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基于ZEMAX的一款显微镜附加镜头的光学设计曾爱云;程荣龙;宫昊【摘要】利用ZEMAX光学设计软件,针对一款已知参数的读数显微镜,优化设计了显微镜的附加镜头.该镜头的主要光学参量为全视场,入瞳直径1.16 mm,后截距为11.497 mm,像高为4.5 mm.设计结果为畸变小于0.10％,最大场曲绝对值只有0.024 mm,弥散圆半径符合(英寸)200万像素的CMOS传感器的像素尺寸(4.4μm×4.4μm),光学传递函数MTF值接近衍射极限,并消色差,成像效果较好.【期刊名称】《蚌埠学院学报》【年(卷),期】2019(008)002【总页数】4页(P104-107)【关键词】光学设计;显微镜附加镜头;ZEMAX设计软件;光学传感器【作者】曾爱云;程荣龙;宫昊【作者单位】蚌埠学院理学院,安徽蚌埠 233030;蚌埠学院理学院,安徽蚌埠233030;蚌埠学院理学院,安徽蚌埠 233030【正文语种】中文【中图分类】TB852.1显微镜是观察和测量肉眼看不清的细小物体或细小物体的微小结构时使用频率较高的工具。
据其技术发展和观察方式主要可分为传统人工观察的目视显微系统和利用现代光学传感技术的数码显微系统[1]。
数码显微系统相对于传统的显微系统主要是用电子目镜完全替换了传统显微目镜并将显微镜的成像传输到电脑等终端设备上，以便观看。
而在某些情况，比如在显微镜成像的演示中，需要给多人呈现显微镜中的成像情况，而不影响仪器本身的完整的光学系统结构。
鉴于这种需求，需要一款图像传感器成像镜头将光学显微镜中的像成像到光学传感器(CCD或者CMOS)上，从而输出到电脑终端，呈现完毕后又可以方便地拆卸。
这种需求主要存在于与光学相关的实验教学的场合。
本文设计了一款针对已知参数的读数显微镜的附加镜头，此镜头可以随时装备和拆卸，而不影响显微镜的光学系统的结构。
1 设计过程1.1 设计指标所涉及的读数显微镜的具体光学系统性能参数见表1。
基于ZEMAX的LCOS微型投影镜头设计研究基于ZEMAX的LCOS微型投影镜头设计研究近年来，随着移动设备的普及和需求的增加，微型投影技术受到广泛关注和研究。
作为一种新型的显示技术，液晶微显示器（LCOS）在微型投影领域具有独特的优势和广阔的应用前景。
为了获得高质量、高分辨率和紧凑的微型投影系统，需要设计和优化具有良好性能的投影镜头。
本文基于ZEMAX软件，对LCOS微型投影镜头的设计进行研究。
首先，介绍了LCOS微型投影技术的原理和发展现状。
LCOS技术将光学、电子和组装技术相结合，实现了小巧化、高画质和低功耗的微型投影方案。
然后，详细探讨了LCOS微型投影系统的主要组成部分以及其中的关键技术。
投影镜头是微型投影系统中最重要的光学元件之一，它决定了系统的成像质量和性能。
基于ZEMAX软件，我们利用偏光分离器、透镜组和衍射光学等元件，设计了一款紧凑的LCOS 微型投影镜头。
通过优化透镜组的参数和位置，实现了高分辨率和较小的畸变。
在设计过程中，我们采用了序列光路追迹和非顺序模式等方法，通过计算各个光学元件（如透镜、镜片等）之间的相对位置、倾斜角度、曲率和折射率等参数，优化投影系统的光学性能。
ZEMAX软件提供了强大的光学设计、分析和优化功能，能够模拟和预测不同设计参数对投影系统成像质量的影响，帮助设计师在更短的时间内获得更好的设计方案。
通过模拟和验证，在我们设计的LCOS微型投影镜头中，通过使用高质量的透镜材料、优化的光路和合适的组件安装方式，实现了高分辨率、低畸变和良好的成像效果。
此外，我们通过控制光线的入射角度和方向，实现了投影图像的自动调节和校正。
这将有助于用户在不同场景下获得更好的观影体验。
LCOS微型投影镜头的设计和研究不仅仅是一个单一领域的问题，而是涉及光学、机械和电子等多学科的交叉研究。
基于ZEMAX的光学设计软件，能够快速而准确地进行投影镜头设计和优化，为微型投影技术的发展和应用提供了重要的支持。
zemax监控镜头课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握Zemax软件的基本操作，理解监控镜头的设计原理；2. 使学生了解光学成像的基本知识，包括光圈、焦距、视场角等概念；3. 引导学生掌握监控镜头的参数设置，学会调整光学系统以满足不同监控需求。
