引言
实际光学系统的成像是不完善的，光线经光学系统各表面传输会形成多种像差，使成像产生模糊、变形等缺陷。像差就是光学系统成像不完善程度的描述。光学系统设计的一项重要工作就是要校正这些像差，使成像质量达到技术要求。光学系统的像差可以用几何像差来描述，包括：
? 看一看：照片上的色彩有什么问题吗？
对白光成像的光学系统，由于材料对不同波长的色光折射率不同，使各色光线具有不同的成像位置和倍率。
§ 8-4 色差 返回本章要点
? 位置色差
由于同种材料对不同波长具有不同的折射率，根据单个折射球面的物像位置关系公式
，对同一物方截距将算出不同的像方截距，导致位置色差。
对复色光成像的仪器要求对主色光校正单色像差，对成像光谱的两端校正色差。
? 位置色差的度量与色差曲线返回本章要点
对近轴区，
一般有
写成级数式
对某一环带称消色差
色差曲线可以画成形式或形式，大多数软件是将三种色光球差曲线画在一起，以主色光像面为基准，称三色球差曲线。 返回本章要点
设，若对0.7带光消色差，则有
本图形由软件GA画出
想一想：在消色差环带，F光与C光像点重合，它们能否与d光像点重合？为什么？
位置色差是对两种色光而言，在某孔径带校正了位置色差后，两种色光像点与主色光的像点之间的距离称二级光谱。
位置色差与球差的比较：返回本章要点
左图是不同位置时轴上点复色光和
单色光形成的弥散斑，可见：
位置色差和球差都是轴上点像差
位置色差和球差都产生圆形弥散斑
位置色差产生彩色圆形弥散斑，球差
产生单色圆形弥散斑
? 倍率色差返回本章要点
波长变化引起材料的折射率变化，继而引起光学系统的放大倍率变化，像的大小随之变化。
在高斯像面上度量有
倍率色差，即
F光和C光与高斯像面交点高度
之差。
像散场曲和倍率色差同时存在彗差和倍率色差同时存在
? 初级位置色差返回本章要点
初级位置色差为
即由物方色差和系统内各面的贡献所决定，其中是各面的初级位置色差分布系数。
当时
其中为第一色差和数，。
可见是产生色差的原因。
平行平板的初级位置色差返回本章要点
平行平板的初级位置色差为
所以平行平板恒产生正色差，当且仅当时不产生色差。
单薄透镜与薄系统的位置色差 返回本章要点
经推导有
可见正透镜恒产生负色差，负透镜恒产生正色差，色差的大小与物距(像距)有关。
对薄系统有
可见某透镜对位置色差的贡献和它所处的位置有关，在第一近轴光入射高度大的地方贡献较大，反之产生色差较小。
想一想：场镜对位置色差的贡献如何？
? 初级倍率色差返回本章要点
初级倍率色差为，
为初级倍率色差分布系数。可见初级倍率色差也是由物方色差和系统中各面的黄贡献决定。
当时有，为第二色差和数。
，它是初级倍率色差产生的原因。
单薄透镜与薄系统的初级倍率色差返回本章要点
对单薄透镜有
可见①当为零时，必有h=0, 此时自动为零
②当单片不为零时，要校正，只有即孔阑与之重合
对于接触薄系统，认为不变，有
校正倍率色差要求，与校正位置色差一致。所以，校正位置色差的同时也校正了倍率色差
当即孔阑与之重合时，不论位置色差如何都能校正倍率色差.
? 色差的校正返回本章要点
考虑双胶合及微小间隔的双分离组，要校正位置色差应有
可见与必须异号，必须用不同牌号玻璃，且其阿贝常数之差应尽可能大。
想一想：为什么要用不同牌号玻璃？若用同种玻璃将得到什么系统？若有附加棱镜组方程组将怎样改写？
对于有一定间隔d的分离透镜系统，方程应变为
其中依具体情况而定，当物方为无穷远时有
分离透镜系统的校正倍率色差的方程与校正位置色差不同，为因此当位置色差校正后，倍率色差不能自动为零。
经分析可知：分离透镜系统要同时校正两种色差，必须每一镜组本身校正色差。
? 初级色差与孔径、视场的关系返回本章要点
由公式
可知
可见
①近轴光存在初级位置色差
②初级倍率色差与视场一次方成比例，当视场较小时就会受到影响
§ 2-1 什么是球面系统？
由球面组成的系统称为球面系统。包括折射球面和反射球面
反射面：n ' =-n.平面是半径为无穷大的球面，故讨论球面系统具有普遍意义
折射系统 折反系统
§ 2-2 概念与符号规则
? 概念
① 子午平面—— 包含光轴的平面
② 截距：物方截距—— 物方光线与光轴的交点到顶点的距离
像方截距—— 像方光线与光轴的交点到顶点的距离
③ 倾斜角：物方倾斜角—— 物方光线与光轴的夹角
像方倾斜角—— 像方光线与光轴的夹角 返回本章要点
? 符号规则 返回本章要点
因为分界面有左右、球面有凹凸、交点可能在光轴上或下，为使推导的公式具有普遍性，参量具有确切意义，规定下列规则：
a. 光线传播方向：从左向右
b. 线段：沿轴线段 ( L,L',r ) 以顶点 O 为基准，左“ - ”右“ + ” 垂轴线段 ( h ) 以光轴为准，上“ + ”下“ - ”
间隔 d(O1O2)以前一个面为基准，左“ - ”右“ + ”
c. 角度：光轴与光线组成角度 ( U,U' )
以光轴为起始边，以锐角方向转到光线，顺时针“ + ”逆时针“ - ”
光线与法线组成角度 ( I,I' )
以光线为起始边，以锐角方向转到法线，顺“ + ”逆“ - ”
光轴与法线组成角度 ( φ)
以光轴为起始边，以锐角方向转到法线，顺“ + ”逆“ - ”
§ 2-3 折射球面 返回本章要点
? 由折射球面的入射光线求出射光线
已知：r, n, n',L, U
求： L', U'，
由 以上几个公式可得出L'是U的函
数这一结论， 不同U 的光线经折射
后不能相交于一点
点－》斑，不完善成像
? 近轴光线经折射球面折射并成像
.1 ．近轴光线：与光轴很靠近的光线，即 -U 很小 ， sin(-U)≈ -U ，此时用小写：
sin(-U)= - u sin I=i L=l
近轴光线所在的区域叫近轴区 返回本章要点
2 ．对近轴光，已知入射光线求折射球面的出射光线：即由 l , u —> l ',u' ,以上公式组变为：
当 u 改变时， l ' 不变！点 —— 》点，完善成像 此时 A ， A' 互为物像，称共轭点
近轴光所成像称为高斯像，仅考虑近轴光的光学叫高斯光学 返回本章要点
近轴光线经折射球面计算的其他形式
（为计算方便，根据不同情况可使用不同公式）利用：
可导出
返回本章要点
4 ．（近轴区）折射球面的光焦度，焦点和焦距
可见，当（ n'-n )/r 一定时， l ' 仅与l 有关。
由折射球面的物像位置关系 若n' 、n、 r 一定，则 l 变化 l' 变化。
所以量 表征折射面偏折光线的能力 ，称 光焦度 返回本章要点
另一方面， 一定，但 L 变化时，L' 也会变化
当 时 称像方焦距
当 时 称物方焦距
物点与像点两者是物像关系，称 共轭点 。返回本章要点
由以上三式得：
以上二关系式，普适于任何光学系统
用 代入物像位置关系式同时还可得到以下两个关系式：
? 物平面以细光束经球面所成的像
1 ． 物平面以细小光束成像
细光束，A—— 》 A' 完善成像
同心球面 A1A A2—— 》曲面 A1'A'A2' 完善成像
由公式， l变小， l '也变小，平面B1AB2—— 》曲面 B1'A'B2'
