2.要求设计一个周视瞄准镜的双胶合望远物镜（加棱镜），技术要求如下：
设计过程： 1.求h ，h z ，J
1006
.14365.7148.01'''4365.7)tan(''0621.335/5tan 58.12'/'tan 148.0502/tan 8.147.34'/tan '/'tan =??===--==?==?===?==?=Γ=?=Γ==y u n J m m w f y m m h h m m
h f h u D u m m D D D D u
f h u z z o
入入出入
2.计算平行玻璃板的像差和数S 1、S 2、S 3 平行板入射光束的有关参数为：
5912
.0,0875.0)5t a n (,148.0-=-=-==u u
u u z z
根据已知条件，平行玻璃板本身参数为：
64.11.5163,n 31mm,d ===υ
则平行平板的初级像差为：
3.列出初级像差方程式求解双胶合物镜的C W P ,,∞∞ 根据整个系统物镜的像差要求：
mm L SC mm L FC m m 05.0,001.0,1.0''
'=?-==δ
系统的像差和数为：
0010952
.000220.0)(2200438
.02S '2'''3''''''''2''''1-=?-==-=-=-=-=FC m s m L u n S y SC u n k u n S L u n δ 由于S 系统=S 物镜+S 棱镜，双胶合物镜的像差和数为：
0.0012848
0.00238-0.001095S -0.001075
0.003275-0.0022S 0.001160.00554-0.00438S =+====+=I ∏I C
① 列出初级像差方程，求P,W,C
00238.0n
1-n -d
S 0.0032765/u)(u S S 00554
.0n
1
-S 2
2
3z 124321-====-=?-=u du n υ
00000812
.0001285.000123.0001075.00000922
.00016.058.1223=?===?-=-==?===∏I C C h S W JW P h S P P hP S z
② 由P,W,C,求C W P ,,∞∞ 由于
''1,85,58.12f f h =
==?
所以
00069
.005591.0)(02846.0)('2
3
======
Cf C h W
W h P
P ??
由于望远镜物镜对无限远物平面成像，无须对平面位置再进行优化。
021.0)15.0(85.000069
.005591.002846.020-=-?-======∞∞∞∞W P P C W W P P
根据P 0=-0.021，C=0.00069查找适用的玻璃组合。选定： （王冕玻璃在前）：ZK3：D n =1.5891， υ=61.2 BaF8：D n =1.6259, υ=39.1
C =0.00069;P 0=-0.021;Q 0=-5.97
4.求透镜组半径
9078
.1,3109.0,2346.052418.01
1
1263.41
11216.31
6945
.1191
.567
.115
.06945
.2)1
1
/(
)1
(32122232
11112
1202
1
2
1=-==?=--==+-=-=+=-=-=-=--
==-
-
=∞r r r n r r r n r Q r W Q Q C ?????υυυ?