技能目标：1. 培养学生运用Zemax软件进行监控镜头设计的能力，具备独立完成光学系统建模、优化和评估的能力；2. 培养学生分析监控场景，提出合理的光学设计方案的技能；3. 培养学生通过调整监控镜头参数，解决实际监控问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对光学设计产生兴趣，激发学生主动探索光学领域的精神；2. 培养学生具备团队协作意识，学会在团队中发挥自己的作用；3. 引导学生认识到监控镜头在现实生活中的应用价值，培养学生的社会责任感。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，以理论为基础，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。
学生特点：学生具备一定的光学基础知识，对Zemax软件有初步了解，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：结合课程特点和学生特点，注重理论与实践相结合，强化实践操作环节，提高学生的实际应用能力。
在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容1. Zemax软件基本操作与界面介绍：使学生熟悉软件环境，掌握基本操作方法；- 教材章节：第一章 Zemax基础- 内容列举：软件安装与启动、界面布局、基本操作命令。
2. 光学成像原理：使学生掌握光学成像基本概念，为监控镜头设计打下基础；- 教材章节：第二章 光学基础知识- 内容列举：光线传播、透镜成像、光圈、焦距、视场角等。
3. 监控镜头设计原理与参数设置：让学生了解监控镜头设计的基本原理和参数调整方法；- 教材章节：第三章 光学系统设计- 内容列举：监控镜头类型、设计原理、参数设置与优化。
4. 实际监控镜头设计案例分析：通过案例教学，培养学生实际操作和解决问题的能力；- 教材章节：第四章 实践案例- 内容列举：实际监控场景分析、光学设计方案制定、Zemax软件操作步骤。
基于ZEMA的手机摄像镜头设计1. 本文概述本研究论文旨在探讨基于ZEMA（假设为一种先进的光学设计与仿真技术）的手机摄像镜头设计方法与实践应用。
随着移动通信技术的飞速发展和智能手机摄像头功能需求的不断提升，对微型化、高性能摄像镜头的研发提出了更高的要求。
ZEMA作为一款创新的光学设计解决方案，通过精确模拟光路传播、优化像差校正以及改进镜头结构布局，有效地助力了新一代手机摄像镜头的设计挑战。
本文首先介绍ZEMA技术的基本原理及其在镜头设计中的核心优势，随后分析其在手机摄像镜头小型化、高分辨率、大光圈及广角拍摄等关键技术指标上的具体应用策略。
进一步地，我们将深入探讨采用ZEMA设计并优化的手机摄像镜头实例，展示其相较于传统设计方法所实现的技术突破与性能提升。
本文还将展望基于ZEMA技术的手机摄像镜头在未来发展趋势和可能带来的行业变革。
通过这一系列详尽的研究与讨论，我们旨在为手机摄像技术领域提供有价值的参考和启示，推动行业的技术创新与发展。
2. 技术在手机摄像镜头中的应用原理随着科技的不断进步，手机摄像镜头的设计和应用已经达到了一个新的高度。
在本章节中，我们将探讨几种关键技术及其在手机摄像镜头设计中的应用原理。
光学设计是手机摄像镜头的核心。
通过使用Zemax (ZEMA) 软件，设计师可以模拟和优化镜头的光学性能，包括分辨率、对比度和色彩还原等。
ZEMA软件的强大功能使得设计师能够精确计算光线在镜头中的传播路径，以及如何通过改变透镜的形状、大小和材料来优化成像质量。
图像稳定技术对于减少摄像过程中的手抖影响至关重要。
现代手机摄像镜头通常采用光学防抖(OIS)或电子防抖(EIS)技术。
OIS通过在镜头模组中加入可移动的组件来物理稳定图像，而EIS则通过软件算法在捕捉图像后进行补偿。
这两种技术的应用大大提升了拍摄稳定性，尤其是在低光环境下或长焦距拍摄时。
再者，多摄像头系统的设计允许手机在不同的焦距和视角下进行拍摄。