不再是平面：像面弯曲
2 ． 细小平面以细光束经折射球面成像：
对于细小平面，认为像面弯曲可以忽略，平面物 —— 》平面像，完善成像
以下仅针对细小平面以细光束成像加以讨论。
3 ．细小平面以细光束成像的三种放大率与拉氏不变量
横向放大率（垂轴放大率）β利用三角形相似和阿贝不变量
描述光轴上一对共轭点沿轴移轴向（沿轴）放大率α
动量之间的关系
角度放大率 γ 返回本章要点
描述折射前后一对光线与光轴
夹角之间的关系
讨论：
当n ,n ’一定， l 不同，则β不同当l 一定(l ’一定)时，β为常量。
β>0时，y ,y ’同号，成正像，否则成倒像,|β|>1时，|y ’|>|y |, 成放大像，否则成缩小像
α>0, 像移动方向与物移动方向相同一般α≠β，立体物与像不再相似
β、α、γ之间的关系
拉氏不变量 返回本章要点
由得
j 为拉氏不变量，它是表征光学系统性能的重要参数
§ 2-4 反射球面 —— 球面镜 返回本章要点
反射是折射当n '=-
n 的特殊情况
一．物像公式
球面镜的
光焦度为
由n '=－n 得
二．焦距 f
'=f 且与 r 同号。
凹面镜 f’<0为实焦
点
凸面镜 f’>0为虚焦
点
三 、放大率与拉氏不变量
拉氏不变量
三种放大率
物像反向移动
§ 2 － 5 共轴球面系统
实际的光学系统大多是共轴球面系统，由一系列折射球面组成，光轴在一条直线上。有时也常用到平面镜、棱镜、平行平板等，反射平面并不对高斯成像特性产生影响，折射平面可以看成是半径为无穷大的
球面。
已知： 1 、各球面曲率半径 r 1,r 2,……r k
2 、各表面顶点的间隔 d 1, d 2, ….. ,d k-1
3 、折射率 n 1, n 2, ……, n k+1
讨论经共轴球面系统成像的几个光路计算问题。
一、由入射光线求出射光线
对一个面的操作对一个面的操作 +
过渡
过渡公式二、共轴光学系统的放大率
对整个系统有：
且
有
三、光学系统的拉氏不变量及其另一表示式
由过渡公式 ……. ……. …….
( 整个系统的 )
J 表征了这个光学系统的性能，即能以多高的物、多大孔径角的光线入射成像。 J 值大，表明系统能对物体成像的范围大，成像的孔径角大，传输光能多。同时，孔径角还与光学系统分辨微细结构的能力有关。所以 J 大的系统具有高的性能。
? 摄影光学系统的焦距、相对孔径与视场 返回
焦距
决定像的大小：
远处
近处
大视场小：特写镜头，远摄镜头
小视场大：全景镜头，广角镜头
大：强光镜头
中等：普通镜头
相对孔径
与像面照度有关
焦距长时球差大，相对孔径要小些
小：弱光镜头
视场角
能摄入接收面的视场角，由接收面大小决
定
是接收面的对角线长
? 摄影系统中的光束限制 返回 1.孔径光阑
是特设的可变光阑，一般在镜头内部对称面附近。
光圈数
像面照度
F 数通常以为公比排列
成等比级数：
2 2.8 4 5.6 8 11 16 22 32
曝光量
摄影时选择光圈数和快门速度有两种方式：
光圈优先：取决于被摄物是全景还是特定，根据景深要求选择光圈数。
快门优先：取决于被摄物是静止的还是运动的运动速度如何。
2.视场光阑
摄影光学系统的视场光阑就是接收面，如底片框或图像传感器成像面。
3.渐晕光阑
由于摄影光学系统视场、孔径都很大，远离孔径光阑的透镜常要拦光，否则易造成透镜口径太大，笨重不便，而且轴外宽光束像差也会影响像质。
在最大视场最大相对孔径时拦掉50%是常见的，有时也可以拦剩30%。
如右图
同样光圈数时不同视场渐晕不同
同样视场不同光圈数渐晕也不同
? 摄影光学系统的景深和几何焦深 返回
1. 摄影光学系统的景深
景深指当调焦于某一对象时，前后能成清晰像的空间深度。
摄影光学系统的景深公式：
所以，对准距离远，则景深大；
光圈数大，相对孔径小，则景深大；
焦距短，则景深大。
2.几何焦深
如果调焦不准，在景像平面上得一弥散斑。若将景像平面前后移动，弥散斑的大小看起来仍为一点。这时景像平面移动的范围称几何焦深。
由图可见，
一般光瞳放大率
，
对无穷远物摄影时
F 数越大，越允许调焦不准。几何焦深可作为轴向像差的允差。 ? 摄影物镜的分辨率 返回
根据光学系统的分辨率，像面上的最小辨距为。
摄影系统的分辨率常用每毫米能区分的线条数表示，即
对人眼最灵敏的555nm 波长，，当然视场边缘的会有所降低。
实际上，由于渐晕、像差，加之图像接收器本身的分辨率限制，一般达不到上述分辨本领。胶片相机视场中心的鉴别率可以做到每毫米60线对以上，数码相机视场中心的鉴别率有的可以做到每毫米120线对以上。
对于装配好的镜头可用鉴别率板来检验，如下图所示。
想一想：从公式看，要达到实际的分辨本领，需要的相对孔径是很小的，为什么摄影系统的相对孔径都比较大呢？
? 摄影镜头及其拍摄效果 返回
Cooke摄影物镜 Tessar摄影物镜双高斯摄影物镜
远距型摄影物镜反远距摄影物镜鱼眼物镜
标准镜头的视场角和人眼相当，可以拍出人眼看起来很自然的照片，而不会在照片上附加任何感觉。
广角镜头具有更大的视场角，善于营造方向线，拍出的照片具有空间延伸感。由于近大远小的透视效果，用于拍摄人物要注意人物的变形。
鱼眼镜头是广角镜头的极端，它不满足理想的物像关系，而是具有很大的负畸变，可以把180度甚至更大的视场摄入画面。
远摄镜头具有把距离拉近的效果，并且由于景深小，可以突出画面上的被摄主体，而使背景变得简洁。
焦距在70mm至100mm左右的镜头在远摄镜头家族中焦距算是短的，特别适合拍摄人像特写，又叫人像镜头。
焦距在100mm至135mm的中等焦距远摄镜头在微距下特别善于表现物体的细节与质感。
焦距在200mm左右的中长焦距远摄镜头常用于拍摄远处的新闻画面，如报道体育比赛等。
焦距为300至500mm甚至更长的远摄镜头是新闻报道、野生动物摄影的重要创作工具。
一些镜头被称为快速镜头，它在同样焦距下具有更大的相对孔径，因而可以以更短的曝光时间捕捉画面。
? 投影及放映光学系统 返回
投影及放映光学系统由于要成放大像，为了保证一定的像面照度，通常要加照明系统。因此，其光学系统包括照明系统和成像系统两部分。
照明系统的类型有透射光照明和反射光照明，前者包括电影放映机、放大机及一些透射照明投影系统，后者有反射投影仪、某些液晶投影系统等。
投影或放映系统和照明系统的关系 返回
为了使被放映的物面得到均匀的照明，投影或放映系统和照明系统应满足一定的位置关系或光瞳匹配关系。
像面照度
放映物镜通常成放大像，很小，
所以
于是其中为成像光束在出瞳上所截面积
考虑到通常W’很小，要使像面照度均匀，必须使各视场的S相同。
任意安置时，光源C 1A 1B 1成像于C 1'A 1'B 1'，所有光通量均在阴影之内。
图片为A 2B 2C 2，A 2的成像光束为A 2PQ ，C 2的成像光束为C 2P 1Q 1
所以C 2'比A 2'照度低。
如果要实现像面照度均匀，应采用类似于显微镜系统的柯拉照明方式，即照明系统的孔径光阑与成像系统的视场光阑共轭，照明系统的视场光阑与成像系统的孔径光阑共轭。在这里，应该是光源像位于成像系统的孔阑处，而图片位于照明系统的孔阑处。如果把聚光镜和成像物镜都看成是单薄透镜的话，应该图片和聚光镜靠在一起，光源像与成像物镜重合。