以上半径对应当焦距为1的情况，将它们乘以焦距mm f 85'=，得到最后要求的半径为：
158.162,43.26,94.19321-=-==r r r
5.确定透镜厚度
我们取4,621==d d ，这样双胶合物镜的全部结构参数确定了。至此，双胶合望远物镜的初级像差求解便全部完成了，物镜的全部结构参数如下：
r d n D n F n C 材料 1 1 1 35 1 1 1 19.94 6 1.5891 1 ZK3 -26.43 4 1.6259 BaF8 -162.158
40 1 1 1 0 31 1.5163 1.521995
1.513895
K9 0
1
1
1
8.14=D 102=W ∞=L 35=z L
双高斯物镜的ZENAX优化设计《光学课程设计》
目录 一、介绍 .................................................... - 2 - 二、用初级像差理论确定初始结构.............................. - 3 - 三、用ZEMAX优化............................................ - 8 - 四、结论 ....................................... 错误!未定义书签。 五、心得体会 ............................................... - 12 -参考文献 ................................................... - 13 -
一、介绍 双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1所示。 图 1 双高斯物镜 由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。设计这种类型的系统时，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校正。在双高斯物镜中依靠厚透镜的结构变化可以校正场曲ⅣS ，利用薄透镜的弯曲可以校正球差ⅠS ，改变两块厚透镜之间的距离可以校正像散ⅢS ，在厚透镜中引入一个胶合面可以校正色差ⅠC 。双高斯物镜的半部系统可以看作是由厚透镜演变而来，一块校正了匹兹万场曲的厚透镜是弯月形的，两个球面的半径相等。在厚透镜的背后加上一块正、负透镜组成的无光焦度薄透镜组，对整个光焦度的分配和像差分布没有明显的影响，然后把靠近厚透镜的负透镜分离出来，且与厚透镜合为一体，这样就组成了一个两球面半径不等的厚透镜和一个正光焦度的薄透镜的双高斯物镜半部系统。这个半部系统回来了承受无限远物体的光线时，可用薄透镜的弯曲校正其球差。由于从厚透镜射出的轴上光线近似平行与光轴，因此薄透镜越向后弯曲，越接近与平凸透镜，其上产生的球差及高级量越小。但是，该透镜上的轴外光线的入射状态变坏，随着透镜向后弯曲，轴外光线的入射角增大，于是产生了较大的像散。为了平衡ⅢS ，需要把光阑尽量地靠近厚透镜，使光阑进一步偏离厚透镜前表面的球心，用该面上产生的正像散平衡ⅢS 。于此同时，轴外光线在前表面上的入射角急剧增大，产生的轴外球差及其高级量也在增大，从而引出了球差校正和高级量减小时，像散的高级量和轴外球差增大的后果。相反，若将光阑离开厚透镜，使之趋向厚透镜的前表面球心，则轴外光线的入射状态就能大大的好转，轴外球差很快下降，此时厚透镜前表面产生的正像散减小。为了平衡ⅢS ，薄透镜应该向前弯曲，以使球面与光阑同心。这样一来，球差及其高级量就要增加。 以上分析表明：进一步提高双高斯物镜的光学性能指标，将受到一对矛盾的限制，即球差高级量和轴外球差高级量的矛盾。 解决这对矛盾的方法有三种： 第一，选用高折射率低色散的玻璃做正透镜，使它的球面半径加大。 第二，把薄透镜分成两个，使每一个透镜的负担减小，同时使薄透镜的半径加大。 第三，在两个半部系统之间引入无焦度的校正板，使它只产生ⅤS 和ⅢS ，
黑龙江科技大学课程设计报告 项目名称：望远物镜设计（双胶合镜结构） 所属课程：工程光学 设计日期： 班级测控11--1班 学号 姓名 指导教师 成绩 电气与控制工程学院
