zemax-课程设计
目录
第一章引言 (1)
第二章镜头结构的设计指标 (2)
2.1相关规格的确定 (2)
2.2镜头总像素与COMS像素的匹配 (2)
2.3透镜材料及结构的选择 (2)
2.4材料的厚度 (3)
2.5 设计指标 (3)
第三章 zemax软件 (3)
3.1 zemax软件简介 (3)
3.1.1软件特色 (4)
3.2zemax软件界面介绍 (4)
3.2.1 Lens Data Editor(LDE) (4)
3.2.2 Aperture（光圈） (5)
3.2.3 Wavelength Data(波长设定) (5)
3.3 zemax软件功能简介 (6)
第四章 500万像素手机镜头设计 (6)
4.1初始结构选择 (6)
4.1.1 500万像素手机镜头4P专利结构简介 (7)
4.2设计结果 (7)
4.2.1光路图 (7)
4.2.2详细参数 (8)
第五章结果分析，误差调试 (9)
5.1误差调试 (9)
5.2优化后的分析 (10)
5.2.1场曲和畸变 (10)
5.2.2球差 (10)
5.2.3.色差 (11)
5.2.4 RMS Radius（均方根半径） (12)
5.2.5 MTF（光学调制传递函数） (13)
5.2.6 本设计达到指标 (14)
第六章结论 (15)
参考文献 (16)
第一章引言
从手机开始配备拍照功能以来，手机摄像头的像素以很快的速度上涨，从最初的10万像素到30万像素、100万像素、200万像素、300万像素、500万像素，再到现在的800万像素，1000万像素。09年6月三星推出了全球首款1200万像素手机Pixonl2(M8910)，采用1200万像素CMOS图像传感器及289mm广角镜头，提供了足以媲美数码相机的拍照等多项功能，可见手机大有将时尚卡片DC取而代之的劲头。不过据调查，虽然像素一直在涨，但是500万以上像素手机由于价格比较高，市场占有率很低，现在200万像素和300万像素仍是摄像手机市场主流，而500万像素的市场增长速度已显著增加。本文在合理选取初始结构的基础上，优化设计了一款500万像素的手机镜头，本设计流程图如图一。
图1 手机镜头设计流程图
第二章 镜头结构的设计指标
2.1相关规格的确定
对于普通摄像手机镜头，光圈一般取2.8左右，视场通常大于50o 。对于手机镜头，后工作距大于O.5 mm 即可，光学总长越短越好。另外，手机镜头一般用CMOS 作为传感器，CMOS 器件对镜头出射面的主光线角度有一定的限制，不同规格的CMOS 有不同的主光线角度要求，这个CMOS 的厂家一般会提供。
2.2镜头总像素与COMS 像素的匹配
由于手机的小型化体积，使得镜头总长有一定限制，一般要小于1 cm ，照相物镜的视场角和有效焦距决定了摄入底片或图像传感器的空间范围，镜头所成的半像高可用公式''tan y f ω=-计算，其中'f 为有效焦距，2ω为视场角。防止CMOS 装调偏离光轴而形成暗角，半像高'y 应稍大于图像传感器CCD 或CMOS 的有效成像面对角线半径的一半。我们选择Aptina 的一款型号为MT9P013的500万像素CMOS ，尺寸为0.794 mm(1/3.2英寸)，每个感光单元的最小像素尺寸为1.75m μ，对角线长5.68 mm ，半像高应该不小于2.84mm 。通过计算半像高'y 约为2.887mm ，与对角线长度基本吻合。
2.3透镜材料及结构的选择
摄像系统属于大视场大孔径系统，因此需要校正的像差也大大增加，结构也比较复杂为了保证成像质量，需要校正全部7种初级像差。500万像素手机镜头常用的结构有2G2P ，1G3P 或者4P ，根据不同的组态和不同的材料可以设计出不同的结构。
球面透镜从中心到边缘只有一个恒定的曲率，在设计过程中只有一个设计自由度，如果仅用球面透镜来校正像差，常常需要采用多个透镜组合的复杂结构。
非球面透镜镜头中心到边缘曲率连续发生变化，理论上说有无限个设计自由
度，同时，非球面透镜可以校正球差、色差和彗差等诸多像差，可以减少镜头中镜片的数量，提高成像质量，使得镜头设计达到短小轻薄的目的。
然而就透镜的材料而言，虽然玻璃非球面无论从折射、透光性和耐高温等性能方面还是成像质量方面都要比塑胶非球面镜片高得多，但其成本相对高很多，因此为了用低成本得到更好的成像质量，手机镜头大多采用塑料非球面透镜。因此在这里我们采用4P的结构的塑料非球面透镜组。
2.4材料的厚度
为了满足实际光学加工的需求，光学材料厚度不能太小，对于一般的塑料材料，中心和边缘厚度都应小于0.35mm，特殊材料可以做的更小，这与材料的性质有一定的关系。
2.5 设计指标
第三章 zemax软件
3.1 zemax软件简介
Zemax是一套综合性的光学设计模拟软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差及报表整合在一起。Zemax不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其他软件不同的是zemax的CAD转换模式是双向的，如IGES,STEP,SAT等格式都可以转入和转出。而且zemax可以模拟Sequential（序列性）和Non-Sequential(非序列性)的成像系统和非成像系统
