燕山大学光学设计

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1、燕山大学——课程设计说明书燕山大学光学设计课程设计说明书设计题目：照相物镜镜头设计与像差分析学院：电气工程学院年级专业：自动化仪表系2班学号：100103020074学生姓名：王斌指导教师：王志斌教师职称：副教授燕山大学《课程设计》任务书-22-燕山大学——课程设计说明书基层教学单位：自动化仪表系指导教师：王志斌学号100103020074学生姓名王斌（专业）班级仪表2班设计题目照相物镜镜头设计与像差分析设计技术参数焦距：f’=20mm；视场角2w=35°相对孔径D/f’不小于1/2.8；后工作距>6mm在可见光波段设计(取d、F、C三

2、种色光，d为主波长)；最大畸变<1%设计要求设计各个参数；上机用软件进行优化，确定最后的设计结构，满足像差要求参考资料1、刘钧，高明编著，《光学设计》，2006，西安电子科技大学出版社，西安2、《光学仪器设计手册》，1971，国防科技出版社，北京3、光学设计软件ZEMAX周次第一周1-3第一周4-5应完成内容计算设计处望远物镜的各个参数上机进行优化设计，确定最后的设计结构指导教师签字王志斌基层教学单位主任签字谢平说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。2013年7月10日-22-燕山大学——课程设计说明书目录引言………

3、………………………………………………4第一章照相物镜的简介………………………………51.1焦距f’……………………………………………51.2相对孔径…………………………………………6第二章设计过程………………………………………82.1初始结构的选择………………………………82.2输入参数和缩放………………………………102.3未优化系统的像差………………………………122.4优化之后的到的结果……………………………14第三章结论分析……………………………………………17心得体会…………………………………………………………20参考文献……

4、……………………………………………………21-22-燕山大学——课程设计说明书引言照相物镜的特点是以感光底片（或CCD）作为接收器，即把外界景物成像在感光底片（或CCD）上，使底片曝光（或通过CCD的输出）产生影像。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。通过这几个参数完成对照相物镜的设计。照相物镜以上的3个参数是相互关联、相互制约的，这3个参数决定了物镜的光学性能。企图同时提高3个指标是相当困难的，甚至是不可能的。只是根据不同的使用要求，在侧重提高一个参数的同时，相应的降低其余的参数指标。与

5、目视光学系统相比，照相机物镜同时具有大相对孔径和大视场。因此，为了使整个像面都能得到清晰并且与物平面相似的像，差不多需要校正所有7种像差。但并不要求这些像差都校正的像目视光学系统一样完善。这是因为照相物镜的接收器的分辨率不高，决定了照相物镜是大像差系统。照相物镜的分辨率是相对孔径和像差残余量的综合反应，在确定相对孔径后，制定一个既能满足要求，又易于实现的像差校正方案是非常必要的。在像差校正过程中，为了方便起见，往往采用“弥散圆半径”来衡量像差的大小，最终则以光学传递函数对成像质量做出综合评价。在设计过程中，我们把参数输入到ZEMAX中，

6、进行像差的分析，并用ZEMAX软件完成优化。-22-燕山大学——课程设计说明书第一章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(1)焦距f’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Ⅱ）当物体处于无限远时，→∞像高为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照相物镜的焦距标准物镜类型

7、物镜焦距f’/mm鱼眼物镜7.515超广角物镜1720-22-燕山大学——课程设计说明书广角物镜242835标准物镜50短望远物镜85100望远物镜135200300超望远物镜4005006008001200(2)相对孔径照相物镜的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）式中：D/f’——相对孔径；U’——孔径角；λ——波长；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

8、-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