课程设计报告说明 一、写报告前，请认真阅读《课程设计报告说明》。 二、打印装订要求 1、一律用A4纸，双面打印，并左侧装订，一式1份，并同时上交电子版（电子版上传邮箱123244441@https://www.doczj.com/doc/ac16917504.html,）。《课程设计报告说明》页也打印。 2、课程设计概述部分占一页；课程设计内容长度根据实际需要填写；结论和指导教师评语及成绩单独占一页。保证打印格式工整。 三、报告内容要求 1、课程设计目的结合实际自己写，不要雷同 2、课程设计要求按下发的设计题目写 3、课程设计原理简要说明所完成课程设计项目所涉及的理论 知识 4、课程设计内容这是课程设计报告极其重要的内容。概括 整个课程设计过程。（最好在上述内容基础上画出相应的流图、设计思路和设计方法，再配以相应的文字进行说明。）
先打开ZEMAX软件，根据设计要求修改系统设定,包括系统孔径,镜头单位，视场，和波长。 （1）修改系统设定。 首先，根据要求的设计参数计算物方孔径EPD。提供的有效焦距efl为100mm，像空间F/﹟=4 。 由公式，得物方孔径EPD约等于25。 在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 通用配置，在弹出的对话框中，光圈类型选择入瞳直径，光圈数值选择25，单位毫米。 （2）视场设定。 在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 视场，在弹出的对话框中，视场类型选择角度，并输入三组视场数据，(0, 0), (0, 3)和 (0, 5)。
光学设计辅助报告 姓名：张雨辰 学号：1011100139
光学计算机辅助设计报告 内容一：已知参数双胶合望远物镜的像质评价 1）像质评价的意义： 任何一个光学系统不管用于何处，其作用都是把目标发出的光按仪器工作原理的要求改变它们的传播方向和位置，送入仪器的接收器，从而获得目标的各种信息，包括目标的几何形状、能量强弱等。因此，对光学系统成像性能的要求主要有两个方面：第一方面是光学特性，包括焦距、物距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距离等；第二方面是成像质量，光学系统所成的像应该足够清晰，并且物像相似，变形要小。第一方面的内容即满足光学特性方面的要求属于应用光学的讨论范畴，第二方面的内容即满足成像质量方面的要求，则属于光学设计的研究内容。 从物理光学或波动光学的角度出发，光是波长在400~760nm的电磁波，光的传播是一个波动问题。一个理想的光学系统应能使一个点物发出的球面波通过光学系统后仍然是一个球面波，从而理想地聚交于一点。但是实际上任何一个实际光学系统都不可能理想成像。所谓像差就是光学系统所成的实际像与理想像之间的差异。由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在一个光学系统成像质量优劣的评价问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。从物理光学出发，推导出几何像差等像质评价指标。有了像质评价的方法和指标，设计人员在设计阶段，即在制造出实际的光学系统之前就能预先确定其成像质量的优劣，光学设计的任务就是根据对光学系统的光学特性和成像质量两方面的要求来确定系统的结构参数。 2）像质评价的方法与Zemax实现： 对于像质评价有两个阶段：1 设计完成后，加工前，对成像情况进行模拟仿真；2 加工装配后，批量生产前，要严格检测实际成像效果。当前我们所作的工作就是对第一阶段进行实际讨论。对于像质评价的方法有两种：1 不考虑衍射：光路追迹法（点列图，像差曲线）； 2 考虑衍射：绘制成像波面，光学传递函数等；有： 瑞利判断：几何像差曲线进行图形积分得到波像差； 中心点亮度（斯托列尔准则）：成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比S.D来表示成像质量； 分辨率：反映光学系统分辨物体细节的能力，可以评价成像质量； 点列图：由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同
令狐文艳 双胶合设计 令狐文艳 设计一： 透镜参数： 1.焦距为100mm。 2.相对孔径为1/5。 3.全视场2ω为10度。 4.物距为无穷远。 5.双胶合透镜一个采用BK7玻璃，另一个采用F2玻璃。 1.Prescription Date 具体参数： 1.Lens Data Editor 2.系统二维图 3.系统三维图 4.点列图 从图中我们可以看到，系统的弥散斑并不太大，弥散斑随着视场的增加而增加。当ω=5度时，系统的弥散斑半径为60.847，保持在可接受的范围内。 将Show Airy Disk选中，并选择ω=2.5度时作为观察对象，可以得到上面的图形。虽然大部分光线并不集中在中心区域，但是这种效果对于双胶合设计来说也足够了。
