zemax设计 - 三片式照相物镜设计
三片型望远镜物镜系统设计报告
三片型望远镜物镜系统设计报告物镜是望远镜中最重要的组件之一，它决定着望远镜的分辨率和光学性能。
设计一款高质量的物镜系统对于实现高清晰度和高放大倍数的观测是至关重要的。
在本报告中，将介绍一种三片型望远镜物镜系统的设计。
首先，我们选择了三片型物镜系统，因为它具有良好的光学性能和较小的色差。
它由三个镜片组成，分别称为目镜、中镜和物镜。
这种设计可以有效减少畸变和散光，提高图像的清晰度和准确性。
在设计物镜系统时，我们首先确定了光学焦距和口径。
光学焦距决定了望远镜的放大倍数，而口径则决定了光的收集能力。
为了实现高分辨率的观测，我们选择了较长的光学焦距和较大的口径。
然后，我们根据设计要求选择了合适的光学玻璃材料。
光学玻璃的折射率和色散性质会影响物镜系统的成像质量。
我们选择了具有较低色散率的特殊光学玻璃材料，以减少色差和散光现象。
接下来，我们进行了最佳的透镜曲率半径和厚度的选择。
透镜的曲率半径和厚度会影响光线的弯曲和聚焦，因此在设计过程中需要进行精确调整。
我们使用了光学设计软件进行模拟和优化，以确定最佳的透镜参数。
最后，我们进行了物镜系统的光学测试和校准。
通过使用干涉仪、散斑法和星光观测等方法，我们对物镜系统的成像质量进行了评估。
通过调整透镜的位置和角度，我们进一步优化了系统的光学性能。
通过上述设计和优化步骤，我们成功设计了一款高质量的三片型望远镜物镜系统。
该系统具有较高的分辨率、准确的成像和较小的色差。
我们将继续改进该系统的设计，并进行实际观测和测试，以验证其性能和可靠性。
总结起来，物镜是望远镜中最关键的组件之一，其设计需要考虑光学焦距、口径、材料和曲率半径等因素。
通过使用光学设计软件进行模拟和优化，并进行光学测试和校准，我们可以设计出高质量的物镜系统。
这种三片型望远镜的物镜系统具有较高的分辨率和准确的成像，适用于各种天文观测和科研应用。
设计实例zemax设计照相物镜详细过程61页PPT
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设计实例zemax设计照相物镜详细过 程
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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
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。
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３．３．２
对于手机照相光学系统来说，一般相对照度越大越好，随着视场的增大，将导致出射主光线的角度也越来越大，这样就会使相对照度下降，一般来说，全视场相对照度大于０．５即可。
在本系统中，由于具有大相对孔径，在全视场相对空间为
０．４５，虽没有达到０．５的要求，但也能满足拍摄需要，如图９所示。
５ 公差分析
好的光学系统不仅要有良好的像质和结构指标，更要考虑到现代加工工艺水平，加工工艺水平决定了系统公差的大小，所以在设计阶段要充分考虑到系统的公差大小。
如果系统容忍的公差很小，就有可能就超过现代加工工艺，最终导致加工失败。
非球面玻璃和塑料镜片可以采用模压成形技术，模压成形技术的光学元件直径为２ｍｍ～５０ｍｍ，直径公差
±０．０１ｍｍ，厚度为０．４ｍｍ～２５ｍｍ，厚度公差为±０．０１ｍｍ，面形精度可达到１．５λ。
经过对系统公差进行分析，确定设计公差都在加工工艺能达到的范围内。
６ 结论
通过对镜头的优化，得到了一款像质较好的８００万像素的手机镜头，整体结构紧凑，透镜厚度均大于０．６ｍｍ，便于加工铸造。
其焦距为４．２５ｍｍ，有较大的后工作距离（０．５ｍｍ），两片载薄片对镜头起到一个很好的保护和滤光作用，其具有较大的相对孔径１／２．４５，进光量是一般手机的１．３
倍［５］，这样保证了在光线不好情况下手机的拍摄效果。
其光学总长为７ｍｍ，畸变小于２％，ＴＶ畸变小于０．３％，像面主光线出射角度小于２５°，像面８０％能量集中在２μｍ范围内。
综合来说，此镜头满足实际生产要求。
基于ZEMAX的库克相机物镜优化
基于ZEMAX的库克相机物镜优化作者：徐延亮雷娟来源：《中国基础教育研究》2013年第01期【摘要】随着毕业生就业竞争激烈化，学生不在满足于仅仅学习课本上的理论知识，迫切的需要参与实践，在这种情况下，将光学设计软件ZEMAX引入工程光学教学是大有益处的。
ZEMAX容易上手，市场占有率高，这为学生将来参加工作后的发展提供了良好的条件。
本文以典型的三片相机物镜优化设计为例，经过初始数据录入、优化及分析像差等光学设计的相关步骤，最后使物镜性能得到了显著提升，使学生获得处理实际光学设计问题的初步的能力。
【关键词】三片相机物镜工程光学 ZEMAX 光学设计引言对于光学设计的原理，书本上有详细的推导过程，但是如何把这些原理整合起来应用到实际设计？如何使学生产生学习兴趣？这是工程光学教学所面临的难题。
而将ZEMAX软件引入教学解决了这一难题。
ZEMAX容易上手，界面友好，是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。
可以直观的进行光学设计，借助其强大的像质评价和分析功能，将设计者从大量枯燥的计算中解脱了出来。
而且ZEMAX已经成为当今使用最普遍的光学设计软件之一，光学研究所，大学，光学公司，光学加工厂都在使用。
大量科研论文也是以ZEMAX为平台进行光学设计的[1-4]，所以学习ZEMAX的使用，为学生将来不论参加工作还是读研写论文都提供了良好的开端。
本文三片相机物镜是库克三片式镜头，其最初结构是1893年英国库克父子公司的光学设计师丹尼斯·泰洛设计的。
丹尼斯·泰洛的基本设想是这样的：把同等度数的单凸透镜和单凹透镜紧靠一起，结果自然度数为零，像场弯曲也是零。