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 大视场光学自由曲面f-theta透镜设计摘要光学自由曲面是指没有旋转对称的光学面，一般无法由方程来描述，因此在设计中是个难点，而因为它优秀的特性，又成为了现今光学设计的热点。
F-theta透镜是一种特殊的透镜组，由于它像高与角度的高度线性关系，经常被应用于扫描等场合。
利用自由曲面进行F-theta透镜的设计可以提高镜头的使用性能。
本文以此为基础，利用Zernike多项式在Zemax 中对自由曲面进行定义，从多个途径出发尝试设计大视场F-theta透镜。
针对工作波长1064nm视场60°的系统要求，对四种常用结构设计进行了讨论，得到了相关经验数据以及比较结果。
此项研究适应光学设计的发展趋势，对现代光学工程的发展具有较大实验价值和理论价值。
12661关键词光学自由曲面F-theta 光学设计Zernike多项式1 / 11毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleDesign of large field f-theta lens with free-form surfaceAbstractOptical Free-form Surface generally refers to the optical surface without rotating axis of symmetry,that is cannot described by equation. But because its good features, it also becomes the hot spot of current optical designs . F-theta lens is a special kind of lens groups. Because of its image-high and angle have a perfect linearity,f-theta lens is often used in scanning and so on. In the system with 1064nm wavelength and 60°view angle,using free-form surface design can improve the performance of the F-theta lens. Based on this, use Zernike polynomial to define free surface in Zemax. Starting from multiple way trying to design big view F-theta lens. Discussing four different structures,to get some experience datas, and the comparison of the results. The study provides the advantageous condition for the development of modern---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ optical engineering.KeywordsFree-form Surface, F-theta lens,optical design, Zernike polynomials在像质要求较高、视场较大的场合中，我们也可以使用非球面光组在系统中校正像差、改善成像质量和简化结构。
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]。
可编辑修改精选全文完整版25.5目镜的设计示例学号：*********姓名：**班级：12光电班设计一：系统基本参数：视场角2ω：60度焦距：20mm相对孔径：1:8出瞳直径：3~4mm出瞳距离：10mm系统CAD图Prescription Data1.Lens Data Editor2.系统二维结构图3.系统三维结构图4.场曲与畸变5.弥散斑弥散斑半径较小，符合系统设计要求6.MTF所有视场在40lp/mm处时MTF>0.2，且MFT的变化趋势与衍射极限基本相同，符合设计需求。