3.1.1软件特色
※结合所有光学上的需求，用一简单的操作界面来执行
※可以使用Sequential（序列性）和Non-Sequential(非序列性)模式运算
※表栏式表面输入及完整的表面资料库，使编辑更加快速
※Solve指令功能，帮助使用者设计
※完整的镜头及材质资料库
※多功能的分析图形
※多种优化方式供使用者设计
※对话窗式公差，方便使用者分析公差
3.2zemax软件界面介绍
3.2.1 Lens Data Editor(LDE)
若要设计一个单镜片的光轴上使用，首先zemax的lens data editor（LDE）。如图1
图1 lens data editor（LDE）
在LDE 编辑器上，可以看到3个不同的surface，依次为OBJ，STO 及IMA。OBJ 就是发光物，即光源；STO 即aperture stop（孔径光阑）的意思，STO 不一定是光照过来所遇到的第一个透镜，在设计一组光学系统时，STO 可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO 这一栏上按【Insert】键，可前后加入所需要的镜片，于是STO 就不是落在第一个透镜上了。而IMA就是imagine plane（成像平面）。而在STO 后面再插入的镜片，编号为2，通常OBJ 为编号0，STO 为1，而IMA 为3。（如图2所示）
曲率半径厚度材质
图2 设计镜面编辑器
另外在STO列中的glass栏上，可以选择所需的玻璃材质。在此，曲率半径正负值遵守凡是圆心在镜面之右则为正值，反之则为负值的原则。
3.2.2Aperture（光圈）
光圈设置界面如图3。
图3 孔径值输入界面
3.2.3Wavelength Data(波长设定)
在主选单system下，圈出wavelengths，或者在视窗快捷键（wav）点取，然后键入所需的光波长，可同时输入不同的波长。以入射可见光为例，设置3个波长：0.486，0.587，和0.656，其中0.587为主波长（Primary wavelengths）。这些步骤可以用一个操作来完成：单击波长对话框底部的“选择（Select->）”按钮。如图4。
图4 波长输入界面
3.3zemax软件功能简介
zemax可以用于一个完全序列性模式中、一个完全非序列性模式中和一个混合模式中，混合模式对分析具有大部分序列性而却有一些元件是作用在非序列性方式的系统，是相当有用的。
序列性系统需要定义视场角（field of view）、波长范围和表面资料。序列性设计的最重要参数之一，为系统孔径。系统孔径常指入射瞳或孔径光阑，它限制可从已定义视场入射光学系统的光线。
Zemax软件中有一些功能可以用来分析系统，包括光点图（spot diagrams）、光扇图（ray fan）和光程差图（OPD fan）等等，这些功能会在4.2节优化后的分析具体一一介绍。
第四章 500万像素手机镜头设计
4.1初始结构选择
一个完美的设计通常从初始结构的选择开始，初始结构的选择好坏，关系到设计的成功与否。对于光学设计者来说，最好最快的办法是直接从专利中选取一
个适当的结构作为初始结构，然后优化。如果靠设计者自己去建立一个初始结构是比较困难的，需要多年的设计经验和丰富的像差理论知识。本设计的初始结构采用了一个专利的雏形结构。选择初始结构的原则是视场和光圈与设计的要求相当，材料为四片，焦距通过缩放镜头的办法可以达到要求。
4.1.1 500万像素手机镜头4P专利结构简介
新型公开了一种500万像素手机摄像头光学镜头组件，包括镜筒，镜筒内自物方向像方共光轴依次安装有正屈光度的第一非球面塑胶镜片、负屈光度的第二非球面塑胶镜片、正屈光度的第三非球面塑胶镜片和负屈光度的第四非球面塑胶镜片，第二非球面塑胶镜片与第一非球面塑胶镜片、第三非球面塑胶镜片之间分别安装有第一光阑和第二光阑，第三非球面塑胶镜片和第四非球面塑胶镜片之间安装有隔圈，第四非球面塑胶镜片的外侧安装有压圈，其非球面次数达14阶，折射率达1.6以上，成像质量好、总厚度小、亮度高、视场角大，具有良好的耐热性及稳定性，适配于500万像素CCD、CCMOS等手机摄像头成像器件，能满足手机轻薄化、小型化的要求。
4.2设计结果
4.2.1光路图
利用ZEMAX 工程光学设计软件对其进行了模拟设计和优化，其优化后的光学系统如图5所示。
图5光学系统二维图
4.2.2详细参数
本设计详细参数如表2和表3所示
表2 光学镜头参数
这4片透镜均采用偶次非球面，最高阶数为12阶。非球面的面形公式可采用下式表示：
2
46810101222...11(1)X BY DY EY FY GY HY Y C A =+++++++-+ (1)
式中，Y为离非球面轴的径向距离,X为相应的垂直距离，C为顶点曲率,A为二次常数，B,D，…，H为非球面多项式系数。各非球面多项式系数表如表3.