此时
由于
所以
可见
对于反射放映，除了需用大相对孔径外，还必须提供充分、均匀的照明。
对照明系统的要求 返回
为了提供充分均匀的照明，要求
即
聚光镜有二片式、三片式，为了提高光能利用率，还常在光源后加反射镜。如果是液晶投影的照明系统，除了要满足光瞳匹配关系外，还必须形成远心光路，当然投影系统也应为远心光路。
宽银幕镜头 返回
光学设计软件介绍 ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），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。ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA?）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面： 1．CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地
光学系统设计（一） 参考答案及评分标准 20 分） 二、填空题（本大题14小题。每空1分，共20 分） 21.球心处、顶点处、齐明点处（r n n n L '+=） 22.%100y y y q z ?''-'=' 23.0 24.球差 25.冕牌、火石 26.?ννν?2111-=、?ννν?2 122--= 27.两面的公共球心处、两面的公共球心处 28.阿贝常数、C F D D n n 1n --= ν 29.畸变 30.圆 31.0 32.二级光谱 33.f 00052.0L FCD '='? 34.EFFL 三、名词解释（本大题共5 小题。每小题2 分，共 10 分） 35．像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异称为像差。 评分标准：主要意思正确得2分。 36．子午场曲：某一视场的子午像点相对于高斯像面的距离称为子午像面弯曲，简称子午场曲。 评分标准：答对主要意思得2分。 37．二级光谱：如果光学系统已对两种色光校正了位置色差，这两种色光的公共像点相对于第三种色光的像点位置仍有差异，该差异称为二级光谱。 评分标准：答对主要意思得2分。 38.色球差：F 光的球差和C 光的球差之差，称为色球差，该差值也等于边缘光和近轴光色差之差。 评分标准：答对得2分。 39．渐晕：轴外点成像光束的宽度较轴上点成像光束的宽度要小，造成像平面边缘部分照度要比像平面中心部分照度低的现象，称为渐晕。 评分标准：答对主要意思得2分。
四、简答题（本大题共 6 小题。每小题 5 分，共30 分） 40．一物体的峰-谷比（peak to valley ）是λ23.0，问是否满足Rayleigh 条件？ 答：满足Rayleigh 条件，因为根据Rayleigh 判断，实际波面和参考波面之间的最大波像差(峰谷比)不超过0.25λ时，此波面可看作是无缺陷的成像质量较好。 评分标准：答对主要意思得5分。 41．在七种几何像差中，仅与孔径有关的像差有哪些？仅与视场有关的像差有哪些？与视场和孔径都有关系的又有哪些？ 答：仅与孔径有关的像差有：球差、位置色差；仅与视场有关的像差有：像散、场曲、畸变、倍率色差；与视场和孔径都有关系的有：彗差 评分标准：第一问中每个答案正确得1分，第二问中每个答案正确得0.5分，第三问中每个答案正确得1分。 42．一物体置于折射球面的球心处，其像在哪？放大倍率多少？若物在球面顶点，其像又在何位置？放大倍率多少？ 答：像分别在球心处和顶点处，放大倍率分别为n 1和1。 评分标准：两位置答对各得1分，第一个放大倍率答对得2分，第二个得1分。 43. 什么是焦深，若像面向前或向后离焦半倍焦深，引起的波像差多大？ 答：（1）实际像点无论在高斯像点之前或之后'?0l 范围内，波像差都不会超过1/4 波长，所以把'02l 定义为焦深，即20u n l 2''='λ （2）引起的波像差为4/λ。 评分标准：第一问答对大意得3分，第二问答案正确得2分。 44. 近视眼应佩戴何种透镜加以矫正？为什么？ 答：应佩戴凹透镜加以矫正，使光线经过水晶体后发散，重新汇聚到视网膜上。 评分标准：答对大意得5分。 45. 在对称式光学系统中，当1-=β时，哪几种初级像差可以得到自动校正？其它初级像差有何特性？ 答：垂轴像差：彗差、畸变、倍率色差均为0。 轴向像差：球差、像散、场曲、位置色差均为半部系统相应像差的两倍。 评分标准：第一问每个答案正确得1分，共3分；第二问每个答案正确得0.5分，共2分。 五、计算题（每题10分，共20分） 46．设计一齐明透镜，第一面曲率半径95m m r 1-=，物点位于第一面曲率中心处，第二球面满足启明条件，若该透镜厚度5mm d =，折射率5.1n =，该透镜位于空气中，求 （1）该透镜第二面的曲率半径； （2）该启明透镜的垂轴放大率。 解： （1）根据题意得，物点发出光线经第一面后按直线传播，相对于第二面，其物距100m m 595l 2-=--=，根据齐明条件100mm r n n n l 22 222-='+=，可得
ZEMAX ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential）。 ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance 参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 CODE V CODE V是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 OSLO oslo是一套标准建构系统及最佳化的光学软件。最主要地，他是用来决定光学系统中最佳组件的大小和外型，如照相机、客户产品、通讯系统、军事/外层空间应用以及科学仪器等。除此之外、他也常用于仿真光学系统性能以及发展出一套对光学设计、测试和制造的专门软件工具。 LENSVIEW LensVIEW为搜集在美国以及日本专利局申请有案的光学设计的数据库，囊括超过18,000个多样化的光学设计实例，并且每一实例都显示它的空间位置。它搜集从1800年起至目前的光学设计数据，这个广博的LensVIEW数据库不仅囊括光学描述数据，而且拥有设计者完整的信息，摘要，专利权状样本，参考文件，美国和国际分类数据，和许多其它的功能。LensVIEW 并能产生各式各样像差图，做透镜的快速诊断，和绘出这个设计的剖面图。 ASAP ASAP是功能强大的光学分析软件，是专为仿真成像或光照明的应用而设计，让您的光学工程工作更加正确且迅速。ASAP让您在制作原型系统或大量生产前可以预先做光学系统的仿真以便加快产品上市的时间。 传统描光程序的速度是非常烦琐秏时的。ASAP对于整个非序列性描光工具都经过速度的优化处理，让您可以在短时间内就可做数百万条几何描光的计算。光线可不计顺序及次数的经过表面，还可向前，向后追踪。此外ASAP具有强大的指令集可以让您进行特性光线以及物体的