设计二：系统基本参数：视场角2ω：60度焦距：20mm相对孔径：1:8出瞳直径：3~4mm出瞳距离：10mm系统CAD图Prescription Data设计思路：1.选择初始结构选择对称型作为初始结构，初始结构系统二维图如下。
2.将两透镜之间距离增大，方便安放第三个透镜将两透镜间的距离增大到14mmLens Data Edior系统二维图3.插入第三个透镜在第4面后插入两面，形成新的第5面和第6面，第4面与第5面的距离为6mm，第5面与第6面的距离为2mm，第6面与第7面的距离为6mm。
插入的透镜的玻璃选用BAK1。
Lens Data Editor系统二维图4.将波长，视场与入瞳直径改为设计要求值入瞳直径改为4mm波长改为F，d，c[Visible]视场改为0，21.21，30将出瞳距改为10mm Lens Data Editor系统二维图5.设定优化条件，开始优化设定最小镜片厚度为0.5，边缘厚为0.1，最大镜片厚度为100设定最小空气厚度为0.5，边缘厚为0.1，最大空气厚度为100将透镜的半径与距离设为变量EFFL为20mm开始优化最终优化结构Lens Data Editor系统二维图MTF曲线：6.达不到系统设计要求，将透镜设为变量，再次优化达到设计要求时的各数值Lens Data editor系统二维图MTF7.将透镜改回固定Lens Data Editor系统二维图MTF8.再次执行优化由于尚不能达到系统要求，因此在透镜修改过后，继续执行优化系统各项参数Lens Data Editor系统结构二维图系统三维结构图MTF系统MTF较高，且变化趋势与衍射极限相同，符合设计要求弥散斑弥散斑半径较小，在视场为30度时，半径为12.607mm，符合系统设计要求。
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设计实例之手机镜头2012.03.13 评论关闭4,757 views随着手机市场对高像素手机镜头的需求增大，利用Ｚｅｍａｘ光学设计软件设计一款大相对孔径８００万像素的广角镜头。
该镜头由１片非球面玻璃镜片，３片非球面塑料镜片，１片滤光镜片和１片保护玻璃构成。
镜头光圈值Ｆ为２．４５，视场角２ω为６８°，焦距为４．２５ｍｍ，后工作距离为０．５ｍｍ。
采用ＡＰＴＩＮＡ公司的ＭＴ９Ｅ０１３型号８００万像素传感器，最大分辨率为３２６４×２４４８，最小像素为１．４μｍ。
设计结果显示：各视场的均方根差（ＲＭＳ）半径小于１．４μｍ，在奈奎斯特频率１／２处大多数视场的ＭＴＦ值均大于０．５，畸变小于２％，ＴＶ畸变小于０．３％。
关键词：手机镜头；光学设计；８００万像素；Ｚｅｍａｘ引言手机镜头的研发工作始于２０世纪９０年代，世界上第一款照相手机是由夏普ＪＰＨＯＮＥ（现在的日本沃达丰）在２００１年推出的ＪＳＨ０４手机，它只搭载了一个１１万像素的ＣＯＭＳ数码相机镜头。
随后各大手机知名制造厂商纷纷开始研发手机摄像功能。
２００３年５月２２日夏普制造了１００万素的ＪＳＨ５３，目前照相手机的市场占有率几乎是１００％，特别是带有高像素２Ｍ、３Ｍ、５Ｍ、８Ｍ的镜头就成为镜头研发的热点［１］。
目前８００万像素的手机市场占有率还不是太多，但随着人们对高端手机的需求量越来越大，８００万像素手机肯定是主流趋势。
鉴于此，在选用合理初始结构的基础上，优化出了一款８００万像素的手机镜头。
１感光器件的选取感光器件有ＣＣＤ（电荷耦合器件）和ＣＭＯＳ（互补金属氧化物半导体）两种。
ＣＭＯＳ器件产生的图像质量相比于ＣＣＤ来说要低一些，到目前为止，大多数消费级别以及高端数码相机都使用ＣＣＤ作为感光元件；ＣＭＯＳ感应器则作为低端产品应用于一些摄像镜头上，目前随着ＣＭＯＳ技术的日益成熟，也有一些高端数码产品使用ＣＭＯＳ器件。
ＣＭＯＳ相对于ＣＣＤ有很多优点，比如价格低、集成化程度高、体积小、质量轻、功耗低、无光晕、高读出速率等［６］。