表3 各非球面多项式系数表
第五章结果分析，误差调试
5.1误差调试
Zemax中误差调试有多种方法，可供用户选择。在这里选用将成像面移至焦点处减小误差。
对于透镜的焦距，软件会自动根据使用者所设计的镜面自动算出。在软件功能表中选择【tool】--【miscellaneous】--【quick focus】，界面显示如图6
图6 快速聚焦界面
5.2优化后的分析
5.2.1场曲和畸变
畸变仅由主光线的光路决定，它只引起像的变形，对像的清晰度并无影响。因此对于一般的光学系统，只有感觉不出像的变形（光学畸变<3%）,这种像差就无妨，如图7显示了本手机镜头的畸变和场曲。畸变控制在(-2%,2%)之内，且场曲控制在（-0.05mm，0.05mm）之内，显示这两种像差成像不影响。
图7 场曲和畸变
5.2.2球差
轴上点发出的同心光束经过光学系统后，不再是同心光束，不同入射高度的光线交光轴于不同位置，相对近轴像点（理想像点）有不同程度的偏离，这种偏离称为轴向球差，简称球差。
由于单正透镜产生负球差，单负透镜产生正球差，因此本系统中，通过正负透镜组合尽可能校正球差。图8给出了球差大小，球差被控制在（-0.25mm，0.25mm）之内。
图8 球差
5.2.3.色差
光学材料对不同波长的色光有不同的折射率，因此同一孔径不同色光的光线经光学系统后与光轴有不同的交点。不同孔径不同色光的光线与光轴的交点也不相同。在任何像面位置，物点的像是一个彩色的弥散斑。各种色光之间成像位置和成像大小的差异称为色差。
轴上点两种色光成像位置的差异称为位置色差，也叫轴向色差。本实验采用的CMOS 尺寸为0.794 mm(1/3．2英寸)，每个感光单元的最小像素尺寸为1.75m μ从图9中可以看出轴向色差小于0.6563m μ，完全小于一个像素1.75m μ，说明不会使画面色彩变晕。
图9 轴向色差
5.2.4 RMS Radius（均方根半径）
从一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的焦点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，即点列图。使用RMS Radius 和GEO Radius评价成像质量，RMS Radius均方根半径是弥散斑各个点坐标参考中心点进行坐标平方后除以点数的量，然后开方的值，这个值的半径可以近似反应弥散质量。然而点列图往往比实际效果好一些，这是MTF曲线对像质的评价更为准确。弥散斑半径可以准确的反应大像差系统的像差分布大小，如图10，图中给出了5个视场：0o，5o,10o,20o,32.5o，可以看出均方根半径都小于艾里斑半径，说明像质很好。
同时，由于成像都在艾里斑半径内，衍射产生的像差远远小于几何光学的像差，在此不予考虑。
图10 RMS Radius（均方根半径）
5.2.5 MTF（光学调制传递函数）
MTF（光学调制传递函数）是对镜头分辨率的直接评价。频率主要由CMOS的
，因此由公式最小像元大小决定，本设计中选择的CMOS最小像元R=1.75m
f=1/2R可以算出频率为285线对，即镜头的分辨率要达到285线对。像差不能校正到完美无缺的理想程度。对于摄像镜头，一般要求0.7视场以内能够分辨清楚就可以了，即要求中心视场的MTF>0.15，而0.7视场以外的区域仅是像面一角，其像质的相对重要性可以低一些.如图，可以看出中心视场在285lp/mm时，MTF>0.15,
能够获得相对优质的像。
图10 MTF（光学调制传递函数）
5.2.6 本设计达到指标
在本次设计中，视场角度数达到65o，比预期的60o要大。同时光学总长为
5.682mm比预期值6mm要小很多，适应了手机镜头小巧化、轻便化的发展趋势。同时，本设计中选用了Aptina的一款型号为MT9P013的500万像素CMOS，最小像元 ，即镜头的分辨率要达到285线对, 从MTF（光学调制传递函数）中可R=1.75m
以看出中心视场在285lp/mm时，MTF>0.15,能够获得相对优质的像。达到了500万像素的设计指标。畸变小于2%，不会使图像变形。
综上，本次设计的手机镜头很好的达到了预定的指标，视场角比预定的角度更加宽广，而镜头本身更加灵巧。
视场角F/#光学总长总像素畸变场曲
2.8 5.682mm500万<2%<0.05mm
65o
ZEMAX课程设计心得照相机物镜设计【模版】
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
zemax实例
课程1：单透镜（a singlet） 开始ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线 特性曲线（ray fan），光程差曲线（OPD），和点列图 （Spot diagram），确定厚度求方法和变量，进行简 单的优化。 假设需要设计一个F/4的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7玻璃，该怎样开始呢？ 首先，运行ZEMAX。ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。你可以对LDE（你工作的场所）窗口进行移动或重新调整尺寸，以适合你自己的喜好。LDE由多行和多列组成，类似于电子表格。半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。 1、基本设置：开始，我们先为我们的系统输入波长。这不一定要先完成，我们只不过现在选中了这一步。在主屏幕菜单条上，选择“系统（System）”---“通用配置（general）”----“单位units”，先确定单位。再选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”。屏幕中间会弹出一个“波长数据（Wavelength Data）”对话框。ZEMAX中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供你选择。用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，