5.MTF曲线 TS 5.0000 degree这条曲线在10(lp/mm)时大致为0.35，满足设计需求。其他的曲线也较接近最上面的黑线（衍射极限），且较为平滑。S曲线（弧矢曲线）与T曲线（子午曲线）也比较重合。 6.Ray Fan（光线扇面） 7.OPD Fan(光程差扇形图) 8.Field Curv/Dist（场曲） 设计二： 设计二的MTF曲线更高，但弥散斑也比设计一高，当ω=5度时，弥散斑半径为69.830。 透镜参数： 6.焦距为100mm。 7.相对孔径为1/5。 8.全视场2ω为10度。 9.物距为无穷远。 10.双胶合透镜一个采用BK7玻璃，另一个采用F2玻璃。 2.Prescription Date 具体参数： 3.Lens Data Editor 4.系统二维图 5.系统三维图 6.点列图
在上图中，当ω=5度时，弥散斑半径为69.830，比设计一中的要高。 7.MTF曲线 TS 5.0000 degree这条曲线在10(lp/mm)时大致为0.4，比设计一的效果要好。 8.Ray Fan（光线扇面） 9.OPD Fan(光程差扇形图) 10.Field Curv/Dist（场曲）
XX大学 课程设计说明书 201X/201X 学年第 1 学期 } 学院：信息与通信工程学院 专业： XXXXXXXX 学生姓名： XXXXX 学号： XXXXX 课程设计题目：双胶合望远镜头设计 起迄日期：20XX年12月22日~20XX年01月02日 课程设计地点： XX大学5院楼513、606 指导教师： XXXX 职称: 教授 |
目录 摘要 (1) | 关键词 (1) 第一章课题要求 课题背景 (2) 设计目的 (2) 设计内容和要求 (2) 第二章方案分析 课题名称 (3) 主要数据 (3) 。 设计思路 (3) 实现原理 (3) 主要过程 (4) 第三章光学系统设计 光圈参数设定 (5) 视场参数设定 (5) 波长设定 (6) 玻璃厚度的设定 (6) … 像空间的设定 (7) 第四章光学系统分析 2D光路分布草图 (7) 标准点列图Spot Diagram (8) 光路图OPD FAN (9) 光线相差图RAY FAN (10) 波前分布图 (11) 第五章光学系统优化 > 光学系统调焦 (12) 设置可变参数 (13) 优化函数设定 (13) 最终优化 (14) 第六章系统优化前后比较 优化后的2D草图 (15) 优化后的标准点列 (15) 优化后光路图 (16)
$ 第七章心得体会 心得体会 (17) 摘要 ZEMAX是一款多功能的光学设计软件，可建立反射、折射、绕射等光学模型，可以用来模拟、分析和辅助设计光学系统，并对光学系统进行优化。双胶合透镜不仅有较好的横向分辨率，而且有较高的轴向分辨率，能够作为共焦3-D成像的一种理想光学元件，在光学领域得到了广泛的应用。本次课程设计，我们将利用ZEMAX软件设计一个双胶合望远镜头，展示利用ZEMAX设计、分析和优化一个简单光学系统的过程，进一步掌握该软件。 关键词:ZEMAX 双胶合望远镜头光学系统设计分析 ;
实验一光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作 一．实验目的 学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。二．实验要求 a)掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。 b)掌握ZEMAX软件的用户界面。 c)掌握ZEMAX软件的基本使用方法。 d)学会使用ZEMAX的帮助系统。 e)学会使用ZEMAX初步仿真光路图。 三．实验内容 （一）界面及基本操作 1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示： 图1.1ZEMAX用户界面 2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。 3. 熟悉使用各个常用的快捷按钮。