基于ZEMAX的大视场投影镜头设计侯国柱;吕丽军;曹一青【摘要】For the problem about the design of large field-of-view(FOV) projection lens,a projection lens with large FOV was designed with ZEMAX through limiting the basic parameters and dimensions of the lens by various operating parameters. The optimization process was carried on by using lens frame. The main optical parameters are such that the focal length is 13.6 mm,the full FOV is 60°,the relative aperture is 1/1.6. From the result we can see that the absolute value of maximum distortion of full field lens is less than 3%,the maximum field curve is less than 0.06 mm,the modulation transfer function( MTF) of the whole FOV at 50 lp/mm is greater than 0.6,which is very closed to diffraction limit. The designed optical system is composed of 10 pieces of spherical lenses and has the advantages of compact structure and easy processing.%针对大视场投影镜头的设计问题,利用ZEMAX光学设计软件,通过各种操作数对镜头的基本参数和外形尺寸进行限制,并利用镜头架构的方式进行优化及大视场投影镜头的设计.其主要光学参量为:焦距为13.6 mm,全视场角为60°,相对孔径为1/1.6.设计结果表明:镜头的最大畸变量绝对值小于3% ,最大场曲小于0.06 mm,全视场MTF值在空间频率50 lp/mm时高于0.6,基本达到衍射极限.该镜头由10片球面镜组成,光学系统结构紧凑、易加工.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2016(037)005【总页数】5页(P742-746)【关键词】光学设计;ZEMAX;大视场;投影镜头【作者】侯国柱;吕丽军;曹一青【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;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超广角投影可以在有限的空间内以最短的距离投射出最大的清晰画面，成为当今以及未来实际应用中新的需求，被广泛应用于数字教学领域以及以边缘融合技术为基础的现代化数字展示工程领域，如多通道环幕电影、广告宣传、展览馆、博物馆、科技馆和美术馆等领域[1-3]。
国内外超广角投影技术主要有反射式和直接投射式2种形式，直接投射式的核心技术部件就是超广角数字投影镜头，被广泛地应用在投影领域[4]。
国内外现有的超广角数字投影镜头仍有许多技术问题有待解决，如投影画面出现扭曲、画面照度低且不均匀、清晰度不够、边缘画面色差大、外形体积大等，投影画面偏移量不足也是此类镜头存在的问题。
而且，由于目前市场上数字投影机的品牌和规格较多，不利于镜头的批量化生产，所以能通用于多品牌、多规格主流数字投影机的超广角数字投影镜头的研究和开发显得非常迫切[1]。
近年来，市场上的投影镜头虽然种类越来越多，但是一般的镜头只考虑性能的提升，大都使用了多个非球面或者二次曲面等非球面设计。
由于我国的非球面制造和检测技术不够全面，所以给生产制造和产品检测增加了一定难度[5]。
ZEMAX是一款通用、高效的光学设计软件，具有强大的光学设计和仿真分析功能，基于该软件设计了一款全部为球面的大视场数字投影镜头[6-7]。
该款镜头是由10片球面镜组成的大视场角投影系统，在保证整体像差优异的前提下，最大限度地简化了结构，缩小了外形尺寸，提高了画面清晰度、画面照度以及画面照度均匀性，降低了生产成本，通用性好。