将会增加两个波长使总数成为三。现在，在第一个“波长”行中输入0.486，这是氢（Hydrogen）F谱线的波长，单位为微米。 Z EMAX全部使用微米作为波长的单位。现在，在第二行的波长列中输入0.587，最后在第三行输入0.656。这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作，转到适当的区域，然后键入数据。在屏幕的最右边，你可以看到一列主波长指示器。这个指示器指出了主要的波长，当前为0.486微米。在主波长指示器的第二行上单击，指示器下移到587的位置。主波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。“权重（Weight）”这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如RMS点尺寸和STREHL率。现在让所有的权为1.0，单击OK保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。 选择“系统（System）”---“视场（fields）”----“角度”将X、Y都设为零。表示光线平行于主光轴入射。 2、为镜片定义一个孔径。这可以使ZEMAX在处理其他的事情上，知道每一个镜片该被定为多大。由于我们需要一个F/4镜头，我们需要一个25mm的孔径（100mm的焦距除F/4）。设置这个孔径值，选择“系统”---“通用配置（General）”---“aperture（孔径）”输入“光圈数值”：25。注意孔径类型缺省时为“入瞳直径（Entrance Pupil Diameter）”，也可选择其他类型的孔径设置。 3、加入一些重要的表面数据。ZEMAX模型光学系统使用一系列的表面，每一个面有一个曲率半径，厚度（到下一个面的轴上距离），和玻璃。一些表面也可有其他的数据，我们以后将会讨论到。
光学工程课程设计——照相物镜的ZEMAX设计
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(''==f y 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'13.5 D 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 : 12 Stop : 6 System Aperture : Entrance Pupil Diameter = 8 Glass Catalogs : SCHOTT Ray Aiming : Off Apodization : Uniform, factor = 0.00000E+000 Effective Focal Length : 28.0008(in air at system temperature and pressure) Effective Focal Length : 28.0008(in image space) Back Focal Length : 17.49979 Total Track : 40.26 Image Space F/# : 3.499992 Paraxial Working F/# : 3.499992 Working F/# : 3.498718 Image Space NA : 0.1414217 Object Space NA : 4e-010 Stop Radius : 2.446367
使用ZEMAX设计的典型实例分析
使用ZEMAX于设计、优化、公差和分析 武汉光迅科技股份有限公司宋家军（QQ：41258981）转载并修改 摘要 光学设计软件ZEMAX的功能讨论可藉由使用ZEMAX去设计和分析一个投影系统来讨论，包括使用透镜数组(lenslet arrays) 来建构聚光镜(condenser)。 简介 ZEMAX以非序列性(non-sequential) 分析工具来结合序列性(sequential) 描光程序的传统功能，且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软件包，并具有研究成像和非成像系统中的杂散光(stray light) 和鬼影(ghosting) 的能力，从简单的绘图(Layout) 一直到优化（optimization）和公差分析（tolerance analysis）皆可达成。 根据过去的经验，对于光学系统的端对端（end to end）分析往往是需要两种不同的设计和分析工具。一套序列性描光软件，可用于设计、优化和公差分析，而一套非序列性或未受限制的(unconstrained) 描光软件，可用来分析杂散光、鬼影和一般的非成像系统，包括照明系统。 “序列性描光程序”这个名词是与定义一个光学系统为一连串表面的工具有关。所有的光线打到光学系统之后，会依序的从一个表面到另一个表面穿过这个系统。在定义的顺序上，所有的光线一定会相交到所有的表面，否则光路将终止。光线不会跳过任何中间的表面，且光线只能打在每一个已定义的表面一次。若实际光线路径交到一个表面上超过一次，如使用在二次描光(double pass) 中的组件，必须在序列性列表中，再定义超过一次的表面参数。 大部份成像光学系统，如照相机镜头、望远镜和显微镜，可在序列性模式中完整定义。对于这些系统，序列性描光具有许多优点：非常快、非常弹性和非常普遍。几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。在成像系统中，序列性描光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。序列性描光的缺点，包括无法追迹所有可能的光路径(即鬼影反射) 和许多无法以序列性方式来描述的光学系统或组件。 非序列性描光最常用来分析成像系统中的杂散光和鬼影，甚致分析照明和其它非成像系统。在非序列性描光中，光线入射到光学系统后，是自由的沿着实际光学路径追迹；一条光线可能打到一个对象(object) 许多次，而且可能完全未打到其它对象。此外，非序列性方法可用来分析从光学或机构组件产生的表面散射(scatter)，以及从场内(in-field) 和场外(out-of-field) 的光源所产生的表面反射而形成的鬼影成像。 ZEMAX的功能 ZEMAX可以用于一个完全序列性模式中、一个完全非序性模式中和一个混合模式中，混合模式对分析具有大部分序列性而却有一些组件是作用在非序列性方式的系统，是相当有用的，如导光管(light pipes) 和屋顶棱镜(roof prisms)等。
基于ZEMAX的照相物镜的设计
燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系 学号学生姓名专业（班级） 10级仪表三班设计题目 设 计技术参数 1、焦距：f’=15mm； 2、相对孔径：1/2.8； 3、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光） 4、视场角2w=74° 设计要求 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 工作量 查阅光学设计理论和像差分析的相关文献和资料，提出并较好地的实施方案设计简单透镜组，并用zemax软件对初级像差进行分析和校正，从而对镜头进行优化设计 工作计划 第一天、第二天：熟悉ZEMAX软件的应用，查阅资料，确定设计题目进行初级理论设计 第三天、第四天：完善理论设计，运用ZEMAX软件进行设计优化，撰写报告 第五天：完善过程，进行答辩 参考资料《光学设计》，西安电子科技大学出版社，刘钧，高明，2006，10 《几何光学像差光学设计》，浙江大学出版社，李晓彤，岑兆丰，2003.11 《实用光学技术手册》，机械工业出版社，王之江，2007.1 指导教师签字基层教学单位主任 签字
摘要 (1) 第一章简述照相物镜的设计原理和类型 (2) 第二章设计过程 (4) 2.1根据参数要求确定恰当的初始结构 (4) 2.2优化设计过程 (5) 2.3 优化结果像差结果分析 (8) 第四章课设总结 (13) 参考文献
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，它主要采用后置光阑三片物镜结构，其中第六面采用非球面塑料，其余面采用标准球面玻璃，应用ZEMAX软件设计了一组焦距f '= 15mm的照相物镜,相对孔径D/ f’=2. 8,镜头总长为15.1366mm，整个系统球差0.000192，慧差0.000432，像散0.002716。完全满足设计要求。 关键字：照相物镜ZEMAX 设计
ZEMAX入门教学
课程设计安排 本课程设计着眼于应用光学的基本理论知识、光学设计基本理论和方法，侧重于典型系统具体设计的思路和过程，加强学生对光学设计的切身领会和理解，将理论与实际融合、统一，以提高学生综合分析及解决问题能力的培养。 结合<
ZEMAX入门教学 例子 1 单透镜(Singlet) (3) 例子 2 座标变换(Coordinate Breaks)................................18例子 3 牛顿式望远镜(Newtonian Telescope). (26) 例子4消色差单透镜(Achromatic Singlet) (40) 例子5变焦透镜(Zoom Lens) (47)
1-1单透镜 这个例子是学习如何在ZEMAX里键入资料，包括设罝系统孔径(System Aperture)、透镜单位(Lens Units)、以及波长范围(Wavelength Range)，并且进行优化。你也将使用到光线扇形图(Ray Fan Plots)、弥散斑(Spot Diagrams)以及其它的分析工具来评估系统性能。 这例子是一个焦距100 mm、F/4的单透镜镜头，材料为BK7，并且使用轴上(On-Axis)的可见光进行分析。首先在运行系统中开启ZEMAX，默认的编辑视窗为透镜资料编辑器(Lens Data Editor, LDE)，在LDE可键入大多数的透镜参数，这些设罝的参数包括：表面类型(Surf：Type)如标准球面、非球面、衍射光栅…等 曲率半径(Radius of Curvature) 表面厚度(Thickness)：与下一个表面之间的距离 材料类型(Glass)如玻璃、空气、塑胶…等：与下一个表面之间的材料 表面半高(Semi-Diameter)：决定透镜表面的尺寸大小 上面几项是较常使用的参数，而在LDE后面的参数将搭配特殊的表面类型有不同的参数涵义。 1-2设罝系统孔径 首先设罝系统孔径以及透镜单位，这两者的设罝皆在按钮列中的「GEN」按钮里（System->General）。点击「GEN」或透过菜单的System->General来开启General的对话框。S 点击孔径标签(Aperture Tab)（默认即为孔径页）。因为我们要建立一个焦距100 mm、
ZEMAX单透镜设计例子详细(多图)
ZEMAX单透镜设计例子，单透镜是最简单的透镜系统了，这个例子基本是很多ZEMAX教程开头都会讲的。 1-1 单透镜 这个例子是学习如何在ZEMAX里键入资料，包括设罝系统孔径(System Aperture)、透镜单位(Lens Units)、以及波长范围(Wavelength Range)，并且进行优化。你也将使用到光线扇形图(Ray Fan Plots)、弥散斑(Spot Diagrams)以及其它的分析工具来评估系统性能。 这例子是一个焦距100 mm、F/4的单透镜镜头，材料为BK7，并且使用轴上(On-Axis)的可见光进行分析。首先在运行系统中开启ZEMAX，默认的编辑视窗为透镜资料编辑器(Lens Data Editor, LDE)，在LDE可键入大多数的透镜参数，这些设罝的参数包括： ?表面类型(Surf：Type)如标准球面、非球面、衍射光栅…等 ?曲率半径(Radius of Curvature) ?表面厚度(Thickness)：与下一个表面之间的距离 ?材料类型(Glass)如玻璃、空气、塑胶…等：与下一个表面之间的材料 ?表面半高(Semi-Diameter)：决定透镜表面的尺寸大小 上面几项是较常使用的参数，而在LDE后面的参数将搭配特殊的表面类型有不同的参数涵义。 1-2 设罝系统孔径 首先设罝系统孔径以及透镜单位，这两者的设罝皆在按钮列中的「GEN」按钮里（System->General）。点击「GEN」或透过菜单的System->General 来开启General的对话框。 点击孔径标签(Aperture Tab)（默认即为孔径页）。因为我们要建立一个焦距100 mm、F/4的单透镜。所以需要直径为25 mm的入瞳(Entrance Pupil)，因此设罝： ?Aperture Type：Entrance Pupil Diameter ?Aperture Value：25 mm
zemax-课程设计
目录 第一章引言 (1) 第二章镜头结构的设计指标 (2) 2.1相关规格的确定 (2) 2.2镜头总像素与COMS像素的匹配 (2) 2.3透镜材料及结构的选择 (2) 2.4材料的厚度 (3) 2.5 设计指标 (3) 第三章zemax软件 (3) 3.1 zemax软件简介 (3) 3.1.1软件特色 (4) 3.2zemax软件界面介绍 (4) 3.2.1 Lens Data Editor(LDE) (4) 3.2.2 Aperture（光圈） (5) 3.2.3 Wavelength Data(波长设定) (5) 3.3 zemax软件功能简介 (6) 第四章500万像素手机镜头设计 (6) 4.1初始结构选择 (6) 4.1.1 500万像素手机镜头4P专利结构简介 (7) 4.2设计结果 (7) 4.2.1光路图 (7) 4.2.2详细参数 (8) 第五章结果分析，误差调试 (9) 5.1误差调试 (9) 5.2优化后的分析 (10) 5.2.1场曲和畸变 (10) 5.2.2球差 (10) 5.2.3.色差 (11) 5.2.4 RMS Radius（均方根半径） (12) 5.2.5 MTF（光学调制传递函数） (13) 5.2.6 本设计达到指标 (14) 第六章结论 (15) 参考文献 (16)
