zemax-课程设计Word版
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)
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
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
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-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
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。
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
望远镜、显微镜组装与设计和zemax使用光学课程设计教材
长沙学院 光学工程CAD设计 课程设计说明书 题目光学课程设计 系（部）电子与电气工程系 专业（班级）光电信息工程（2013级2班）姓名学号 指导教师孙利平、周远、谭志光、刘莉 起止日期2015622 —2013625
长沙学院课程设计鉴定表
目录 一、望远镜的设计与组装 (3) 1、项目设计目的 (3) 2、望远镜的基本原理 (3) 3、设计任务 (4) 设计与组装一个开普勒望远镜 (4) 设计与组装一个伽利略望远镜 (4) 设计和组装一个带正像系统的开普勒望远镜 (4) 4、数据记录 (4) （1）测得透镜焦距 (4) （2）开普勒望远镜的组装 (4) （3）开普勒望远镜特性参数测量 (4) 5、照片展示 (5) 6、可用器材 (5) 二、显微镜的设计与组装 (6) 1、项目设计目的 (6) 2、望远镜的基本原理 (6) 3、显微镜的设计及数据记录 (7) ①............................................................................................................................................. 视 放大率 (7) ②............................................................................................................................................. 系 统总长度不能大于光学平台的长度 (7) ③............................................................................................................................................. 要 给出设计值和实测值 (7) ④............................................................................................................................................. 用 手机拍一幅从目镜后拍出的微尺放大图 (7) 4、设计思路 (8) 5、可用器材 (8) 三、Zemax的光学设计 (8) 1、选定光学设计题目 (8) 2、学习zemax的使用 (8) 3、使用 zemax软件设计光学器件 (10) ①设计单透镜 (10) ②设计牛顿望远镜 (1) 2 ③设计施密特 ---卡塞格林系统 (14) 结束语 (16) 参考文献 (16)
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 -0.003843，Astigmatism is 0.000332。Fully meet the design requirements. Keyword：ZEMAX；Camera lens；Modulation transfer function 引言----
ZEMAX课程设计
施密特-卡塞格伦望远镜Schmidt-Cassegrain和 aspheric corrector非球面矫正 实验目的： 学习使用多项式非球面polynomial aspheric surface，obscurations, apertures, solves, optimization, layouts, MTF plots。 实验仪器：微机、zemax光学设计软件 实验原理： 本实验是完成施密特-卡塞格伦望远镜Schmidt-Cassegrain及多项式非球面矫正片polynomial aspheric corrector plate。这个设计是要在可见光谱中使用。我们要一个12 inches的aperture和10 inches的back focus。 实验步骤： 1、点击System, General, 在aperture value中键入12，同在一个screen把单位unit “Millimeters”改为“Inches”。 2、把Wavelength设为3个，分别为0.486，0.587，0.656，0.587定为primary wavelength。你可以在wavelength的screen中按底部的“select”键，即可完成所有动作。 3、目前我们将使用default的field angle value，其值为0。 4、依序键入如图3-1所示的数据，此时the primary corrector为MIRROR球镜片。可以打开2D layout，呈现出如图3-2之图形。 图3-1
图3-2 5、现在我们在加入第二个corrector，并且决定imagine plane的位置。键入如图3-3的数据，primary corrector的thickness变为-18，比原先的-30小，这是因为要放second corrector并考虑到其size大小的因素。在surface4的radius设定为variable，通过优化optimization, Zemax可以定下它的值。 6、打开2D layout，呈现出如图3-3之图形。 图3-3
(仅供参考)照相物镜基于ZEMAX课程设计报告实例
应用光学课程设计
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
zemax课程设计样本
目录 第一章引言.......................................................... 错误!未定义书签。第二章镜头结构的设计指标 ............................... 错误!未定义书签。 2.1相关规格的确定.................................................. 错误!未定义书签。 2.2镜头总像素与COMS像素的匹配 .................... 错误!未定义书签。 2.3透镜材料及结构的选择...................................... 错误!未定义书签。 2.4材料的厚度.......................................................... 错误!未定义书签。 2.5 设计指标............................................................. 错误!未定义书签。第三章zemax软件................................................ 错误!未定义书签。 3.1 zemax软件简介 .................................................. 错误!未定义书签。 3.1.1软件特色..................................................... 错误!未定义书签。 3.2zemax软件界面介绍 ........................................... 错误!未定义书签。 3.2.1 Lens Data Editor(LDE) ............................... 错误!未定义书签。 3.2.2 Aperture( 光圈) ........................................ 错误!未定义书签。 3.2.3 Wavelength Data(波长设定) ...................... 错误!未定义书签。 3.3 zemax软件功能简介 .......................................... 错误!未定义书签。第四章500万像素手机镜头设计 ........................ 错误!未定义书签。 4.1初始结构选择...................................................... 错误!未定义书签。 4.1.1 500万像素手机镜头4P专利结构简介 ... 错误!未定义书签。 4.2设计结果.............................................................. 错误!未定义书签。 4.2.1光路图......................................................... 错误!未定义书签。 4.2.2详细参数..................................................... 错误!未定义书签。
zemax非顺序系设计教程
如何创建一个简单的非顺序系统 建立基本系统属性 我们将创造出一个带点光源的非序列系统，抛物面反射镜和一个平凸透镜镜头耦合成一个长方形光管灯，如下面的布局显示。 我们还将跟踪分析射线探测器获得光学系统中的各点照度分布。下面是我们最终将产生：
如果ZEMAX软件没有运行，启动它。 默认情况下，ZEMAX软件启动顺序/混合模式。要切换到纯非连续模式，运行ZEMAX软件，然后点击文件“>非序列模式。 一旦纯非连续模式，在编辑器窗口的标题栏将显示非连续组件编辑器而不是在连续模式时只用于连续或混合模式系统的镜头数据编辑。
对于本练习，我们会设置系统波长，点击系统>波长，指定波长0.587微米。 我们还将在系统设置单位，System>General /Unit tab “一般组标签如下（默认）(default).。
除辐射辐照装置单位如Watt.cm -2外，您可以指定光度和能源单位，如lumen.cm -2或joule.cm -2。我们将选择默认为这项工作辐射单位。 创建反射 按键盘上的“插入”（insert）插入几行非序列编辑器。 在设计的第一部分，我们将创建一个由抛物面反射镜准直的线光源。然后，我们将在+ Z上放置探测器对象和看光照在探测器上的分布。 建立第一个对象通过抛物面反射镜。在编辑器对象1列“对象类型”（Object type）双击（右击一下）下，打开对象的属性窗口。根据类型选项卡类型设置为标准的表面（Standard Surfauce），然后单击确定。
在编辑器，请在标准表面对象相应的地方列下列参数。对于某些参数，您可能需要滚动到编辑器的右方以看到标题列，显示所需参数的名称。 Material: Mirror Radius: 100 Conic: -1 (parabola抛物线) Max Aper: 150 Min Aper: 20 (center hole in the reflector在反射中心孔) 所有其他参数缺省 您可以通过“分析>布局”>NSC三维布局菜单，或NSC阴影模型（分析“布局”>NSC阴影模型）打开NSC 三维布局，看看反射镜样子。 创建源 更改对象＃2类型（目前是空对象），在编辑器第2行重复前面的步骤并在属性窗口选择线光源（Source Filament）。