首先根据相关参量和技术指标，选择一适当的初始结构，把某些必要的约束条件移植进ZEMAX中，然后用ZEMAX软件对其进行设定和优化，使其达到设计指标。
在ZEMAX的Merit Function Editor中，用各种操作数对镜头的基本参数、外形尺寸进行限制，如用EFFL对镜头的有效焦距进行限制，用EXPP对镜头的出瞳位置进行限制，用DMLT和TOTR分别对镜头的最大口径和总长度进行限制等；在评价函数中自建立控制操作符对整个系统的球差和轴向色差进行控制[8-9]。
根据光路可逆性，设计镜头时，采用反向光路的设计方法，也就是物像颠倒的方式进行设计，在设计过程中把实际投影中的物当作像，把实际的投影画面当作物，利用ZEMAX光学软件进行优化设计[10]。
1.1 设计目标数字投影镜头的光学特性通常用焦距、视场角、相对孔径和后工作距离表示[10]。
本文确定的大视场投影镜头的设计目标如表1所示。
1.2 初始结构选择本文设计的投影镜头是大视场中口径投影镜头，所选的镜头初始结构如图1所示。
此初始结构镜头由16片球面镜组成，有效焦距为6.2 mm，相对孔径为1/2.1，视场角为100°。
由于反远距镜头后工作距离大于系统焦距，具有焦距短、后截距长的特点。
投影镜头多选用反远距型结构，反远距镜头一般由负的前组透镜和正的后组透镜组成，采用负正透镜分离的方式，负光焦度透镜组在前，正光焦度透镜组在后[11]。
反远距结构具有长后工作距离、大视场的特点[12]。
通常，前组结构的复杂程度由视场决定，后组的复杂程度由相对孔径决定[13]。
1.3 结构优化目前所有的投影仪，都需要加入一定体积的分色棱镜和合色棱镜。
这些复杂的棱镜结构必然会产生不可忽略的像差，所以在镜头设计时，必须把投影机内部棱镜系统产生的像差考虑进去。
根据棱镜光学原理的相关知识，可以将分色棱镜和合色棱镜转化为等效的具有一定厚度的平行平板[11]。
用ZEMAX光学软件进行优化时，考虑到数字投影机内部棱镜系统对像差的影响，设计时把具有一定厚度的平行平板(等效棱镜系统的有效尺寸)加入镜头结构共同优化，使数字投影机内部棱镜系统产生的像差与镜头产生的像差互相抵消，互相平衡[5]。
初始结构在ZEMAX中通过利用各种操作数对镜头的某些参数进行约束，并经过初步优化后，其布局结构如图2所示。
其有效焦距为13 mm，相对孔径为1/1.58，视场角为70°。
为了改善光学系统性能，通过建立初始结构的架构方式进一步进行优化设计，其架构如图3所示，与图2对应的光学系统所有数据十分接近，说明架构创建是正确的。
在做架构的时候，光学性能并不是准确达到目标值，应该进行进一步调整。
先校正材料和焦距使其达到合理值。
在设置过程中，焦距和材料参数可设为变量，其他参数设为常量，操作集的场曲、色差给予适当权因子，其他权因子都为零。
经过在ZEMAX中反复优化后，最终得到有效焦距为13.6 mm、相对孔径为1/1.6、视场角为60°、等效后工作距离为24 mm、长度为98.7 mm的定焦投影系统，其光路系统布局图如图4所示，其光学系统结构参数如表2所示。
该镜头的MTF曲线、畸变与像散曲线、点列图如图5～图7所示。
由图可见该优化之后的镜头具有较好的成像质量，其MTF指标完全满足实际应用的要求。
镜头的最大畸变量的绝对值小于3% ，最大场曲小于0.06 mm。
从图中可以看出，各个视场的像差都得到了很好的控制。
本文设计了工作波段为0.486 μm～0.656 μm、焦距为13.6 mm、相对孔径为1/1.6、全视场角为60°的投影镜头。
该镜头设计过程是先选择适当初始结构，再利用ZEMAX软件中的各种操作数对镜头的基本参数和外形尺寸加以限制，并利用镜头架构的方式进行了优化，最终得到一款较大视场角的投影光学镜头。
此镜头由10片透镜组成，在不显著降低投影镜头性能的前提下，所有的透镜均采用球面镜，大大降低了生产难度和成本。
设计结果表明，镜头的最大畸变量绝对值小于3% ，最大场曲小于0.06 mm，在空间频率为50 lp/mm时MTF值高于0.6。
从各种像差评价结果来看，光学系统具有较好的成像质量。
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