光学设计照相物镜的设计
照相物镜的设计,光学设计
照相物镜的设计设计任务和要求1设计一个照相物镜，焦距：50mm,相对孔径：1/2,全视场角：40°.2 要求：（1）通过给定参数，计算出其他参数值；（2）分析系统需要校正的像差类型；（3）通过手册查询初始结构，并回答所属类型，然后输入到计算机软件中，给出输入结果的二维图；（4）采用上机学到的知识进行全局优化，给出MFF结果；（5）采用上机学到的知识进行对样板和公差分析，给出操作步骤图片和结果；（6）绘制出光学系统图。
设计过程初始结构的选择照相物镜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, 所以照相物镜设计的初始结构一般都不采用初级像差求解的方法来确定, 而是根据要求从手册、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。
在选择初始结构时, 不必一定找到和要求相近的焦距, 一般在相对孔径和视场角达到要求时, 我们就可以将此初始结构进行整体缩放得到要求的焦距值。
（1）参数数据焦距：1、f’=50mm；2、相对孔径D/f’=1/2；3、全视场角 40°；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y 可用公式y = - f tanw计算, 其中f 为有效焦距, 2w 为视场角。
经过计算：其视场角为2w=40°所以w=20°。
其余参数见表：（2）输入参数打开ZEMAX,将上表中参数输入ZEMAX：其中第七面设为光阑面设置相对孔径值和波段：更换玻璃，换成国产玻璃：输入焦距50mm进行缩放缩放后得到我们所设计的焦距f’=50mm的初始参数（如图所示）到这里，初始结构及其参数已经完成。
（3）在ZEMAX中进行优化初始结构完成后的原始结构及M TF 曲线利用ZEMAX得到初始结构的MTF曲线（如上图所示）可看出成像质量很差, 因此需要校正像差。
首先使用Default Merit Function建立缺省评价函数进行优化，选择Editors-Merit Function，在第一行中先输入EFFL, 插入五行然后在Analysis-Aberration Coefficients-Seidel Coefficients中查看，找出对赛得和数影响大的面，将这些面的曲率半径设为变量，优先优化。
照相物镜光学设计 (f=50mm)
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。
光学设计显微镜物镜设计
光学设计显微镜物镜设计光学设计是指利用光学原理和光学材料，设计出满足特定需求的光学系统。
而显微镜物镜作为显微镜的核心部件，是用于放大微小物体的光学组件。
通过对物镜的设计，可以实现对微观世界的观察和研究。
接下来，将详细介绍显微镜物镜的设计过程。
首先，在显微镜物镜设计的初期，需要明确设计的需求和目标。
这包括对物镜的放大倍数、视场、分辨率和透光率等指标的要求。
根据这些要求，可以开始进行物镜的设计。
物镜的设计通常包括两个步骤，分别是初选和优化。
在初选阶段，需要选择合适的透镜片数量、厚度、曲率和材料等。
这里需要考虑的因素包括成像质量、透光率和制造成本等。
通过初选，可以得到一个初始的物镜设计方案。
在优化阶段，需要使用光学设计软件进行模拟和分析。
可以通过改变透镜片参数和位置，优化物镜的性能。
在这个过程中，通常会使用像差理论进行分析，以提高成像的质量并降低各种像差的影响。
常见的像差包括球差、像散、畸变、像场曲率和像散等。
球差是由于透镜片曲率不同导致的成像模糊；像散是由于透镜片折射率不同导致的彩色像差；畸变是由于透镜片厚度不同导致的形变；像场曲率是由于透镜片间距不同导致的焦距变化；像散是由于透镜片曲率不同导致的图像模糊等。
通过优化设计，可以降低这些像差的影响，提高物镜的成像质量。
在优化设计中，还需要考虑透光率的问题。
透光率是透过透镜片的光线的比例，透光率越高，则损耗的光线越少，成像质量越好。