光学系统设计(五) 一、单项选择题（本大题共 20小题。每小题 1 分，共 20 分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．对于密接双薄透镜系统，要消除二级光谱，两透镜介质应满足 ( )。 A.相对色散相同，阿贝常数相差较小 B.相对色散相同，阿贝常数相差较大 C.相对色散相差较大，阿贝常数相同 D.相对色散相差较小，阿贝常数相同 2．对于球面反射镜，其初级球差表达公式为 ( )。 A.?δ2h 81L =' B. ?δ2h 81L -=' C. ?δ2h 41 L =' D. ?δ2 h 41 L -=' 3．下列光学系统中属于大视场大孔径的光学系统是 ( )。 A.显微物镜 B.望远物镜 C.目镜 D. 照相物镜 4．场曲之差称为 ( )。 A.球差 B. 彗差 C. 像散 D. 色差 5．初级球差与视场无关，与孔径的平方成 ( )。 A.正比关系 B.反比关系 C.倒数关系 D.相反数关系 6．下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有( )。 A.球差 B.场曲 C.畸变 D.倍率色差 7．不会影响成像清晰度的像差是 ( )。 A.二级光谱 B.彗差 C.畸变 D.像散 8．下列光学系统中属于大视场小孔径的光学系统是 ( )。 A.显微物镜 B.望远物镜 C.目镜 D. 照相物镜 9．正弦差属于小视场的 ( )。 A.球差 B. 彗差 C. 畸变 D. 色差 10．初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为 ( )。 ：1 ：1 C.5：1 ：1 11．光阑与相接触的薄透镜重合时，能够自动校正 ( )。 A.畸变 B.场曲 C.球差 D.二级光谱 12．在子午像差特性曲线中，坐标中心为z B '，如0B '位于该点左侧，则畸变值为 ( )。 A.正值 B.负值 C.零 D.无法判断 13．厚透镜之所以在校正场曲方面有着较为重要的应用，是因为 ( )。 A.通过改变厚度保持场曲为零 B.通过两面曲率调节保持光焦度不变 C.通过改变厚度保持光焦度不变 D.通过两面曲率调节保持场曲为0 14．正畸变又称 ( )。 A.桶形畸变 B.锥形畸变 C.枕形畸变 D.梯形畸变 15．按照瑞利判断，显微镜的分辨率公式为 ( )。 A.NA 5.0λσ= B. NA 61 .0λ σ= C.D 014' '=? D. D 012' '=? 16．与弧矢平面相互垂直的平面叫作 ( )。 A.子午平面 B.高斯像面 C.离焦平面 D.主平面 17．下列软件中，如今较为常用的光学设计软件是 ( )。 软件 软件 软件 软件 18．光学传递函数的横坐标是 ( )。 A.波长数 B.线对数/毫米 C.传递函数值 D.长度单位 19．星点法检验光学系统成像质量的缺陷是 ( )。
现代光学设计作业 学号：2220110114 姓名：田训卿
一、光学系统像质评价方法 (2) 1.1 几何像差 (2) 1.1.1 光学系统的色差 (3) 1.1.2 轴上像点的单色像差─球差 (4) 1.1.3 轴外像点的单色像差 (5) 1.1.4 正弦差、像散、畸变 (7) 1.2 垂直像差 (7) 二、光学自动设计原理9 2.1 阻尼最小二乘法光学自动设计程序 (9) 2.2 适应法光学自动设计程序 (11) 三、ZEMAX光学设计.13 3.1 望远镜物镜设计 (13) 3.2 目镜设计 (17) 四、照相物镜设计 (22) 五、变焦系统设计 (26)
一、光学系统像质评价方法 所谓像差就是光学系统所成的实际像和理想像之间的差异。由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在光学系统成像质量优劣的问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。 （1）光学系统实际制造完成后对其进行实际测量 ?星点检验 ?分辨率检验 （2）设计阶段的评价方法 ?几何光学方法：几何像差、波像差、点列图、几何光学传递函数 ?物理光学方法：点扩散函数、相对中心光强、物理光学传递函数 下面就几种典型的评价方法进行说明。 1.1 几何像差 几何像差的分类如图1-1所示。 图1-1 几何像差的分类
1.1.1 光学系统的色差 光波实际上是波长为400~760nm 的电磁波。光学系统中的介质对不同波长光的折射率不同的。如图1-2，薄透镜的焦距公式为 ()'121111n f r r ??=-- ??? (1-1) 因为折射率n 随波长的不同而改变，因此焦距也要随着波长的不同而改变， 这样，当对无限远的轴上物体成像时，不同颜色光线所成像的位置也就不同。我们把不同颜色光线理想像点位置之差称为近轴位置色差，通常用C 和F 两种波长光线的理想像平面间的距离来表示近轴位置色差，也成为近轴轴向色差。若l ′F 和l ′c 分别表示F 与C 两种波长光线的近轴像距，则近轴轴向色差为 '''FC F C l l l ?=- (1-2) 图1-2 单透镜对无限远轴上物点白光成像 当焦距'f 随波长改变时，像高'y 也随之改变，不同颜色光线所成的像高也不 一样。这种像的大小的差异称为垂轴色差，它代表不同颜色光线的主光线和同一基准像面交点高度（即实际像高）之差。通常这个基准像面选定为中心波长的理 想像平面。若'ZF y 和'ZC y 分别表示F 和C 两种波长光线的主光线在D 光理想像平面 上的交点高度，则垂轴色差为 '''FC ZF ZC y y y ?=- (1-3)
LightTools 简介 LightTools 是一个全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系，提供最现代化的手段直接描述光学系统中的光源、透镜、反射镜、分束器、衍射光学元件、棱镜、扫描转鼓、机械结构以及光路。由于LightTools 把光学和机械元件集合在统一的体系下处理，并配有“放置”光源、发射光线的非顺序面光线追迹的强大功能，使它在系统初步设计、复杂系统设计规划、光机一体设计、杂光分析、照明系统设计分析、单位各部门间学术交流和数据交换、课题论证或产品推广等各环节中均可发挥重要的作用，成为人们理想的工具。 LightTools 简介 美国Optical Research Associates (ORA?) 公司以研制国际领先的CODE V? 光学工程软件而著称于世。1995年，该公司根据用户需求和计算机技术的发展，隆重推出最新产品—光学系统建模软件LightTools，马上得到各国用户的欢迎和好评，并获得国际大奖。1997年，ORA 又研制成功与LightTools 主体程序配套使用的Illumination 模块，圆满地解决了照明系统的计算机辅助设计问题。 