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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。
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。
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。
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。
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。
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。