但是镜头的像场弯曲和镜片之间的距离无关，因此把这两片原来紧靠一起的同等度数的单凸透镜和单凹透镜拉开距离，场弯曲仍旧是零，但根据组合透镜光焦度公式Φ=Φ1+Φ2-dΦ1Φ2，其总体度数不再是零，而是正数。
工程光学三片型照相物镜的结构参数计算课件
计算光圈大小
根据设计要求和光圈类型的选 择，计算出光圈的大小。
光学元件的相对位置与装配精度
确定透镜的相对位置
根据光学系统的设计要求和透镜的折射率，确定每个透镜的相对 位置。
确定光圈的相对位置
根据光学系统的设计要求和光圈的类型，确定光圈的相对位置。
计算装配精度
根据光学元件的相对位置和设计要求，计算出每个元件的装配精度。
产业协同
国际合作与交流
加强产业链上下游企业的合作与协同，推 动三片型照相物镜技术的产业化发展，实 现资源共享和优势互补。
积极参与国际合作与交流，学习借鉴先进 技术和管理经验，提升我国在工程光学领 域的国际地位和影响力。
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三片型照相物镜的优势
相对于单片和双片型照相物镜，三片 型照相物镜具有更高的成像质量，更 低的畸变和色差，以及更好的光路灵 活性，能够适应不同场景和需求。
工程光学在照相物镜设计中的应用
工程光学在照相物镜设计中的应用
利用工程光学原理和技术，对三片型照相物镜的镜片进行优化设计和组合，以实 现高质量的图像聚焦和光线校正。
工程光学三片型照相物镜的结构参 数计算课件
• 工程光学三片型照相物镜概述 • 三片型照相物镜的结构参数计算方法 • 三片型照相物镜的结构设计 • 三片型照相物镜的性能评估与测试 • 工程实例：三片型照相物镜的设计与应用 • 工程光学三片型照相物镜的发展趋势与挑
战
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工程光学三片型照相物镜概述
照相物镜的功能与分类
位置，以确保系统的成像 元件的装配精度，以确保
质量。
系统的稳定性和使用寿命。
光学元件的参数选择与计算
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zemax设计实例之手机镜头
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］。
三片分离式照相物镜优化设计
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，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 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Nλλ u f D 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。
三片式物镜课程设计
三片式物镜课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握三片式物镜的基本结构及工作原理；2. 学生能描述三片式物镜在显微镜中的应用及其作用；3. 学生能了解不同三片式物镜的成像特点及其适用范围。
技能目标：1. 学生能够运用三片式物镜进行显微镜的操作与使用；2. 学生能够通过实际操作，掌握三片式物镜的更换与保养方法；3. 学生能够运用所学知识，分析并解决显微镜使用过程中遇到的问题。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对显微镜及三片式物镜的兴趣，激发探究精神；2. 学生在学习过程中，培养团队合作意识，学会分享与交流；3. 学生通过本课程的学习，认识到科技发展对人类生活的影响，增强社会责任感。
课程性质：本课程为实验课程，结合理论讲解与实际操作，让学生在动手实践中掌握知识。
学生特点：学生在本年级已具备一定的显微镜知识基础，对实验操作具有好奇心和求知欲。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，关注学生的个体差异，引导他们通过自主学习、合作交流等方式，达到课程目标。
在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 三片式物镜基本概念与结构：介绍三片式物镜的定义、组成及其在显微镜中的作用；参考教材相关章节，让学生理解物镜与目镜的协同工作原理。
- 教材章节：第二章第三节《显微镜的物镜与目镜》- 内容列举：物镜的结构、放大原理、与目镜的配合2. 三片式物镜的成像特点及适用范围：分析不同三片式物镜的成像特点，及其在不同实验环境下的适用性。
- 教材章节：第二章第四节《显微镜的成像特点》- 内容列举：低倍物镜、高倍物镜、油镜的成像特点及使用场景3. 显微镜的操作与使用：结合三片式物镜，讲解显微镜的组装、使用、调整及保养方法。
- 教材章节：第三章《显微镜的操作与使用》- 内容列举：显微镜的组装与调整、物镜的更换与保养、显微镜的操作步骤4. 实际操作与问题分析：安排学生进行显微镜实际操作，引导他们观察、分析并解决操作过程中遇到的问题。
照相机物镜设计
照相机物镜设计摘要：在照相机中，其镜头就是它的眼睛，镜头的分辨率和精度直接影响照相机摄像的图像质量。
为了能够提高镜头的作用效果，我们创造了设计光学仪器的仿真软件。
在仿真中我们可以通过自动计算出的像差来进行对仪器参数的微调优化，最后得到符合设计要求的光学仪器。
另外，用仿真软件设计光学仪器既减少了人力计算结构参数时的误差也降低了设计难度。
本论文是设计一个入瞳直径：26Dmm；物镜焦距：55mm；半视场角：20o；的照相物镜，我开始准备设计一个三片式分离照相物镜。
但是在设计中途发现三片式分离照相物镜的光学传递函数（FTM）图像始终不能优化到设计要求，查阅资料后发现相对孔径过大，导致三片式分离照相物镜不能得到要求。