透光率的提高需要选择透光率高的光学材料，并且优化透镜片的形状和厚度等参数。
在物镜设计完成后，需要进行实验验证。
通过制造和测试样品物镜，可以验证设计方案的可行性和性能。
实验中，需要使用光学设备来测试物镜的成像质量、透光率和像差等指标。
根据实验结果，可以对设计方案进行进一步的优化和改进。
总结而言，显微镜物镜设计是一个复杂的过程，需要充分考虑成像质量、透光率和制造成本等多个因素。
通过合理的优化和设计，可以获得满足要求的物镜，实现对微观世界的观察和研究。
光学设计第16章显微镜物镜设计
光学设计第16章显微镜物镜设计在显微镜中，物镜是显微镜的一个重要组成部分，它决定了显微镜的分辨率和放大倍数。
物镜设计的优劣直接影响显微镜的成像效果。
本章将重点介绍显微镜物镜的设计原理和常见的设计方法。
1.物镜设计原理物镜是显微镜中用于放大样品的光学元件，主要由凸透镜和凹面镜组成。
通过透镜的折射和反射，物镜能够将样品的细节放大并投射到目镜上。
物镜的设计目标是实现高分辨率和高放大倍数。
分辨率决定了物镜能够显示的最小细节，而放大倍数则决定了物镜能够放大的程度。
为了实现高分辨率，物镜需要具有较小的焦距和较高的数值孔径。
而为了实现高放大倍数，物镜需要具有较长的焦距和适当的放大倍数。
2.物镜设计方法物镜设计的一般步骤如下：1)确定显微镜的要求：首先需要确定显微镜的分辨率和放大倍数要求，以及工作距离等参数。
2)选择初设参数：根据显微镜的要求和已知条件，选择合适的初设参数，例如放大倍数和镜片曲率半径。
3)初设设计：根据选择的初设参数，在设计软件中建立物镜的初设模型，并对其进行光学评估。
根据评估结果，对初设模型进行调整和优化。
4)优化设计：通过光机设计软件对初设模型进行优化，使得物镜的性能达到要求。
优化的方式可以是参数优化、智能优化或复合优化等。
5)光机制造：根据优化的设计结果，进行物镜的光机制造。
这包括选择合适的材料和成型方式，以及进行镀膜和组装等工艺过程。
6)测试验证：利用测量仪器对物镜的性能进行测试和验证。
这包括分辨率测试、光学畸变测试和像差测试等。
7)调整优化：根据测试结果，对物镜进行调整和优化，以达到设计要求。
3.物镜设计的注意事项在进行物镜设计时，需要注意以下几个方面：1)数值孔径的选择：数值孔径是物镜中一个重要的参数，它决定了物镜的分辨率和光通量。
因此，在物镜设计中需要根据实际需求选择合适的数值孔径。
2)焦距的选择：焦距决定了物镜的放大倍数和工作距离。
较长的焦距可以实现较高的放大倍数，但也会增加工作距离。
Zemax光学设计：Petzval物镜的设计实例
Zemax光学设计：Petzval物镜的设计实例引言：Petzval物镜，它是由两个被空气分离的正透镜组构成。
1839年Joseph Petzval 设计了这个著名的“照相物镜”。
其前组是一个双胶合，后组是一个双分离，两者之间有一个光圈。
前组可以很好地校正球差，但会引入彗差。
彗差由后组校正，光阑位置校正了大部分像散。
然而，这会导致额外的场曲和晕影。
因此，FOV限制在30度以内。
f/3.6的f值是可以实现的，这比当时的其他镜头要快得多。
Petzval首次根据光学定律计算透镜的组成，而之前的光学系统则是根据经验进行磨制和抛光的。
为了计算，奥地利大公路易（炮兵司令）向匹兹瓦提供了8名炮兵和3名下士，因为火炮是进行数学计算的少数职业之一。
1.Seidel分析双片式物镜的局限性在于单组元件无法校正像散，这大大限制了它的视场角范围。
在光阑上的薄透镜组的像散为：即其总是不为零。
因此，只有一些透镜组不在光阑上，才能校正像散。
因此，两个分离的透镜组可以用于产生等量反向的像散。
这两个透镜组不一定是单透镜，也可以是消色差双片式或者更复杂的透镜组。
若我们假设光阑在第一个透镜组上，第二个透镜组和它相距一段距离，那么会有光阑平移效应。
只要第二个透镜组没有完全校正球差和彗差，那么平移第二个透镜组远离光阑一定距离，就可以产生足够的像散来校正第一个透镜组的像散。
我们可以得到任意的一个像散值S3，但是两个正透镜组都会对场曲产生贡献，即Petzval 物镜的 Petzval 和总是正值。