其中的主要功能简单介绍如下： 系统建模 提供多种展现系统光机模型的方式和人机交互的手段。使用者可直接在系统的二维、三维线框图或三维实体模型图上进行各种操作。方便易用的图形交互式建模和修改功能包括元件或元件组的放置、移动、旋转、复制和缩放。操作时既可用鼠标以实时观察修改造成的效果，也可用键盘以输入准确的数据。透镜、反射镜和棱镜等光学元件及各种机械件可以极快地以图形方式“画入”系统。系统数据可以用表格和元件详情对话框的形式列出和修改。所有上述各种输入方式同时并存，可交替使用。 光机一体化设计 光学和机械元件的形状的描述是通过对软件提供的一组尺寸可变的基本实体模型做布尔运算（与、或、异等等）实现的。这些光学或机械部件的形状虽然可能非常复杂，但均可以在软件中得到精确的展现和描绘，并以光学精度进行光线追迹。遮光罩、镜筒和产品结构的设计均将大大得益于这种光机一体的考虑方法和非顺序光线追迹提供的大量信息。 复杂光路设置 在光学设计中，LightTools 可以和ORA 公司研制的CODE V 软件配合使用。特别是在多光路或折迭光路系统、带有棱镜或复杂曲面的系统的光路设置和视觉建模型验证中，LightTools 将发挥重要作用。有了LightTools，设计人员完全可以摒弃过去为了简化问题而采用的一些传统技巧，如符号规则、用多通道定义模拟变焦功能、把反射镜和棱镜展开成平板、略去非光学面和机械结构的影响、人为简化光瞳形状，等等。
显微物镜光学参数要求为：β=2?，NA =0.1，共轭距离为195mm 。 1）根据几何光学计算相应参数； 2）运用初级像差理论进行光学系统初始结构计算； 3）使用光学设计软件对初始结构进行优化，要求视场角o 5±； 4）根据系统的特点列出优化后结构的主要像差分析； 5）计算优化后结构的二级光谱色差。 一、显微物镜的基本参数计算 为有效控制显微镜的共轭距离，显微镜设计时，一般总是逆光路设计，即按1/β进行设计。该显微物镜视场小，孔径不大，只需要校正球差、正弦差和位置色差。因此，采用双胶合物镜。 '''' 1 2 195111l l l l l l f β==- -=-= 解，得 ''6513043.33l l f ==-= 正向光路 根据 '' ' J nuy n u y == sin NA n u = 在近轴情况下 NA nu = ' 2y y β== 由此可求解 ''' 0.05NA n u == 由此可知逆向光路的数值孔径 综上，该显微物镜的基本参数为 NA 'f 'l l 0.05 43.33 65 130- 二、求解初始基本结构
1）确定基本像差参量 根据校正要求，令'0L δ=、'0SC =、' 0FC L ?=，即 0C S S S I ∏ I ===∑∑∑，即 43332220 00 z C S h P S h h P Jh W S h C φφφφI I ∏ I ===+===∑∑∑ 解，得 0P W C I === 将其规化到无穷远 11sin 0.1NA n u ==，11n = 则 11sin 0.1/2u U β=?=-，11 6.5h l u mm =?= 规化孔径角为 110.1 20.3333071 6.543.33 u u h φ-== =-? 由公式 () ()() 21141522P P W u W W u μμ∞∞ =++++=++可求得规化后的基本像差参量 代入可得 0.36560.8832 P W ∞∞ ==- 2）选择玻璃组合 取冕牌玻璃在前 得 ( ) 2 00.850.1 0.155792P P W ∞ ∞ =-+=- 根据0P 和C I ，查表选取相近的玻璃组合为BaK7-ZF3，其参数为 Bak7:56,5688.111==v n ZF3:5.29,7172.122==v n 0010.11520, 4.295252, 2.113207P Q ?=-=-= 2.397505A =， 1.698752K = 3）求形状系数Q
用于设计攸关产品成败的光学系统的软件 选择最佳的光学设计软件 作为公司决策人，需要为解决公司的盈亏问题做出明智选择时，您会选择哪一种光学设计软件呢？如果光学系统的性能攸关产品成败，那么答案将是 CODE V ?。CODE V 能够增进设计团队的设计效率，提高首次设计和制造的成功率，加快产品上市时间，让您的产品具有所向披靡的竞争优势。 CODE V 软件由 Optical Research Associates (ORA ?) 开发而成。四十多年来，ORA 帮助许多客户走上成功之路： ? ORA 拥有世界上规模最大的商业光学工程软件开发 队伍。 ? ORA 利用最先进的软件配置管理方法，将软件开发流 程形式化，确保在这样的开发环境下能够产生创新算法，以提供高质量、高可靠性、高度精确的结果。 ? ORA 的客户支持员工具有 50 多人年的工程经 验，专门致力于帮助客户成功应用我们的产品。这是他们的全职工作，而不是额外承担的责任。 ? ORA 拥有专业软件测试员工。我们的测试人员 每天会构造和评估成百上千的测试案例，对开发中的代码进行测试。 ? ORA 的内部工程服务小组会在最尖端的真实工 程应用中验证 CODE V 的每个版本。 ? ORA 的员工中包括三名 OSA 研究员和四名 SPIE 研究员。ORA 的工程师们已发表 300 多篇学术论文，有些人还是与光学系统有关的近 100 项专利的发明人或共同发明人。 ORA 以开发世界一流的光学工程软件产品为己任。在这种力创一流的精神指引下，我们的产品使客户受益颇多，下面是其中的几个方面。 增进设计团队的设计效率 CODE V 的开发宗旨是帮助光学工程师完成从概念到制造的整个设计周期。Windows 标准图形用户界面有助于新用户快速掌握 CODE V 的强大功能。CODE V 还支持命令行输入、易于学习的宏编辑功能以及 COM 应用编程接口 (API)。所有这些将能让您的工程师们以最有效的方式使用程序，并且允许将 CODE V 与支持 COM 的其它工程软件工具整合使用。 CODE V 图形用户界面 (GUI) CODE V 有能力让工程师们为极其复杂的系统建模并进行分析。CODE V 支持多种不同的用户可编程子程序（例如： 用户编程的表面形状和用户编程的表面属性等），以充分运用系统建模的灵活性。任何基本表面形状均可应用衍射属性，以便进行光栅、kinoform 、二元光学系统等的建模。通过焦点分析、真实无焦建模（非常适合于设计目视系统）及其它功能，CODE V 支持像散光源、偏振器件、单轴晶体双折射材料、应力双折射建模。