于是我又采用了双高斯物镜进行设计，设计总体分两部进行，先计算出外形尺寸，再采用ZEMAX仿真的方法，通过一系列优化的光学设计手段，得出满足设计要求的三片分离式照相物镜的具体参数的过程与结果。
关键词：ZEMAX；三片分离式；双高斯；光学设计Camera objective designAbstract: in camera, its lens is its eyes, the resolution and precision of lens directly affect the image quality of camera. In order to improve the effect of lens, we created a simulation software for designing optical instruments. In the simulation we can optimize the parameters of the instrument by calculating the aberration automatically and finally get the optical instrument which meets the design requirements. In addition, the design of optical instrument with simulation software not only reduces the error when calculating the structural parameters by manpower, but also reduces the design difficulty.In this paper, we design a lens with a diameter of: 26Dmm; objective lens: 5mm; half-field angle: 20o. I began to design a three-slice camera lens. However, in the middle of the design, it was found that the optical transfer function (FTM) image of the three-slice camera lens could not be optimized to the design requirements, and the relative aperture was found to be too large after consulting the data, which led to the failure of the request for the three-slice separated photographic objective lens. So I used double Gao Si objective lens to design, the overall design is divided into two parts, first calculate the size of the shape, then use the ZEMAX simulation method, through a series of optimized optical settings The process and result of the specific parameters of the three - chip separating photographic objective lens which meet the design requirements are obtained .Keywords：ZEMAX, Three-piece separation, Double Gauss, Optical design目录目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (2)1.1 选题的目的和意义 (2)1.2 照相机基本结构 (2)1.3 国内外研究现状 (3)1.4 本章小结 (4)2 仿真软件的使用和像差分析 (5)2.1 仿真软件的选用 (5)2.2 ZEMAX的使用方法 (5)2.3 像差分析 (7)2.4 本章小结 (7)3 照相机物镜设计仿真模拟 (8)3.1 照相机的外形尺寸计算 (8)3.2 ZEMAX设计过程 (9)3.3 系统优化 (13)3.4 本章小结 (17)总结 (18)参考文献 (19)致谢 (20)附录A (21)1 绪论1.1 选题的目的和意义科学技术的快速发展，使得光学仪器踏入了社会各个领域。
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三片式照相物镜设计
透镜参数：
1.焦距为9mm。
2.相对孔径为1/4。
3.全视场2ω为40度。
4.所有视场在67.5lp/mm处时，MTF>0.3。
5.三个透镜选用的玻璃依次为ZK5，F6，ZK11。
CAD图：
1.系统二维图：
2.系统三维图：
3.点列图：
1）当ω=20度时，系统的慧差较大。
2）从图中可以看到黑色圆圈所包含的点较多，说明能量较为集中。
3）系统的弥散斑半径较小，该系统符合设计要求。
4.MTF曲线
1）当所有视场在67.5lp/mm处时，MTF曲线>0.3。
符合系统设计要求。
2）图中黑色的线为衍射极限，图中其他曲线的走势和衍射极限的走势基本相同，系统较为优秀。
3）S曲线（弧矢曲线）与T曲线（子午曲线）基本重合，说明镜头的像散比较小。
4）图中曲线较为平直，说明边缘与中间一致性较好。
5.光线扇面（Ray Fan）
6.光程差扇形图（OPD Fan）
7.Field Curv/Dist（场曲）
8.点扩散函数PSF
9.包围圆能量曲线
在上图中，曲线较为陡直，且拐弯点较高，说明该系统较好。