这意味着像面总是朝向镜头弯曲。
通常，我们想要零像散，则让总的S3为零，场曲会使子午和弧矢像重合于弯曲的像面上。
但是，还有其他选择，由弧矢像差，只要S3=-S4，我们就可以使弧矢像面为平面。
而且，若让S3=-S4/3，则就可以使子午像面为平面。
在设计 Petzval 镜头中有一个很好的准则，那就是让前组(A)的光焦度为K /2，后组（B）的光焦度为K，为保证总光焦度为K，让它们之间的距离为1/K。
设计实例zemax设计照相物镜详细过程
照相物镜设计实例
照相物镜的技术指标要求：
焦距：f’=9.6mm； 焦距：f’=9.6mm； 相对孔径D/f’不小于1/2.8； 图像传感器为1/2.5英寸的CCD， 成像面大小为4.32mm×5.76mm； 后工作距>5mm 在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波 长)； 1m成像质量，MTF 轴上>40% @100 lp/mm 轴外0.707 >35%@100 lp/mm ������ 最大畸变<1%
在镜片厚度（Thickness）列顺序输入表1-2中的 镜片厚度；在第七个面厚度处单击右键，选择面 型为Marginal Ray Height。在镜片类型（Glass） 列输入镜片参数，方法是:在表中点右键对话框 Solve Type选中Model，Index nd中输入n值， Abbe Vd中输入v值。结果如下图2-1在systemgeneral-aperture中输入相对孔径值2.8，在 system-wavelength中输入所选波段，根据要求选 d光为主波长。然后在tools-make focus中改焦距 为12mm进行缩放。
照相物镜镜头设计与像差
分析
设计实例
光学设计流程
光学设计初始结构方法
1、计算法
2、计算结合经验法
3、经验法
4、查资料法(孔径、视场、波长、 焦距，整体缩放)
查资料法:确定初始结构
查资料法
E.F.L----Effective Focus Length （有效焦距） B.F.L----Back Focus Length （后工作距） FNo.----F Number （相对孔径） F.A.----Field Angle (视场角)
该镜头不仅体积小, 结构紧凑, 而且像质较 好。在此次设计中，发现光阑面使用非球 面能够很好的平衡像差，只进行了对玻璃 厚度和曲率的简单优化，查阅相关资料后 设想如果将第一面的透镜换为鼓形透镜， 第二面换为弯月透镜或换成折射率更高的 玻璃，还可以进一步做出深度优化，使之 获得更好的性能 。
光学设计实例——显微镜物镜、双高斯照相物镜
底片尺寸（36mm×24mm）是打印纸 的1/7.06倍, 则底片上成像弥散斑直径为 0.003/7.06=0.00042英寸=0.0107mm；
对于一个真正的照相系统，通常对 MTF Nhomakorabea更复杂的技术要求。
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双高斯物镜设计实例
双高斯物镜
双高斯物镜是一个对称型结构，借以校正垂轴像差——彗差、畸变和垂轴色差， 因此其每一半应能校正轴向像差——球差、像散、场曲和轴向色差；保持其对称性很 重要。 为校正场曲，必须有两个正负光焦度且分离的薄透镜组，最简单的就是弯月厚透 镜；高斯结构的特点是凸面靠外，这有利于其提高相对孔径，但它不能校正球差和轴 向色差，为此把弯月厚透镜变成双胶合透镜，但双胶合透镜内的光焦度分配主要考虑 的是校正场曲，轴向色差可能得不到很好校正，为此又加了一个分离的正透镜，它也 分担了双胶合正透镜的一部分光焦度。 用正负光焦度分配校正场曲；有了正负光焦度的透镜，选择折射率并弯曲透镜， 可使球差校正，选择色散可以使轴向色差校正。光阑的恰当位置可以使像散校正。
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双高斯物镜设计实例(Zemax数据8) 双高斯物镜设计实例(Zemax数据8) (Zemax数据