光学系统设计（Zemax初学手册） 蔡长青 ISUAL 计画团队 国立成功大学物理系 （第一版，1999年7月29日） 前言 整个中华卫星二号“红色精灵”科学酬载计画，其量测仪器基本上是个光学仪器。所以光学系统的分析乃至于设计与测试是整个酬载发展重要一环。 这份初学手册提供初学者使用软体作光学系统设计练习，整个需要Zemax光学系统设计软体。它基本上是Zemax使用手册中tutorial的中文翻译，由蔡长青同学完成，并在Zemax E. E. 7.0上测试过。由于蔡长青同学不在参与“红色精灵”计画，所以改由黄晓龙同学接手进行校稿与独立检验，整个内容已在Zemax E. E. 8.0版上测试过。我们希望藉此初学手册（共有七个习作）与后续更多的习作与文件，使团队成员对光学系统设计有进一步的掌握。（陈志隆注） (回内容纲目) 习作一：单镜片(Singlet) 你将学到：启用Zemax，如何键入wavelength，lens data，产生ray fan，OPD，spot diagrams，定义thickness solve以及variables，执行简单光学设计最佳化。 设想你要设计一个F/4单镜片在光轴上使用，其focal length 为100mm，在可见光谱下，用BK7镜片来作。 首先叫出ZEMAX的lens data editor(LDE)，什么是LDE呢？它是你要的工作场所，譬如你决定要用何种镜片，几个镜片，镜片的radius，thickness，大小，位置……等。 然后选取你要的光，在主选单system下，圈出wavelengths，依喜好键入你要的波长，同时可选用不同的波长等。现在在第一列键入0.486，以microns为单位，此为氢原子的F-line 光谱。在第二、三列键入0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.486的位置，primary wavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics，即first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes等。 再来我们要决定透镜的孔径有多大。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data，在aper value上键入25，而aperture type被default为Entrance Pupil diameter。也就是说，entrance pupil的大小就是aperture的大小。 回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源，STO即aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你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这一栏上按滑鼠，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面 (surface)，于是在STO栏上，选取insert cifter，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ 为0，STO为1，而IMA为3。 再来如何输入镜片的材质为BK7。在STO列中的glass栏上，直接打上BK7即可。又
光学系统设计（Zemax初学手册）蔡长青 ISUAL 计划团队 国立成功大学物理系 （第一版，1999年7月29日） 内容纲目: 前言 习作一：单镜片(Singlet) 习作二：双镜片 习作三：牛顿望远镜 习作四：Schmidt-Cassegrain和aspheric corrector 习作五：multi-configuration laser beam expander 习作六：fold mirrors和coordinate breaks 习作七：使用Extra Date Editor, Optimization with Binary Surfaces 前言 整个福尔摩沙卫星二号「红色精灵」科学酬载计划，其量测仪器基本上是个光学仪器。所以光学系统的分析乃至于设计与测试是整个酬载发展重要一环。 这份初学手册提供初学者使用软件作光学系统设计练习，整个需要Zemax光学系统设计软件。它基本上是Zemax使用手册中tutorial的中文翻译， 由蔡长青同学完成，并在Zemax E. E. 7.0上测试过。由于蔡长青同学不在参与「红色精灵」计划，所以改由黄晓龙同学接手进行校稿与独立检验，整个内容已在Zemax E. E. 8.0版上测试过。我们希望藉此初学手册（共有七个习作）与后续更 多的习作与文件，使团队成员对光学系统设计有进一步的掌握。（陈志隆注）(回内容纲目) 习作一：单镜片(Singlet) 你将学到：启用Zemax，如何键入wavelength，lens data，产生ray fan，OPD，spot diagrams，定义thickness solve以及variables，执行简单光学设计优化。 设想你要设计一个F/4单镜片在光轴上使用，其focal length 为100mm，在可见光谱下，用BK7镜片来作。
光学第五版课后答案【篇一：第五版有机化学-华北师范大学-李景宁-全册-习 题答案】 3、指出下列各化合物所含官能团的名称。(1) ch3ch=chch3 答： 碳碳双键(2) ch3ch2cl 答：卤素(氯) (3) ch3chch3 答：羟基 (4) ch3ch2 c=o 答：羰基(醛基) ch3cch3(5) o 答：羰基(酮基) (6) ch3ch2cooh 答：羧基(7) 2 答： 氨基 (8) ch3- c≡c-ch3 答：碳碳叁键 4、根据电负性数据，用和标明下列键或分子中带部分正电荷和负电 荷的原子。 答： 6、下列各化合物哪个有偶极矩？画出其方向 （1）br2 （2）ch2cl2 （3）hi （4）chcl3 （5）ch3oh （6） ch3och3 答：以上化合物中（2）、（3）、（4）、（5）、（6） 均有偶极矩 （2）h 2c （6）h 3c cl （3 ）i （4） cl3 （5）h 3c oh ch3 7、一种化合物，在燃烧分析中发现含有84% 的碳[ar （c）=12.0] 和 16 的氢[ar （h）=1.0] ，这个化合物的分子式可能是 （1）ch4o （2）c6h14o2 （3）c7h16 （4）c6h10 （5）c14h22 答：根据分析结果，化合物中没有氧元素，因而不可能是化合物（1）
