基于ZEMAX的照相物镜的设计
基于ZEMAX的显微物镜设计
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学院编号：
大学生课外科技实践创新活动基金
项目申请书
（自然科学类）
课题名称：基于ZEMAX的显微物镜设计
申请人冬
指导教师科
所在系电子工程学院光电信息科学与工程系
起止年月：2016年4月-2017年3月
填报日期：2016年4月21日
师学院科研处
二○一三年制
填报说明
一、编写申请书之前请认真阅读本填表说明。
申请书所列容必须实事，逐项认真填写，表达要明确严谨。
对于填写容含糊不清、不合要求、手续不全的申请书不予受理。
二、课题申请书作为课题执行过程中检查、验收等管理活动的重要依据文件，由课题负责人填写。
三、学院编号不要填写，由科研处统一编排。
四、3-4页不得出现申请人的任何背景资料，否则作废。
3-4页与前面的表格分开装订。
五、申请书中有关栏目不敷填写时可另附页说明。
申请人承诺
我保证如实填写本表格各项容。
如果获得立项，承诺以本表为有约束力的协议，遵守我院大学生科技实践创新活动基金管理办法，认真开展研究工作，取得预期成果。
如果成果发表或发布，我将注明是师学院学生科技创新基金支持项目。
申请人（签字）：
年月日
以上容和下面容分开装订。
以下申报页不得出现申请人的背景材料，否则作废，学院编号。
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/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。
设计实例zemax设计照相物镜详细过程61页PPT
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
设计实例zemax设计照相物镜详细过 程
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
Байду номын сангаас
基于ZEMAX的手机照相镜头的光学设计(可编辑)
基于ZEMAX的手机照相镜头的光学设计（可编辑）基于ZEMAX的手机照相镜头的光学设计本科毕业设计论文题目:手机照相镜头的光学设计院、系: 光电工程学院学科专业: 光电信息工程学生:学号:指导教师:年 6月手机照相镜头的光学设计摘要随着市场的发展,可拍照手机逐渐取代普通手机,而手机的小型超薄化也是必然趋势,手机的照相功能的提升和小型超薄化应并进,而二者又是相互制约的,因此尽量减小手机照相镜头的体积并提高其性能成为必然趋势。
本文后半部分运用ZE对所设计的镜头进行了调整和优化,用缩放法对初始模型反复调试和修改,并根据课题要求进行了数据分析,最终得出了符合设计要求的结果。
最终设计结果为:镜头总长:10.07mm,后焦距:1.27mm。
畸变范围-1.07到1.76?之间。
中心视场MTF@160lp/mm值为0.52。
边缘视场MTF@120lp/mm值为0.53。
关键字:可拍照手机镜头小型化 ZE 优化。
Mobile lens designAbstractAlong with the market’ development demand, p hones which can take photos will replace the common phone. And the phones which is small and thin will be the main product. For this , smaller and thinner should go along with each. But it’s difficult to complete. So the trend of mobile lens’ future is to monish the volume and make the assemble better In the second part of this thesis, I use ZE to design the lens and try my best to make it better, zoom the original lens to debug and alter it. And analysis the data according the task require. In final, I reach the design purpose. Final design: total length of the lens is 10.07mm, back focal length is 1.27mm, distortion is from -1.07 to 1.76, theMTF@160lp/mm at zero field is 0.52, the MTF@120lp/mm at 0.7 field is0.53Keywords: mobile which can take photos; lens; smaller; ZE; optimizations.目录摘要 (?)Abstract (?)目录 (1)1 绪论 (1)1.1 研究的目的和意义…………………………………………………(1) 1.2 可拍照手机和镜头设计的国内外发展………………………… (1) 1. 2. 1 可拍照手机国内外发展状况 (1)1.2.2 现今镜头设计的国内外发展状况 (2)2 手机照相镜头的成像原理介绍 (3)2.1 可拍照手机照相原理....................................... ............ (3) 2.2 感光元件简介............................................. ...............(3) 2. 3 镜头结构分类及选择........................... (3)2.4手机镜头的性能指标和相关术语…………………………………(4) 2.4.1镜头类型选择的依据[7] (4)2.4.2数码镜头鉴别率 (4)2.4.3光圈范围 (4)2. 4. 4影响像质的几个因素 (5)3光学系统设计 (6)3.1光学设计软件简介…………………………………………………(6) 3.1.1 ZE MTF函数 (6)3.1.2缺省的评价函数及优化 (6)3. 1. 3归一化的视场和光瞳坐标 (7)3.2设计要求及分析……………………………………………………(7) 3.3初始结构的选择……………………………………………………(8) 3. 3. 1 视场角的确定 (10)3.3.2 F数的确定 (10)3.3.3 工作波长的选择 (10)3.3.4调制传递函数图如下 (11)3.3.5七种塞得像差分别为 (11)3.3.6场曲和畸变图 (12)3.3.7点列图如下 (12)3.3.8光线特性曲线图 (13)3.4 像差的初步校正…………………………………………………(13) 3.4.1初步校正后的数据 (13)3.4.2二维光路图如下 (15)3.4.3调制传递函数图如下: (15)3.4.4场曲畸变图 (16)3.4.5点列图 (17)3.4.6光线特性曲线图 (17)3.5系统优化 (18)3.5.1优化数据 (18)3. 5. 2二维光路图 (19)3.5.3 点列图 (20)3.5.4场曲畸变示意图 (20)3.5.5 MTF分析图 (21)3.5.6光线特性曲线图 (23)3.6公差分析 (24)3. 6. 1公差分析的一般过程 (24)3.6.2公差分析方式介绍 (24)3. 6. 3此课题所进行的公差分析结果 (25)3.7设计结果 (27)4 结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)1 绪论1.1 研究的目的和意义随着手机镜头相关工艺的实践,低端的数码相机已逐步被可拍照手机所取代。