第一章引言 从手机开始配备拍照功能以来，手机摄像头的像素以很快的速度上涨，从最初的10万像素到30万像素、100万像素、200万像素、300万像素、500万像素，再到现在的800万像素，1000万像素。09年6月三星推出了全球首款1200万像素手机Pixonl2(M8910)，采用1200万像素CMOS图像传感器及289mm广角镜头，提供了足以媲美数码相机的拍照等多项功能，可见手机大有将时尚卡片DC取而代之的劲头。不过据调查，虽然像素一直在涨，但是500万以上像素手机由于价格比较高，市场占有率很低，现在200万像素和300万像素仍是摄像手机市场主流，而500万像素的市场增长速度已显著增加。本文在合理选取初始结构的基础上，优化设计了一款500万像素的手机镜头，本设计流程图如图一。 图1 手机镜头设计流程图
使用ZEMAX设计的典型实例分析
使用ZEMAX于设计、优化、公差和分析 摘要 光学设计软件ZEMAX的功能讨论可藉由使用ZEMAX去设计和分析一个投影系统来讨论，包括使用透镜数组(lenslet arrays) 来建构聚光镜(condenser)。 简介 ZEMAX以非序列性(non-sequential) 分析工具来结合序列性(sequential) 描光程序的传统功能，且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软件包，并具有研究成像和非成像系统中的杂散光(stray light) 和鬼影(ghosting) 的能力，从简单的绘图(Layout) 一直到优化（optimization）和公差分析（tolerance analysis）皆可达成。 根据过去的经验，对于光学系统的端对端（end to end）分析往往是需要两种不同的设计和分析工具。一套序列性描光软件，可用于设计、优化和公差分析，而一套非序列性或未受限制的(unconstrained) 描光软件，可用来分析杂散光、鬼影和一般的非成像系统，包括照明系统。 “序列性描光程序”这个名词是与定义一个光学系统为一连串表面的工具有关。所有的光线打到光学系统之后，会依序的从一个表面到另一个表面穿过这个系统。在定义的顺序上，所有的光线一定会相交到所有的表面，否则光路将终止。光线不会跳过任何中间的表面，且光线只能打在每一个已定义的表面一次。若实际光线路径交到一个表面上超过一次，如使用在二次描光(double pass) 中的组件，必须在序列性列表中，再定义超过一次的表面参数。
大部份成像光学系统，如照相机镜头、望远镜和显微镜，可在序列性模式中完整定义。对于这些系统，序列性描光具有许多优点：非常快、非常弹性和非常普遍。几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。在成像系统中，序列性描光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。序列性描光的缺点，包括无法追迹所有可能的光路径(即鬼影反射) 和许多无法以序列性方式来描述的光学系统或组件。 非序列性描光最常用来分析成像系统中的杂散光和鬼影，甚致分析照明和其它非成像系统。在非序列性描光中，光线入射到光学系统后，是自由的沿着实际光学路径追迹；一条光线可能打到一个对象(object) 许多次，而且可能完全未打到其它对象。此外，非序列性方法可用来分析从光学或机构组件产生的表面散射(scatter)，以及从场内(in-field) 和场外(out-of-field) 的光源所产生的表面反射而形成的鬼影成像。 ZEMAX的功能 ZEMAX可以用于一个完全序列性模式中、一个完全非序性模式中和一个混合模式中，混合模式对分析具有大部分序列性而却有一些组件是作用在非序列性方式的系统，是相当有用的，如导光管(light pipes) 和屋顶棱镜(roof prisms)等。 序列性系统需定义视场角(field of view)、波长范围（wavelength range）和表面数据（surface date）。序列性设计的最重要参数之一，为系统孔径(system aperture)。系统孔径，常指入瞳(entrance pupil) 或孔径光栏（STO），它限制可从已定义视场入射光学系统的光线。光学表面可以是折射、反射或绕射。透镜可以是由均匀或渐变折射率材质所制成。表面的下弯(sag) 可以是球面、圆锥面(conic)、非球面(aspheric)或藉由多项式或其它参数函数
ZEMAX仿真实例详解
第四章设计教程 简介 这一章将要教你如何使用ZEMAX，这一章的每一节将会让你接触一个不同的设计问题。第一个设计例子是非常简单的，如果你是一个有经验的镜片设计师，你也许觉得它并不值得你去费心，但是，如果你花费一点点时间去接触它，你可以学到如何运行ZEMAX，然后你可以继续你自己特别感兴趣的设计。 前几个例子中，提供了一些关于镜片设计理论的教程内容，用来帮助那些对专用术语不是很了解的人。但在总体上来说，这本手册，以及其中的这些特例，目的都不是要将一个新手培养成为一个专家。如果你跟不上这些例子，或者你不能理解程序演示时与计算有关的数学知识，可以参考任何一本“简介”这一章中所列出的好书。在开始课程之前，你必须先通过正当手段安装ZEMAX。 课程1：单透镜（a singlet） 你将要学到的：开始ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（ray fan），光程差曲线（OPD），和点列图（Spot diagram），确定厚度求解方法和变量，进行简单的优化。 假设你需要设计一个F/4的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7玻璃，你该怎样开始呢？ 首先，运行ZEMAX。ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。你可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸，以适合你自己的喜好。LDE由多行和多列组成，类似于电子表格。半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。 LDE中的一小格会以“反白”方式高亮显示，即它会以与其他格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。