和（2）；在化合物（3）、（4）、（5）中根据碳、氢的比例计算 （计算略）可判断这个化合物的分子式可能是（3）。 习题解答 1、用系统命名法命名下列化合物（1）2，5-二甲基-3-乙基己烷 （3）3，4，4，6-四甲基辛烷（5）3，3，6，7-四甲基癸烷 （6）4-甲基-3，3-二乙基-5-异丙基辛烷 2、写出下列化合物的构造式和键线式，并用系统命名法命名之。 （3）仅含有伯氢和仲氢的c5h12 答：符合条件的构造式为ch3ch2ch2ch2ch3 ； 键线式为；命名：戊烷。3、写出下令化合物的构造简式(2) 由一个丁基和一个异丙基组成的烷烃(4) 相对分子质量为100，同时含有伯、叔、季碳原子的烷烃 答：该烷烃的分子式为c7h16 。由此可以推测同时含有伯、叔、季 碳原子的烷烃的构造式为(ch3)3cch(ch3)2 (6) 2 ，2，5-trimethyl-4-propylnonane （2，2，5-三甲基-4-丙基 壬烷） 3h73 ch3ch2ch2ch223 3 3 8、将下列烷烃按其沸点由高至低排列成序。 （1）2-甲基戊烷（2）正已烷（3）正庚烷（4）十二烷 答：对于饱和烷烃，随着分子量的逐渐增大，分子间的范德华引力 增大，沸点升高。支链的存在会阻碍分子间的接近，使分子间的作 用力下降，沸点下降。由此可以判断，沸点由高到低的次序为：十 二烷＞正庚烷＞正己烷＞2-甲基戊烷。（[4）＞（3）＞（2）＞（1）] 10、根据以下溴代反应事实，推测相对分子质量为72 的烷烃异构 式的构造简式。答：相对分子质量为72 的烷烃的分子式应该是 c5h12 。溴化产物的种类取决于烷烃分子内氢的种类（指核磁共振概 念中的氢），既氢的种类组与溴取代产物数 （1）只含有一种氢的化合物的构造式为(ch3)3cch3 （2）含三种氢 的化合物的构造式为ch3ch2ch2ch2ch3 （3）含四种氢的化合物的 构造式为ch3ch2ch(ch3)2 14 、答：
CODE V光学设计软件简介！ ??ＣＯDE V是一个光学系统设计和分析优化软件，广泛使用于照相设备、摄影机和医疗器具等,功能强大使用简单灵活。??[aｔｔachｍｅｎt=1３6] ? CＯDE V是美国著名的OpticaｌResearｃh Associaｔeｓ（ORA?)公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自19６３年起,该公司属下数十名工程技术人员已在CODEＶ程序的研制中投入了４0余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件,为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用。??一. 包罗万象的适用范围 ?CODＥＶ可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心和/或倾斜的元件;各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地处理屋脊棱镜、角反射镜、导光管、光纤、谐振腔等具有特殊光路的元件;而其多重结构的概念则包括了常规变焦镜头,带有可换元件、可逆元件的系统,扫描系统和多个物像共轭的系统。40多年来，世界各地的用户已成功地利用CODE Ｖ设计研制了大量照相镜头、显微物镜、光谱仪器、空间光学系统、激光扫描系统、全息平显系统、红外成像系统、紫外光刻系统等等,举不胜举。近几年内，CＯＤE V软件又被广泛地应用于光电子和光通讯系统的设计和分析。[ａttａｃhmｅｎt=1３7] ???图１．带有非顺序面的系统及梯度折射率元件示例??二.空前强大的自动设计能力??光学设计的第一步是要为系统确定合理的初始结构。为此ＣODＥV提供了独有的“镜头魔棒”功能,用户只需输入所要设计的系统的使用波段、相对孔径、视场、变倍比等参数,软件即可从自带的专利库中找出对应的结构以供选择。?ＣODＥV软件中优化计算的评价函数可以是系统的垂轴像差、波像差或是用户定义的其它指标，也可以直接对指定空间频率上的传递函数值进行优化。经过改进的阻尼最小二乘优化算法用拉格朗日乘子法提供既方便又精确的边界条件控制。除了程序本身带有大量不同的优化约束量供选用外,用户还可以根据需要灵活地定义各种新的约束量。此外，以往的优化算法无法克服存在于光学系统结构参量的高度非线性解空间中的大量局部极小，故此自动设计的结果是一个与初始参数接近的像质相对较好的结构,而不一定是全局最优设计。为解决这一问题,OＲA公司在ＣＯDE V软件中加入了强大的全局优化功能(Ｇlobal Syntheｓis？）。这种被该公司严格保密的算法不仅可以跳出局部极小继续在解空间中寻找更佳设计,而且可以在优化结束时将找到的满足设计要求的各种完全不同的结构形式一一列出供使用 者根据实际需要选择。这是目前世界上唯一证实可行并已实用化的全局优化程序，其优化能力在国际上遥遥领先。四年一届的国际光学设计会议是本领域影响最大的专业技术研讨会，在9０年代以来的近几届会议中，组织者每次都向世界上各有关单位和专家发出一个设计竞赛题目，而每届收到的参赛结果的前几名都是用COＤＥＶ软件优化设计出来的,充分说明CＯＤE V的优化功能已经成为世界各地光学设计专家
1.APSS.v 2.1.Winall.Cracked 光子学设计软件，可用于光材料、器件、波导和光路等的设计 2.ASAP.v7.14/7.5/8.0.Winall.cracked/Full 世界各地的光学工程师都公认ASAPTM（Advanced Systems Analysis Program，高级系统分析程序）为光学系统定量分析的业界标准。 注：另附9张光源库 3.Pics3d.v200 4.1.28.winall.cracked 电子.光学激光2D/3D有限元分析及模形化装置软件 https://www.doczj.com/doc/1114897763.html,stip.v2004.1.28.winall.cracked 半导体激光装置2D模拟软件 5.Apsys.2D/3D.v2004.1.28.winall.cracked 激光二极管3D模拟器 6.PROCOM.v2004.1.2.winall.cracked 化合物半导体模拟软件 7.Zemax.v2003.winall.cracked/EE ZEMAX 是一套综合性的光学设计仿真软件，它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。 8.ZEBASE Zemax镜头数据库 9.OSLO.v6.24.winall.licensed/Premium OSLO 是一套处理光学系统的布局和优化的代表性光学设计软件。最主要的，它是用来决定光学系统中最佳的组件大小和外型，例如照相机、客户产品、通讯系统、军事 /外太空应用以及科学仪器等。除此之外，它也常用于仿真光学系统性能以及发展出一套对光学设计、测试和制造的专门软件工具。 10.TracePro.v324.winall.licensed/Expert TracePro 是一套能进行常规光学分析、设计照明系统、分析辐射度和亮度的软件。它是第一套以符合工业标准的ACIS(固体模型绘图软件)为核心所发展出来的光学软件，是一个结合真实固体模型、强大光学分析功能、信息转换能力强及易上手的使用界面的仿真软件，它可将真实立体模型及光学分析紧紧结合起来，其绘图界面非常地简单易学。 11.Lensview.UPS.winall.cracked LensVIEW 为搜集在美国以及日本专利局申请有案的光学设计的数据库，囊括超过 18,000个多样化的光学设计实例，支持Zemax，OSLO，Code V等光学设计软件。 12.Code V.v940.winall.licensed CODE V是美国著名的Optical Research Associates公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。 13.LightTools.v4.0/sr1.winall.cracked LightTools是一个全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系，提供最现代化的手段直接描述光学系统中