基于Zemax的超广角照相物镜光学结构设计
中北大学
毕业设计任务书
学院：信息与通信工程学院
专业：光信息科学与技术
学生姓名：韩新学号：1105024101 设计题目：基于Zemax的超广角照相物镜光学
结构设计
起迄日期: 2015年3月9日～2015年6月20日设计地点:山西省研究中心
指导教师:
负责人:
发任务书日期: 2015年3月9日
任务书填写要求
1．毕业论文任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在学院的负责人审查、负责人签字后生效。
此任务书应在毕业论文开始前一周内填好并发给学生；
2．任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；
3．任务书内填写的内容，必须和学生毕业论文完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及学院领导审批后方可重新填写；
4．任务书内有关“学院”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。
学生的“学号”要写全号（如020*******,为10位数），不能只写最后2位或1位数字；
5．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。
如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。
毕业设计任务书
毕业设计任务书。
zemax望远物镜的课程设计
zemax望远物镜的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握zemax软件的基本操作流程，运用其进行望远物镜的设计。
2. 学生能掌握望远物镜的光学原理，包括成像公式、焦距计算、视场角等关键概念。
3. 学生能了解并描述望远物镜在不同应用场景中的性能要求和设计要点。
技能目标：1. 学生能独立使用zemax软件，完成望远物镜的初始设计和优化。
2. 学生能够分析望远物镜的仿真结果，对设计方案进行评价和改进。
3. 学生通过小组合作，能够解决望远物镜设计过程中遇到的问题，提高团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到光学仪器在科学研究和国防建设中的重要性，增强国家意识和社会责任感。
2. 学生在课程学习过程中，培养科学精神，严谨求实，勇于探索未知领域。
3. 学生通过学习望远物镜设计，激发创新思维，提高实践能力，增强自信心。
课程性质：本课程为实践性较强的专业课程，旨在帮助学生将光学理论知识与实际应用相结合，提高学生的实际操作能力和综合运用能力。
学生特点：学生具备一定的光学基础知识，具有较强的学习兴趣和动手能力，但缺乏实际设计经验。
教学要求：教师需结合学生特点，采用讲授、实践、小组讨论等多种教学方法，引导学生掌握望远物镜的设计方法，提高学生的综合能力。
同时，注重过程评价，确保学生达到预期学习成果。
二、教学内容本章节教学内容紧密围绕课程目标，结合教材相关章节，确保教学内容科学性和系统性。
具体安排如下：1. 光学基础知识回顾：引导学生复习光学成像原理、高斯光学等基本概念，为后续望远物镜设计奠定基础。
（对应教材第2章）2. zemax软件操作：详细介绍zemax软件的基本操作流程，包括界面认识、基本命令使用、参数设置等，使学生能够熟练掌握软件操作。
（对应教材第3章）3. 望远物镜设计原理：讲解望远物镜的光学原理，如成像公式、焦距计算、视场角等，并分析其在不同应用场景中的性能要求。
（对应教材第4章）4. 望远物镜设计实践：指导学生运用zemax软件进行望远物镜的初始设计，包括搭建模型、设置参数、仿真分析等，培养学生的实际操作能力。
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 。
基于ZEMAX的照相物镜的设计
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。
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第一章简述照相物镜的设计原理和类型
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- (1-1)
式中， 为垂轴放大率， 。对一般的照相机来说，物距l都比较大，一般 >1米，f’为几十毫米，因此像平面靠近焦面， ，所以
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。
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
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。
早期的照相物镜是单片的正弯月形透镜，其前置一孔径光阑，之后演变为双胶合弯月透镜以及正负分离透镜，这些简单的物镜相对孔径很小只能在室外照明条件良好时拍摄，又称为风景物镜。 最早出现的对称型物镜，属于简单的风景物镜对称于光阑的组合，相对孔径仍然很小，如Hypogon物镜。之后又出现Protar物镜，Dagor物镜等一系列逐渐演变出来的物镜，之后出现的三片物镜是很多复杂透镜的基础，它由三片分离的薄透镜组成，在视场角为55°时，相对孔径可以达到1：3.5~1;2.8,在视场角适当降低时，相对孔径可提高到1：2.4以上。其他还有双高斯物镜、远距物镜、反远距物镜等等复杂物镜。
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；
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
Ⅱ）当物体处于无限远时， →∞像高为ຫໍສະໝຸດ y’= （1-2）因此半视场角
=atan （1-3）
表1-1中列出了照相物镜的焦距标准：
表1-1
物镜类型
鱼眼
超广角
广角
标准
短望远
望远
超望远
物镜焦距f’/mm
7.5~15
17~20
24 ~28 ~35
50
85~ 100
135 ~200 ~300
400 ~500~600 ~800
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
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。
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
（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。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；
《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
本次涉及所使用的三片物镜是具有中等光学特性的照相物镜中结构最简单，像质最好的一种，被广泛使用在比较廉价的135#和120#相机中，例如国产的海鸥—4、海鸥—9、天鹅相机等。这种照相物镜进一步复杂化的目的，大多是为了增大相对孔径，或提高视场边缘成像质量。
第二章 设计过程
2.1根据参数要求确定恰当的初始结构
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。
照相物镜上述三个光学性能参数是相互关联，相互制约的。这三个参数决定了物镜的光学性能。企图同时提高这三个参数的指标则是困难的，甚至是不可能的。只能根据不同的使用要求，在侧重提高一个参数的同时，相应地降低其余两个参数的指标。