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MTF（47） MTF（47）
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双高斯物镜设计实例(Zemax数据) 双高斯物镜设计实例(Zemax数据) (Zemax数据
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MTF（50） MTF（50）
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双高斯物镜设计实例(原始数据) 双高斯物镜设计实例(原始数据)
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双高斯物镜设计实例(设计结果1) 双高斯物镜设计实例(设计结果1)
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双高斯物镜设计实例(设计结果2) 双高斯物镜设计实例(设计结果2)
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光学设计-第18章--摄影和投影物镜设计
第十八章 摄影和投影物镜设计摄影物镜通常是指照相机、电影和电视摄像机中的镜头。
摄影物镜的作用是把外界的景物成像在感光胶片、电荷耦合器件(CCD)等接收器上。
胶片、CCD 以及其他接收器的尺寸通常比外界景物小得多，因此，摄影物镜是使物体缩小成像的。
另外，摄影物镜的焦距通常在几毫米到几百毫米之间，而要拍摄的外界景物与摄影物镜的距离跟物镜的焦距相比是相当大的。
当物距大于焦距的⨯30以上时就可视为无穷远成像。
在绝大多数情况下，外界景物是大于这个距离的，因此摄影物镜可视为对无穷远目标成像。
还有一类物镜，它与摄影物镜相反，是把记录在胶片或其他介质中的图样或图像放大成像到屏幕上，这类物镜称之为投影物镜或放映物镜，电影放映物镜就是其中典型的例子。
除普通照相物镜外，摄影物镜还包括用于航空测量和空中侦察的航空照相物镜、把实物和画面用照相腐蚀方法制成印刷用版的制版物镜等。
§1 摄影物镜的光学性能决定摄影物镜光学特性的参数有三个：焦距/f ，相对孔径/f D ，视场ω2。
1 焦距摄影物镜的焦距/f ，决定了物体所成像的大小，或者说决定了照片上的像与实际物体之间的比例。
用不同焦距的摄影物镜对同一位置的某物体进行摄影，焦距大者，所拍摄得的像也大。
这可以从放大率公式看出， xf x f y y //=-==β 可知当/f 大时，垂轴放大率大，即得到比较大的像。
实际上由于摄影物镜的物距一般情况下都很大，可按物在无限远考虑，此时成像于焦面上，则有： ωtg f y ⋅-=//可见，对一定大小的物体，像的大小和物镜的焦距成正比，对于远距离摄影和航空摄影，若利用普通短焦距照相物镜，由于成像比例小，所成像太小，难以辨认目标，这时需用长焦距物镜，焦距可达1米以上。
由于摄影物镜用途不同，焦距范围也不一致。
普通用照相机焦距多在mm 100以下。
#135相机的常用镜头焦距为mm 35，#120相机常用镜头焦距为mm 75。
2 视场摄影物镜的视场ω2，决定了所拍摄的物空间范围。
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2014-2015学年第二学期《现代光学设计》考核
——照相物镜设计
班级：******** 学号：************* 姓名：***
一、系统设计要求：
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°
二、设计过程
1,在光学技术手册查询后选定初始结构为后置光阑的三片物镜，初始参数为：
1
输入初始参数
2,优化设计过程
将参数输入zemax：其中第六面设为光阑面，厚度设为marginal ray height，移动光标到STO光阑面的“无穷（Infinity）”之上，按INSERT键。