4．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口（镜头数据编辑、优化函数、多重数据结构）。 5．调用ZEMAX 自带的例子（例如根目录下samples\tutorial\tutorial zoom2.zmx 文件），学会打开常用的分析功能项：草图（2D 草图、3D 草图、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。 6．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。 7．掌握镜头数据编辑（LDE ）窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。 8．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。 9．通过主菜单-帮助下的操作手册调用帮助文件，学会查找相关帮助信息。 （二） 仿真光路图 根据已拟好的设计草图，在ZEMAX 中实现光路仿真，包括光路系统整体设置、创建光学元件、透镜（组），元件间大致间距等。 1.光路系统的整体设置，包括此光学系统所适用的波长、入瞳直径、视场等，在主菜单-系统里有相应的各个设置。 2.创建光学元件、透镜（组），就是将设计草图中的各种光学元件用ZEMAX 的方式去仿真实现。ZEMAX 仿真的基本元素是面和面间距，仿真创建各种元件基本都以具体设置每个面和面间距的参数来实现。 （1）面：面的基本参数包括面型（Surf:type ）、曲率半径(Radius)、厚度(Thickness)、材料（玻璃）(Glass)，半口径(Semi-Diameter)等，每一个面对应于LDE 窗口里的一个行，每一个参数对应LDE 窗口里的一列，如下图： ZEMAX 的默认面型是透明标准（Standard ）球面，曲率半径和半口径为无穷（Infinity ）。面的厚度和材料的定义都是以指定面起向后算到下一个面之间的这一段的厚度和材料。 （2）面间距：指的是该面在光轴上的交点到下一个面在光轴上的交点之间的距离，向右为正，向左为负。常用于标识透镜厚度、元件与元件的间距等。 例如：一个透镜的厚度，可以用透镜的前表面的面厚度值Thickness 来完成仿真；前一个元件与后一个元件的间距，可以用前一个元件的后表面到后一个元件的前表面之间的面间距来完成仿真。 3.根据设计要求和设计草图，估算各个元件之间的大致间距，通过面间距的设置，实现整个光学系统的初步仿真。 4.仿真一个轴上点光源（m μλ587.0=）在物距为u=30mm 时，由焦距为20mm ，材料为BK7，口径为10mm 的单正透镜成像的光路。 四．报告要求： 1. 打开安装目录下的samples\tutorial\tutorial zoom 2.zmx 文件，生成其2D 图、渲染（转角）、像差特征曲线、OPD 曲线、曲面数据报告（第7面）和图解报告4。截屏后打印出来。 2. 试在打印出来的2D 图上标出各个面的位置以及相应面厚度值的具体指向（方向、
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 实验报告 课程名称：光机系统设计 实验名称：双胶合消色差物镜设计院系：电气及自动化与控制系班级： 姓名： 学号： 哈尔滨工业大学
1， 实验目的 设计一个双胶合消色差透镜，并绘制图形，熟悉应用光学、机械学等相关知识，掌握光机系统设计的流程。 2. 结构特性分析 双胶合消色差物镜光学性能要求: 1) f / 6，焦距540mm ； 2) 视场角1.5°； 3) 镜片材料选择BAK1 和BK7； 4) 20 线对/mm 处MTF>0.4； 5) 工作波长：可见光 3. 初始结构设计 当物体处于无穷远时，P ∞=W ∞=0（孔径角消失），设计消色差系数C=0。 透镜的光焦度分配公式： )v 1 -v 1/(1-2 121）（v c =ψ 12-1ψ=ψ 通过应用光学相关知识，算的双胶合透镜的曲率半径依次为： R 1 =345.231 R 2 =-240.89 R 3 =-1003.25 两个透镜的初始厚度设计各为7mm ，透镜组到成像面的距离设计为近轴光线，由ZEMAX 计算出相应厚度调整值。 图1 双胶合透镜出结构设计
图 2 所示，视场90mm；如图 3 所示，视场角设定为1.5°，图 4 所示，入射光线为可见光；如所示为初始透镜结构图。 图2 设定视场 图3 设置光场 图4 设定入射光
4. 系统优化 设计焦距值为540mm,设定默认优化函数EFFL target 为540，权重为1，选择透镜的三个曲率半径以及相应的厚度作为优化参数，优化结果如图 5所示。 图5 优化结果参数 5. 像质分析 由图6所示，优化后最大的波像差大约为4个波长，尚未达到衍射极限，应为焦平面上的彗差影响所致；同时可见这个透镜相对与可见光的低阶色差比较小，满足设计要求。 图8优化后光线追迹曲线 如图 6所示，优化后存在彗差，由图中度数可得艾里斑半径为8.595μm，
双高斯物镜的ZENAX优化设计 《光学课程设计》 " ：
