；红外变焦；衍射光学；ZEMAX宏程序由于红外光谱的辐射和传输特性，使红外光学系统具有一定的穿透烟、雾、霾等限制的能力，还具有环境适应性好、隐蔽性好、能在一定程度上识别伪装目标的优点。

焦距可变的红外光学系统可以在短焦大视场时对大范围扫描，同时也可在长焦时进行小范围的仔细观察，克服了传统的定焦光学系统换镜头导致的像不连续，短时间目标丢失的缺点［1，2］。

基于以上优点，近年来，对红外连续变焦光学系统的需求日益增强。

本文设计了结构紧凑的长波红外连续变焦距光学系统。

同时将ZEMAX宏程序给出凸轮曲线数据和形状的方法应用到本设计中［3］，这种方法具有不受限于高斯光学计算，能够满足某些焦距位置离焦要求的特点。

1 光学系统设计1.1 光学设计指标要求该长波红外连续变焦光学系统采用384×288非制冷焦平面阵列探测器［4］，像元尺寸为25μm×25μm。

该系统的设计指标要求，如表1所示。

1.2 光学设计思想本设计的相对孔径较大、焦距较长，在这种情况下为使光学筒长较短，采用机械补偿中有利于减小总长的负组补偿形式；由于红外材料的透过率较低，应用较少的透镜数量，以提高到达像面的能量；利用衍射面具有负阿贝数的色散特性来校正色差［5］，将衍射面设置在前固定组的后表面，因为前组的色差会被后面的组元放大，因此在前组消色差。

第35卷第2期2015年2月Vol.35,No.2February,2015光学学报ACTA OPTICA SINICA 20倍双组联动变焦距光学系统设计李宏壮张振铎中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033摘要针对双组联动变焦距系统结构复杂的特点，对其设计过程进行了梳理。

在此基础上编制了可视化辅助设计软件，该软件具有高斯解计算、变倍补偿曲线绘制、像差与外形尺寸分析、相对孔径图输出等功能。

使用该软件可以方便地完成双组联动变焦系统高斯解的合理选择，并给出各组元承担相对孔径及其变化情况，辅助进行初始结构的确定。

利用该辅助设计软件，对一套焦距25~500mm 的20倍可见光波段双组联动连续变焦距系统进行了初始结构设计，并通过整体优化使系统像差得到校正。

设计结果系统光学总长478mm ，各焦距位置在50lp/mm 处轴上视场调制传递函数(MTF)大于0.6，边缘视场MTF 大于0.4，各项指标满足系统要求。

关键词光学设计；双组联动；连续变焦距镜头；高斯光学计算中图分类号TH751文献标识码Adoi :103788/AOS201535.0222003Design of 20×Double-Linkage Continuous Zoom Optical SystemLi Hongzhuang Zhang ZhenduoChangchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun,Jilin 130033,ChinaAbstract For the complexity of double-linkage zoom system,the design process is settled first,and thevisible assist design software is developed.The function of the software includes Guassian optical calculation,compensation curve drawing,aberration and lens size analysis,relative aperture curve output,ing thesoftware,rational Guassian parameters can be selected conveniently,and the relative aperture and its variationof each group can be given,which can help the designer to select the initial configuration.Then utilizing thesoftware,the initial design can performed for a double-linkage zoom system with focal length range from25mm to 500mm.And through integrated optimization,the system aberration is corrected and balanced.Thedesign results demonstrate that the total optical length is 478mm,and the modulation transfer function (MTF)at 50lp/mm for each zoom configuration is higher than 0.6for center field,and higher than 0.4for edge field.All indexes satisfy the command of system.Key words optical design;double linkage;continuous zoom system;Guassian optical calculationOCIS codes 220.3620;220.4830收稿日期:2014-09-01;收到修改稿日期:2014-10-21作者简介:李宏壮(1980—)，男，副研究员，博士，主要从事光学设计、检测、主动光学、大口径望远镜波前探测等方面的研究。

