以下为本次课程设计作业报告的格式和范例，要求同学们结合自己所做工作进行改动，不得摘抄范例！在相机镜头作业完成后附录上入门教学中所有例子的report graphic 6 (见zemax>reports menu)，在完成以上作业情况下，感兴趣的同学可做《光设ZEMAX_实验讲义》中的范例和本次课程设计中相机镜头的公差分析，可进一步实质性的学习光学设计，学习结果也可附录在报告后面。
《Zemax软件设计教程_1》和《光学设计实例-黄惠杰》，是上光和长光的培训课件，同学们可做进一步了解光学设计的理论知识和设计思路。
有什么问题，欢迎同学们提问！
工程光学课程设计
名称：工程光学课程设计
院系：电子科学与应用物理学院
班级：应用物理10- 学号：
学生姓名：
指导教师：
2013 年 07 月日
设计过程
2.1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。
原设计要求：1、焦距：f’=12mm；
2、相对孔径D/f’不小于1/2.8；
3、图像传感器为1/2.5英寸的CCD，成像面大小为4.29mm×5.76mm；
4、后工作距>6mm
5、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)；
6、成像质量，MTF 轴上>40% @100 lp/mm，轴外0.707 >35%@100 lp/mm。
7、最大畸变<1%
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。
半像高y
应稍大于图像传感器CCD 或CMO S 的有效成像面对角
线半径, 防止CMO S 装调偏离光轴而形成暗角。
经过简单计算：y’=sqrt(4.29^2+5.76^2)/2≈3.6mm,w=atan(y’/f)≈16.66°
视场角2w=33.32°。
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（如图1），初始参数为：焦距分f’=42.12mm;相对孔径1：2.8；视场角2w=54°，其余参数见表1-2。
表1-2
2.2输入参数和缩放
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（中间一个面）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，顺序输入表1-2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1-2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（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。
结果如下图2-1在system-general-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 中该改焦距为12mm进行缩放。
图1：后置光阑三片物镜原始结构
输入初始参数：
设置相对孔径值和波段：
输入焦距12mm进行缩放：
缩放后得到我们所设计的焦距f’=12mm的初始参数（如图2所示），现在开始定义视场，我们根据
之前所得像高y’=3.6mm,依次乘以0，0.3，0.5，0.707，1得到所选孔径光束的Y-field，即0，1.08，1.8，2.5452，输入到system-field中，类型选择真值高度。
图2 到这里，初始结构及其参数已经完成。
2.3在ZEMAX中进行优化
利用ZEMAX得到初始结构的M TF 曲线（如图8 所示）可看出成像质量很差, 因此需要校正像差。
图8
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12，权重设为1。
在输入SPHA，在Target中输入0.4，在Weight中输入1。
第二个BLNK改为MTFT并Enter，在Freq中输入100，在Target中输入0.04，在Weight中输入1。
同理输入MTFA和MTFS（如图9所示）。
再选择Tools-Default Merit Function，设置玻璃厚度以及空气间隔，start设为2，再选择OK，建立缺省评价函数。
注：EFFL：Effective focal length的缩写，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。
MTF：指子午调制传递函数。
图9
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，并将此行的4th term、6th term、8th term设为变量。
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。
到这一步后发现已经基本符合设计要求，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。
2.4优化结果
结论与思考
本文配套一款1/2.5英寸的CCD传感器进行照相物镜中的远距物镜的设计。
采用1片非球面塑料, 3片球面玻璃透镜, 在ZEMAX 中使用合适的优化函数和权重对像差进行校正, 逐步消除了基本像差、高级像差, 并进行了像差平衡, 获得了实际焦距11.953mm照相镜头, 各个市场畸变控制在1%以内,M TF 曲线也比较理想, 镜头总长为14.3602 mm。
该镜头不仅体积小, 结构紧凑, 而且像质较好。
在此次设计中，我们发现光阑面使用非球面能够很好的平衡像差，同时我们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，使之获得更好的表现。