如果没有一个格子是高亮的，则在任何一格上用鼠标点击，使之高亮。这个反白条在本教程中指的就是光标。你可以用鼠标在格子上点击来操纵LDE，使光标移动到你想要停留的地方，或者你也可以只使用光标键。LDE的操作是简单的，只要稍加练习，你就可以掌握。 开始，我们先为我们的系统输入波长。这不一定要先完成，我们只不过现在选中了这一步。在主屏幕菜单条上，选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”。 屏幕中间会弹出一个“波长数据（Wavelength Data）”对话框。ZEMAX中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供你选择。用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，将会增加两个波长使总数成为三。现在，在第一个“波长”行中输入486，这是氢（Hydrogen）F谱线的波长，单位为微米。 ZEMAX全部使用微米作为波长的单位。现在，在第二行的波长列中输入587，最后在第三行输入656。这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作，转到适当的区域，然后键入数据。在屏幕的最右边，你可以看到一列主波长指示器。这个指示器指出了主要的波长，当前为486微米。在主波长指示器的第二行上单击，指示器下移到587的位置。主波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。ZEMAX一般使用微米作为波长的单位“权重（Weight）”这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如RMS点尺寸和STREHL率。现在让所有的权为1.0，单击OK保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。 现在我们需要为镜片定义一个孔径。这可以使ZEMAX在处理其他的事情上，知道每一个镜片该被定为多大。由于我们需要一个F/4镜头，我们需要一个25mm的孔径（100mm 的焦距除F/4）。设置这个孔径值，选择“系统”中的“通常（General）”菜单项，出现“通
zemax设计实例之手机镜头汇编
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］。
照相物镜基于ZEMAX课程设计报告实例
应用光学课程设计 课题名称：照相物镜镜头设计与像差分析专业班级：2009级光通信技术 学生学号： 学生姓名： 学生成绩： 指导教师：
课题工作时间：2011.6.20 至2011.7.1 武汉工程大学教务处
课程设计摘要（中文） 在光学工程软件ZEMAX 的辅助下, 配套采用大小为1/2.5英寸的CCD 图像传感器, 设计了一组焦距f '= 12mm的照相物镜, 镜头视场角33.32°, 相对孔径D/f’=2. 8, 半像高3.6 mm ,后工作距9.880mm，镜头总长为14.360mm。使用后置光阑三片物镜结构，其中第六面采用非球面塑料，其余面采用标准球面玻璃。该组透镜在可见光波段设计，在Y-field 上的真值高度选取0、1.08、1.8、2.5452，总畸变不超过0.46%，在所选视场内MTF轴上超过60%@100lp/mm,轴外超过48%@100lp/mm，整个系统球差-0.000226，慧差-0.003843，像散0.000332。完全满足设计要求。 关键词：ZEMAX；物镜；调制传递函数 ABSTRACT By the aid of optical engineering software ZEMAX，A focal length f '= 12mm camera lens matched with one CCD of 1/2.5 inch was designed。Whose FOV is 33.32°, Aperture is 2. 8，half image height is 3.6 mm，back working distance is9.880mm and total length is 14.360 mm. Using the rear aperture three-lens structure，a aspherical plastic was used for the sixth lens while standard Sphere glasses were used for the rest lenses。The group Objective lenses Designed for the visible light，Heights in the true value as Y-field Defined as 0、1.08、1.8、2.5452，total distortion is less than 0.41%，Modulation transfer function of shade in the selected field of view to meet the axis is greater than 60% @ 100 lp / mm, outer axis than 48% @ 100 lp / mm，The sum of the whole system spherical aberration -0.000226，Coma is
工程光学课程设计报告
工程光学课程设计 设计名称：工程光学课程设计 院系名称：电气与信息工程学院 专业班级： 学生XX： 学号： 指导教师： 工程学院教务处制 2013年12 月
工程光学课程设计评分表 题目名称25×显微物镜 实习时间2013年12月23 日至2013 年12 月31 日共 2 周实习地点实验楼513 设计报告得分序号评价项目 满 分 得分 1 应用文献资料能力及综合运用知识能力 2 设计说明书撰写水平；插图质量 3 设计（实验）能力及创新性 设计报告得分总计 实物制作效果 评语： 指导教师签字：年月日 学生XX 班级学号 平时表现 （20分） 答辩 （20分） 综合评定得分实习成绩