照相物镜光学设计（f’=50mm）The Optical Design of Objective Lens in Photographic Camera(f’=50mm)摘要人们早就有长期保存各种影像的愿望。

在摄影技术尚未发明前的公元四世纪时，人们按投影来描画人物轮廓像的方法达到了全盛时代，至今这种方法仍然作为剪纸艺术流传着。

后来，人们让光线通过小孔形成倒立像，进而将小孔改为镜片，并加装一只暗箱。

只要在暗箱底板上放一张纸，不仅可以画出轮廓，还可以画出像上的各个部分。

这就形成了照相机的机构雏形。

随着科学技术的发展，照相机的发展日益迅速，有着显著的飞跃。

照相物镜是照相机的眼睛，它的精度和分辨率直接影响到照相机的精度与成像质量。

要保证所设计的照相物镜达到较高的技术要求，在设计时就必须达到更高的精度与分辨率。

本文所讨论的照相物镜，它主要采用五片透镜包含一个双胶合透镜的形式，精度高、分辨率高，像质好，能够满足设计的要求。

关键字：照相机物镜设计2ABSTRACTThe people already have the long-term preserved each kind of phantom desires. Not yet invents before when the photographic technology the A.D. four centuries, the people drew the character outline alike method according to the projection to achieve the most flourishing time, this method still was spreading until now as the paper-cut art. Afterwards, the people let the light form through the eyelet stand upside down the elephant, then changed the eyelet the lens, and installed a camera. So long as puts a paper on the camera ledger wall, not only may draw the outline, but also may draw likely on each part. This has formed the photographic camera organization embryonic form.Along with the science and technology development, the photographic camera development is day by day rapid, has the remarkable leap. The photographic objective is the photographic camera eye, its precision and the resolution affect directly the photographic camera precision and the image formation quality. Must guarantee designs the photographic objective achieved high specification, when design must achieve a higher precision and the resolution .This article discusses the photographic objective, it mainly uses five piece of lens to contain double agglutination lens high the form, the precision, the resolution is high, looks like the nature to be good, can satisfy the design the request.Key words: Photographic cameraObjective lens Design3目录第一章绪论 (5)1.1照相机的发展简史 (5)1.2照相机的用途 (6)1.3照相机的结构 (7)第二章照相机知识 (11)2.1照相机的原理 (11)2.2照相机的分类 (11)2.3照相机的发展 (12)2.4传统照相机与数码相机的比较 (13)第三章像差理论知识 (15)3.1清晰成像的原理 (15)3.2像质评价的方法 (15)3.3摄影物镜的分类 (16)第四章照相物镜原始数据 (17)4.1原始数据一 (17)4.2原始数据二 (19)4.3原始数据三 (22)第五章照相物镜中间数据及设计过程 (25)5.1设计过程 (25)5.2中间数据 (26)第六章照相物镜最终数据 (31)结论 (33)致谢...................................................................................错误！未定义书签。

一款变焦镜头的设计摘要：目前变焦镜头的设计和制造技术日趋成熟，变焦镜头的结构从粗重到小巧，从粗略的光学补偿到精准的机械补偿，从单一的性能到多性能取得了飞速的发展。

今后的光学变焦镜头将向着提高成像质量，提高变倍比和大视场的方向发展。

根据光学设计中通过改变各组元之间的间隔改变整个系统的焦距的关系，利用光学软件CODEV设计了一款简单的变焦镜头。

该变焦镜头具有结构简单，成像质量好，制造成本低等特点。

且该变焦镜头的场曲控制在0.1以内，畸变控制在0.15以内，经过像质评估完全满足对取景摄像的需要。

关键词：变焦；光学设计；CODEV；像质近年来，随着科学技术的发展，变焦镜头在成像质量、变倍比范围、外形尺寸和视场范围等方面都获得了很大的发展，使变焦镜头的使用逐渐扩散到各个领域。

从最初的摄像仪器、照相机到望远镜、显微镜，再到现在的各种监控系统、手机拍摄系统和机器视觉，变焦镜头已经在我们的日常生活、工业生产、科学研究和军事装备中发挥着重要的作用。