目录 一、介绍 .................................................... - 3 - 二、用初级像差理论确定初始结构.............................. - 4 - 三、用ZEMAX优化............................................ - 9 - 四、结论 .................................................. - 16 -！ 五、心得体会 ............................................... - 16 -参考文献 ................................................... - 18 - 》 }
一、介绍 双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1所示。 ; 图 1 双高斯物镜 由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。设计这种类型的系统时，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校正。在双高斯物镜中依靠厚透镜的结构变化可以校正场曲ⅣS ，利用薄透镜的弯曲可以校正球差ⅠS ，改变两块厚透镜之间的距离可以校正像散ⅢS ，在厚透镜中引入一个胶合面可以校正色差ⅠC 。双高斯物镜的半部系统可以看作是由厚透镜演变而来，一块校正了匹兹万场曲的厚透镜是弯月形的，两个球面的半径相等。在厚透镜的背后加上一块正、负透镜组成的无光焦度薄透镜组，对整个光焦度的分配和像差分布没有明显的影响，然后把靠近厚透镜的负透镜分离出来，且与厚透镜合为一体，这样就组成了一个两球面半径不等的厚透镜和一个正光焦度的薄透镜的双高斯物镜半部系统。这个半部系统回来了承受无限远物体的光线时，可用薄透镜的弯曲校正其球差。由于从厚透镜射出的轴上光线近似平行与光轴，因此薄透镜越向后弯曲，越接近与平凸透镜，其上产生的球差及高级量越小。但是，该透镜上的轴外光线的入射状态变坏，随着透镜向后弯曲，轴外光线的入射角增大，于是产生了较大的像散。为了平衡
前言 双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1所示。 图 1 双高斯物镜 由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。设计这种类型的系统时，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校正。在双高斯物镜中依靠厚透镜的结构变化可以校正场曲ⅣS ，利用薄透镜的弯曲可以校正球差ⅠS ，改变两块厚透镜之间的距离可以校正像散ⅢS ，在厚透镜中引入一个胶合面可以校正色差ⅠC 。双高斯物镜的半部系统可以看作是由厚透镜演变而来，一块校正了匹兹万场曲的厚透镜是弯月形的，两个球面的半径相等。在厚透镜的背后加上一块正、负透镜组成的无光焦度薄透镜组，对整个光焦度的分配和像差分布没有明显的影响，然后把靠近厚透镜的负透镜分离出来，且与厚透镜合为一体，这样就组成了一个两球面半径不等的厚透镜和一个正光焦度的薄透镜的双高斯物镜半部系统。 二、用初级像差理论确定初始结构 1、半部系统的规划 半部系统如图2所示，计算时把焦距规化为1，同时取规化条件 。，，101111==-=h u u z 2、以厚透镜校正ⅣS
考虑到对高级像散的平衡，取07.0-=ⅣS 。按相对孔径需要选15.0=d 。玻璃可取BaF7和ZK8的组合。由式子 ()() ??? ? ?? ? =-= =-=--b d nS n a n nS n c c c c c c 12212111ⅣⅣρρρρ 可得 549 .5729.5766026 .31184006.021-=-==-=c c b a ρρ，， 3、加无光焦度双薄透镜校正ⅠS 取3.1=-==b a ψψψ（实践表明取值在1.2到1.5之间为好）。 （1） 求c S u Ⅰ、2。 () ()()()[] 52.17311719.21 22223 22 1 21=---+=-=-= -u u n du u n S nr n u n c Ⅰ （2） 求个面曲率半径 由式子 ?? ???--==11221n b b b c b ψρρρρ，???==a a a a a a ψρρψρρ2211 及式子 ??? ?? ??????== ==2413221 11111a a b c r r r r ρ ρρρ