注：最后成绩的评定以优（90100）、良（8089）、中（7079）、及格（6069）和不及格（少于60分）五级给出。 一、ZEMAX软件介绍 美国ZEMAX Development Corporation研发ZEMAX 是一套综合性的光学设计软件，集成了光学系统所有的概念、设计、优化、分析、公差分析和文件管理功能。ZEMAX所有的这些功能都有一个直观的接口，它们具有功能强大、灵活、快速、容易使用等优点。ZEMAX 有两种不同的版本：ZEMAX-SE和ZEMAX-EE，有些功能只在EE版本中才具有。 ZEMAX 可以模拟序列性（Sequential）和非序列性（non-sequential）系统，分别针对成像系统和非成像系统。ZEMAX采用序列和非序列两种模式模拟折射、反射、衍射的光线追迹。序列光线追迹主要用于传统的成像系统设计，如照相系统、望远系统、显微系统等。这一模式下，ZEMAX以面作为对象来构建一个光学系统模型，每一表面的位置由它相对于前一表面的坐标来确定。光线从物平面开始，按照表面的先后顺序进行追迹，追迹速度很快。许多复杂的棱镜系统、照明系统、微反射镜、导光管、非成像系统或复杂形状的物体则需采用非序列模式来进行系统建模。这种模式下，ZEMAX以物体作为对象，光线按照物理规则，沿着自然可实现的路径进行追迹，可按任意顺序入射到任意一组物体上，也可以
ZEMAX课程设计——照相机物镜设计
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。 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。
ZEMAX单透镜设计例子详细(多图)电子教案
Z E M A X单透镜设计例子详细(多图)
ZEMAX单透镜设计例子，单透镜是最简单的透镜系统了，这个例子基本是很多ZEMAX教程开头都会讲的。 1-1 单透镜 这个例子是学习如何在ZEMAX里键入资料，包括设罝系统孔径(System Aperture)、透镜单位(Lens Units)、以及波长范围(Wavelength Range)，并且进行优化。你也将使用到光线扇形图(Ray Fan Plots)、弥散斑(Spot Diagrams)以及其它的分析工具来评估系统性能。 这例子是一个焦距100 mm、F/4的单透镜镜头，材料为BK7，并且使用轴上(On-Axis)的可见光进行分析。首先在运行系统中开启ZEMAX，默认的编辑视窗为透镜资料编辑器(Lens Data Editor, LDE)，在LDE可键入大多数的透镜参数，这些设罝的参数包括： ?表面类型(Surf：Type)如标准球面、非球面、衍射光栅…等 ?曲率半径(Radius of Curvature) ?表面厚度(Thickness)：与下一个表面之间的距离 ?材料类型(Glass)如玻璃、空气、塑胶…等：与下一个表面之间的材料 ?表面半高(Semi-Diameter)：决定透镜表面的尺寸大小 上面几项是较常使用的参数，而在LDE后面的参数将搭配特殊的表面类型有不同的参数涵义。 1-2 设罝系统孔径 首先设罝系统孔径以及透镜单位，这两者的设罝皆在按钮列中的「GEN」按钮里（System->General）。点击「GEN」或透过菜单的System->General来开启General的对话框。 点击孔径标签(Aperture Tab)（默认即为孔径页）。因为我们要建立一个焦距100 mm、F/4的单透镜。所以需要直径为25 mm的入瞳(Entrance Pupil)，因此设罝： ?Aperture Type：Entrance Pupil Diameter ?Aperture Value：25 mm
基于ZEMAX的照相物镜的设计 推荐
燕山大学 课程设计说明书题目：基于ZEMAX的照相物镜设计 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 10级仪表三班 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系 学号学生姓名专业（班级） 10级仪表三班设计题目 设 计技术参数 1、焦距：f’=15mm； 2、相对孔径：1/2.8； 3、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光） 4、视场角2w=74° 设计要求 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 工作量 查阅光学设计理论和像差分析的相关文献和资料，提出并较好地的实施方案设计简单透镜组，并用zemax软件对初级像差进行分析和校正，从而对镜头进行优化设计 工作计划 第一天、第二天：熟悉ZEMAX软件的应用，查阅资料，确定设计题目进行初级理论设计 第三天、第四天：完善理论设计，运用ZEMAX软件进行设计优化，撰写报告 第五天：完善过程，进行答辩 参考资料《光学设计》，西安电子科技大学出版社，刘钧，高明，2006，10 《几何光学像差光学设计》，浙江大学出版社，李晓彤，岑兆丰，2003.11 《实用光学技术手册》，机械工业出版社，王之江，2007.1 指导教师签字基层教学单位主任 签字
目录 摘要 (1) 第一章简述照相物镜的设计原理和类型 (2) 第二章设计过程 (4) 2.1根据参数要求确定恰当的初始结构 (4) 2.2优化设计过程 (5) 2.3 优化结果像差结果分析 (8) 第四章课设总结 (13) 参考文献
ZEMAX光学设计报告
ZEMAX 光学设计报告 一、设计目的 通过对设计一个双胶合望远物镜，学会zemax 软件的基本应用和操作。 二、设计要求 设计一个全视场角为1.56°，焦距为1000mm ，且相对孔径为1:10的双胶合望远物镜，要求相高为y `=13.6mm 。 三、设计过程 1.双胶合望远物镜系统初始结构的选定 1.1选型 由于该物镜的全视场角较小，所以其轴外像差不太大，主要校正的像差有球差、正弦差和位置色差。又因为其相对孔径较小，所以选用双胶合即可满足设计要求。本系统采用紧贴型双胶合透镜组，且孔径光阑与物镜框相重合。 1.2确定基本像差参量 根据设计要求，假设像差的初级像差值为零，即球差0'0=L δ；正弦差0' 0s =K ；位置色差 0'0=FC l δ。那么按初级像差公式可得0===∑∑∑I II I C S S ,由此可得基本像差参量为 0===I ∞ ∞C W P 。 1.3求0P )(() ?? ?? ?+-+-=∞∞∞∞ 火石玻璃在前时 冕牌玻璃在前时 2 2 02.085.01.085.0W P W P P 因为没有指定玻璃的种类，故暂选用冕牌玻璃进行计算,即0085.00-=P 。 1.4选定玻璃组合 鉴于9K 玻璃的性价比较好，所以选择9K 作为其中一块玻璃。查表发现当000.0=I C ,与0085.00-=P 最接近的组合是9K 与2ZF 组合，此时对应的038.00=P 。 此系统选定9K 与2ZF 组合。 9 K 的 折 射 率 5163.11=n ， 2 ZF 的折射率 6725.12=n ， 038319.00=P ,284074.40-=Q ,06099.00-=W ，009404.21=?， 44.2=A ,72.1=K 。 1.5求形状系数Q