本文通过用光学设计软件CODEV来设计一款结构简单，成像质量好和大视场的变焦镜头。

1．原理分析变焦镜头以其焦距在一定范围内连续可变而像面位置基本不变的特点，成为监视，测量运动目标的一种常用光学镜头【1,2】。

其原理是利用系统中两个或两个以上透镜组的移动，改变系统的组合焦距，而同时保持最后像面不变，使系统在变焦过程中活的连续清晰的像的镜头【3,4】。

变焦镜头最大的优点是能够根据拍摄需求变换焦距，与固定焦距镜头不同，变焦镜头并不是依靠迅速更换镜头来实现镜头焦距变换的，而是通过推拉或旋转镜头的变焦环来实现镜头的焦距变换，在镜头变焦范围内的任何焦距都能用来摄影，这就为实现构图的多样化创造了条件【5】。

2．模型分析选取本文采用美国专利局2017年10月的专利号为09804371的结构作为初始模型。

该专利焦距为10.40—30.00，F数为2.06—4.90，是一个8片式结构，其中有6个非球面。

智能手机光学镜头的设计与制造引言随着移动互联网时代的到来，智能手机的普及已经改变了人们的生活和工作方式。

在这个过程中，智能手机摄像头所扮演的角色不容忽视。

如今，手机拍照已经成为一个普及化的文化现象，再也不是那样朦胧和模糊。

因此，在手机摄像头中，光学镜头的设计与制造不断受到人们的关注。

本文将阐述智能手机光学镜头的设计与制造。

一、智能手机光学镜头的分类和结构从分类上讲，智能手机光学镜头主要包括定焦镜头和变焦镜头两大类别。

1. 定焦镜头定焦镜头（Fixed-focus lens）是指手机摄像头的镜头焦距固定，其焦点一般设定在一定距离以外（例如0.5米或1米处），以便拍摄普通近景或中景。