【ZEMAX光学设计软件操作说明详解】 介绍 这一章对本手册的习惯用法和术语进行说明。ZEMAX使用的大部分习惯用法和术语与光学行业都是一致的，但是还是有一些重要的不同点。 活动结构 活动结构是指当前在镜头数据编辑器中显示的结构。详见“多重结构”这一章。 角放大率 像空间近轴主光线与物空间近轴主光线角度之比，角度的测量是以近轴入瞳和出瞳的位置为基准。 切迹 切迹指系统入瞳处照明的均匀性。默认情况下，入瞳处是照明均匀的。然而，有时入瞳需要不均匀的照明。为此，ZEMAX支持入瞳切迹，也就是入瞳振幅的变化。 有三种类型的切迹：均匀分布，高斯型分布和切线分布。对每一种分布（均匀分布除外），切迹因素取决于入瞳处的振幅变化率。在“系统菜单”这一章中有关于切迹类型和因子的讨论。ZEMAX也支持用户定义切迹类型。这可以用于任意表面。表面的切迹不同于入瞳切迹，因为表面不需要放置在入瞳处。对于表面切迹的更多信息，请参看“表面类型”这一章的“用户定义表面”这节。 后焦距 ZEMAX对后焦距的定义是沿着Z轴的方向从最后一个玻璃面计算到与无限远物体共轭的近轴像面的距离。如果没有玻璃面，后焦距就是从第一面到无限远物体共轭的近轴像面的距离。 基面 基面（又称叫基点）指一些特殊的共轭位置，这些位置对应的物像平面具有特定的放大率。基面包括主面，对应的物像面垂轴放大率为＋1；负主面，垂轴放大率为－1；节平面，对应于角放大率为+1；负节平面，角放大率为－1；焦平面，象空间焦平面放大率为0，物空间焦平面放大率为无穷大。 除焦平面外，所有的基面都对应一对共轭面。比如，像空间主面与物空间主面相共轭，等等。如果透镜系统物空间和像空间介质的折射率相同，那么节面与主面重合。 ZEMAX列出了从象平面到不同象方位置的距离，同时也列出了从第一面到不同物方平面的距离。 主光线 如果没有渐晕，也没有像差，主光线指以一定视场角入射的一束光线中，通过入瞳中央射到象平面的那一条。注意，没有渐晕和像差时，任何穿过入瞳中央的光线也一定会通过光阑和出瞳的中心。 如果使用了渐晕系数，主光线被认为是通过有渐晕入瞳中心的光线，这意味着主光线不一定穿过光阑的中央。 如果有瞳面像差（这是客观存在的），主光线可能会通过近轴入 瞳中心（如果没有使用光线瞄准）或光阑中央（如果使用光线瞄准），但一般说来，不会同时通过二者中心。 如果渐晕系数使入瞳减小，主光线会通过渐晕入瞳中心（如果不使用光线瞄准）或者渐晕光阑中心（如果使用光线瞄准）。 常用的是主光线通过渐晕入瞳的中心，基本光线通过无渐晕的光阑中心。ZEMAX不使用基本光线。大部分计算都是以主光线或者中心光线作为参考。优先使用中心光线，因为它是基于所有照射到象面的光线聚合效应，而不是基于选择某一条特殊光线。
光学系统设计(三) 一、单项选择题（本大题共 20小题。每小题 1 分，共 20 分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．系统的像散为零，则系统的子午场曲值( )。 A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.无法判断 2．双胶合薄透镜组，如果位置色差校正为零，则倍率色差值为 ( )。 A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.无法判断 3．下列像差中，对孔径光阑的大小和位置均有影响的是( )。 A.球差 B. 彗差 C. 像散和场曲 D.畸变 4．除球心和顶点外，第三对无球差点的物方截距为 ( ) 。 A.r n n n L '+= B. r n n n L ''+= C. r n n n L '-= D. r n n n L ''-= 5．下列像差中，属于轴外点细光束像差的是( )。 A.球差 B.子午彗差 C.子午场曲 D.畸变 6．瑞利判据表明，焦深是实际像点在高斯像点前后一定范围内时，波像差不会超过 ( )。 A.λ21 B. λ31 C. λ41 D. λ51 7．对于目视光学系统，介质材料的阿贝常数定义为 ( )。 A.C F D D n n 1n --=ν B. C F D D n n 1n ++=ν C. C F D D n n 1n -+=ν D. C F D D n n 1n +-=ν 8．9K 玻璃和6ZF 玻璃属于 ( )。 A.冕牌玻璃和火石玻璃 B.火石玻璃和冕牌玻璃 C.均属火石玻璃 D.均属冕牌玻璃 9．在ZEMAX 软件中进行显微物镜镜设计，输入视场数据时，应选择 ( )。
光学设计 ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），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。 ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA?）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面 CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地处理屋脊棱镜、角反射镜、导光管、光纤、谐振腔等具有特殊光路的元件；而其多重结构的概念则包括了常规变焦镜头，带有可换元件、可逆元件的系统，扫描系统和多个物像共轭的系统。40多年来，世界各地的用户已成功地利用CODE V设计研制了大量照相镜头、显微物镜、光谱仪器、空间光学系统、激光扫描系统、全息平显系统、红外成像系统、紫外光刻系统等等，举不胜举。近几年内，CODE V软件又被广泛地应用于光电子和光通讯系统的设计和分析。光学设计的第一步是要为系统确定合理的初始结构。为此CODE V提供了独有的“镜头魔棒”功能，用户只需输入所要设计的系统的使用波段、相对孔径、视场、变倍比等参数，软件即可从自带的专利库中找出对应的结构以供选择。 CODE V软件中优化计算的评价函数可以是系统的垂轴像差、波像差或是用户定义的其它指标，也可以直接对指定空间频率上的传递函数值进行优化。经过改进的阻尼最小二乘优化算法用拉格朗日乘子法提供既方便又精确的边界条件控制。除了程序本身带有大量不同的优化约束量供选用外，用户还可以根据需要灵活地定义各种新的约束量。此外，以往的优化算法无法克服存在于光学系统结构参量的高度非线性解空间中的大量局部极小，故此自动设计的结果是一个与初始参数接近的像质相对较好的结构，而不一定是全局最优设计。为解决这一问题，ORA公司在CODE V软件中加入了强大的全局优化功能（Global Synthesis）。这种被该公司