这将会在那一行插入一个新的面，并将STO光阑面往下移。
新的面被标为第2面。
再按按INSERT键两次。
移动光标到IMA像平面，按INSERT键两次。
在LDE曲率半径（Radius）列，顺序输入上表1中的镜片焦距（注意OBJ面不做任何操作）；在镜片厚度（Thickness）列顺序输入表1中的镜片厚度；在第七个面厚度处单击右键，选择面型为Marginal Ray Height。
在镜片类型（Class）列输入镜片参数，方法是:在表中点右键对话框Solve Type选中Model，Index nd中输入n值Abbe Vd 中输入v值。
结果如下在system-general-aperture中输入相对孔径值 2.8，在system-wavelength中输入波段，然后在tools-make focus中该改焦距为15mm进行缩放。
3,设置相对孔径值和波长
输入焦距15mm进行缩放：
4,定义视场如下
此时得到初始结构及参数如下图
5,优化设计过程
利用ZEMAX得到初始结构的M TF 曲线可看出成像质量很差, 因此需要校正像差。
该结构可以用作优化变量的的数据有：6个曲率半径，2个空气间隔，3个玻璃厚度。
首先使用Default Merit Function建立缺省评价函数进行优化，
选择Editors-Merit Function，在第一行中先输入EFFL，目标值设为15，权重设为1。
再输入SPHA和MTFA，在Target中输入0.4，在Weight中输入1。
再选择Tools-Default Merit Function，选择OK，建立缺省评价函数。
EFFL：指定波长号的有效焦距。
SPHA：指球差，如果Surf=0，则指整个系统的球差总和。
MTFA：弧矢和子午的调制传递函数的平均值
然后在Analysis-Aberration Coefficients-Seidel Coefficients中查看，找出对赛得和数影响大的面，将这些面的曲率半径设为变量，优先优化。
发现第一面和光阑面影响较大，优先优化。
先将STO面的类型改为Even Asphere，将1、6面曲率半径设为变量，选择快捷选项Opt，然后进行优化，优化后取消变量，将剩余面的曲率半径设为变量，再次优化，完毕后取消变量。
再将透镜间隔和玻璃厚度先后进行优化。
根据其中像差的变化不断的对数据进行常识性优化，再根据2D图适当调整曲率半径和厚度，每次调整后再次优化实时关注MTF图的曲线变化，最后使各个参数都在可接受范围之内，完成设计。
6,优化结果和分析如下
由2D LAYOUT图可知，主要光线聚焦完美，但视场为1的远场光线聚焦不是完善，这并不影响照相物镜的照相要求，相片的外围的稍微模糊不影响相片的质量。
像差特性曲线
点列图：由Spot Diagram点列图可知，前五个视场的能力集中在中心区域。
FFT调制传递函数：由FFT MFT图可知，大部分光线与坐标轴所围的面积已经得到很好的优化。
场曲与匹兹伐曲线：由Field Curv\Dist图可知，三种波的子午场曲和弧矢场曲间的距离小，高级求差得到良好优化。
塞德和系数：由塞德和系数图表分析后，影响像差的系数变小，最后整个系统球差0.000192，慧差0.000432，像散0.002716，
本设计的优化结果中，
由2D LAYOUT图可知，主要光线聚焦完美，但视场为1的远场光线聚焦不是完善，
这并不影响照相物镜的照相要求，相片的外围的稍微模糊不影响相片的质量。
由RAY LAN图可知，子午球差已经很小，也只有远视场稍微大些。
由Field Curv\Dist图可知，三种波的子午场曲和弧矢场曲间的距离小，高级求
差得到良好优化。
由Spot Diagram点列图可知，前五个视场的能力集中在中心区域。
由FFT MFT图可知，大部分光线与坐标轴所围的面积已经得到很好的优化。
由塞
德和系数图表分析后，影响像差的系数变小，最后整个系统球差0.000192，慧
差0.000432，像散0.002716，
综上所述该设计基本满足设计要求。