在光线条件较好的环境下，定焦镜头拍摄的照片轮廓清晰，成像质量较高。

但其在拍摄远景或近距离物体时效果就无法显著，因为无法改变焦距。

2. 变焦镜头变焦镜头（Zoom lens）可以改变其镜头的焦距，从而让物体向前或向后移动，不同的位置对应不同的焦距。

虽然变焦镜头的成像质量较高，但相较于定焦镜头，其制造成本较高，重量与体积也较大。

从结构上讲，智能手机光学镜头主要由聚光透镜、虹彩光学棱镜、滤光器等多种光学元素组成。

在这些光学元素的协同作用下，手机光学镜头能够准确捕捉光线并将其投射在丝印膜上，形成照片。

不同品牌和型号的智能手机光学镜头，在材料、光学元素数量、结构等方面都存在差异。

二、智能手机光学镜头的设计智能手机光学镜头的设计非常重要。

设计好与坏，直接决定了其制造成本、成像效果等。

在设计光学镜头时，需要考虑以下几个主要因素：1. 对焦方式的选择对焦方式的选择直接影响着手机光学镜头的成像效果。

目前主流的对焦方式包括固定对焦（Fixed Focus）、手动对焦（Manual Focus）和自动对焦（Auto Focus）。

其中，固定对焦方式最为简单，不需要额外元器件的支持，因此制造成本较低。

但其在应对拍摄距离变化时能力较差。

手动对焦方式需要用户手动调整镜头的聚焦位置，虽然能够拍摄出特别的画面效果，但其操作相对麻烦，对镜头的精度和稳定性要求较高。

变焦镜头原理变焦镜头是摄影和摄像领域中常见的一种镜头类型，它具有可以调节焦距的特点，可以在不移动镜头的情况下实现拍摄对象的放大或缩小。

变焦镜头的原理是基于光学的工作原理，通过调节镜头中的透镜组来改变焦距，从而实现对焦距的调节。

下面将从光学原理、结构构造和使用特点三个方面来详细介绍变焦镜头的原理。

一、光学原理。

变焦镜头的光学原理是基于透镜组的移动来实现焦距的调节。

透镜组是由多个透镜组成的，通过调节透镜的位置和距离来改变光线的折射和聚焦，从而实现焦距的调节。

当调节透镜组时，光线经过透镜组的折射和聚焦后，可以实现对焦距的调节，进而实现对拍摄对象的放大或缩小。

二、结构构造。

变焦镜头的结构构造主要包括外壳、透镜组、调焦环和变焦环等部分。

透镜组是变焦镜头的核心部件，它由多个透镜组成，并通过调节透镜组的位置和距离来实现焦距的调节。

调焦环和变焦环是用来控制透镜组的移动和调节，通过旋转调焦环和变焦环来实现对焦距的调节。

外壳是变焦镜头的外部保护结构，可以保护透镜组和其他核心部件不受外界环境的影响。

三、使用特点。

变焦镜头具有灵活、方便、多功能的使用特点。

它可以通过调节焦距实现对拍摄对象的放大或缩小，从而满足不同场景和拍摄需求。

在拍摄运动或远距离对象时，可以通过调节焦距来捕捉更清晰的画面；在拍摄静态或近距离对象时，可以通过调节焦距来实现特定的拍摄效果。

此外，变焦镜头还可以减少镜头更换的次数，提高拍摄效率，节省拍摄时间。

综上所述，变焦镜头是一种通过调节透镜组来实现焦距调节的镜头类型，它具有灵活、方便、多功能的使用特点，可以满足不同场景和拍摄需求。

通过了解变焦镜头的光学原理、结构构造和使用特点，可以更好地掌握变焦镜头的使用方法和拍摄技巧，从而提高拍摄质量和效果。

变焦距手机镜头的光学设计作者：刘雪翠来源：《电子技术与软件工程》2016年第13期摘要随着手机行业的不断发展，行业竞争越来越激烈，特别是硬件竞争，高质量的手机拍照功能可以提升手机的整体质感和水平，所以良好的拍照效果已经成为了人们选择手机的重要因素。

本文在实际需求的基础上，利用变焦距手机镜头近轴光学理论计算方法，确定手机拍摄物的摄像物镜，分析手机镜头的系统结构，给出合理的镜头设计方案。

【关键词】变焦距手机镜头光学设计近些年智能手机的高速发展是我们有目共睹的，随着技术的不断提升，人们对于手机硬件的要求越来越高。

手机拍照的质量已经是衡量手机品质的一个重要硬件标准。

所以变焦距手机镜头的光学设计关系着整个手机的品质。

越来越多的人员和企业将重心放在变焦距手机镜头光学设计方面使得手机的镜头质量不断提升，功能不断强化，费用、价格不断下降。

光学变焦镜头已经是拍照手机的一个重要功能，是目前手机拍照应用中非常重要的方式之一。

所以变焦距手机镜头的光学设计的合理性以及先进性，具有非常现实的应用意义。

1 光学变焦1.1 光学变焦简介通常来说，我们所接触到的手机镜头有两种变焦模式，一种是光学变焦，一种是数码变焦。

这两种变焦模式存在很大的区别，不仅体现在它们的工作原理上，而且成像效果也有差异。

从成像质量来说，光学变焦远远优于数码变焦。

数码变焦的成本相对于光学变焦较低。

光学变焦是通过改变镜头中心焦点的位置，来改变进入镜头的光线的角度。

从而使同一位置被拍摄物体在感光元件上被放大，或者是让更远的物体能够更加清晰地聚焦在感光元件上。

1.2 手机镜头光学理论计算分析手机拍摄镜头朝着高像素、大广角、高变焦倍数的发展方向发展。

数码相机由于不存在体积的限制，镜头可设置为伸缩式的。

而手机拍摄镜头则不行，因其镜头大小是固定的，并且镜头尺寸要符合手机整体设计尺寸，所以手机镜头的光学设计关系着整个手机镜头的应用率。

手机对于镜头的要求是尺寸越来越小，像素越来越高，广角越来越大，可变焦倍数越来越大。