2.要求设计一个周视瞄准镜的双胶合望远物镜（加棱镜），技术要求如下： 设计过程： 1.求h ，h z ，J 1006 .14365.7148.01'''4365.7)tan(''0621.335/5tan 58.12'/'tan 148.0502/tan 8.147.34'/tan '/'tan =??===--==?==?===?==?=Γ=?=Γ==y u n J mm w f y mm h h mm h f h u D u mm D D D D u f h u z z o 入入出入
计算平行玻璃板的像差和数S 1、S 2、S 3 平行板入射光束的有关参数为： 5912.0, 0875.0)5tan(,148.0-=-=-==u u u u z z ο 根据已知条件，平行玻璃板本身参数为： 64.11.5163,n 31mm,d ===υ 则平行平板的初级像差为： 3.列出初级像差方程式求解双胶合物镜的C W P ,,∞∞ 根据整个系统物镜的像差要求： mm L SC mm L FC m m 05.0,001.0,1.0'' '=?-==δ 系统的像差和数为： 0010952 .000220.0)(2200438 .02S '2'''3''''''''2''''1-=?-==-=-=-=-=FC m s m L u n S y SC u n k u n S L u n δ 由于S 系统=S 物镜+S 棱镜，双胶合物镜的像差和数为： 0.0012848 0.00238-0.001095S -0.001075 0.003275-0.0022S 0.001160.00554-0.00438S =+====+=I ∏I C 列出初级像差方程，求P,W,C 00238.0n 1-n -d S 0.0032765/u)(u S S 00554 .0n 1 -S 2 2 3z 124321-====-=?-=u du n υ
实验一、光学CAD实验 1、利用光学软件作CAD的初步训练 一、 实验目的 通过对OSLO软件的了解和使用，了解OSLO软件的基本功能并初步掌握模拟、分析和设计光学系统的基本方法，为较专门、高级的光学CAD实验打下基础。 二、 实验内容 1、熟悉OSLO光学软件。 2、建立光学系统的数据。 3、计算光学系统的像差，分析光学系统的性能[3-5]。 4、研究单透镜的光学和结构参数与像差的关系[3-5]。 5、对简单透镜做优化设计。 三、 实验方法与步骤 1 光学系统数据的输入 图1 1 帮助 9 成像分析 17 点扩散函数分析 2 表面数据表格 10 用缺省光线画平面透镜 3 总的操作条件表格 11 画立体透镜 4 高斯束表格 12 光线像差分析 5 表面容差数据表格 13 波前像差分析 6 表面数据 14 MTF分析 7 傍轴常数 15 MTF通过焦点分析 8 光线轨迹分析 16 点列图 首先运行《OSLO LT》进入它的主窗口，打开“File”，选“New”，则出现一个子窗口，如图2所示。选“Custom lens”，并填写表面数，然后“√”，便出现“重建透镜数据表格”。当发现表面数目不够或多余时，可用鼠标点按表面序号，以便编辑插入新表面或删除多余表面。字母串“OBJ”，“AST”，“IMS”分别表示物、光阑和像表面。利用此方法可在物面和像面之间建立你要研究的光学系统所需要的表面数目。但应注意，该软件所容许的系统最多不能超过10个表面。比如，要研究一个单透镜，它具有两个表面，所以在物像表面之间至少应包含两个表面。
图2 建起光学系统数据表格（如图3反示出物面和镜面）之后，即可按你所准备好的数据按位置填好。其中包括曲率半径（Radius）、厚度（Thickness）、界面之间的介质参数（Glass）、入射光束半孔径、视场和工作波长（以μ为单位）。对于某些特殊表面（比如非球面、衍射光栅面、全息图表面等）还应在special一列填写相应的参量数据。 图3 需要说明的是，物面到系统第一面的距离（即物面一行中的厚度）为物距l的绝对值，即d0=?l?，当其为无穷时（用数值1.0000e+20表示），入射光束孔径用“Entrance beam radius”表示，以mm为单位，而视场用半Field angle表示，以度为单位。当d0≠∞时，则入射光束孔径习惯用物空间数值孔径表示，而视场用物高（单位mm）表示。玻璃的填写可通过选项，比如从玻璃库中选玻璃牌号，或者用模拟光学玻璃数值（n，ν）。对于反射面，直接选reflect。 系统最后一面到像面之间的距离称为像距，有时它可表示系统的工作距离，该数据也必须正确填写，方法有二：一是在此厚度后面的方块处单击，然后在出现的托拉菜单中选“Solves”，“Axial ray height＝0”；二是在主屏上选“display the paraxial constant”（见图1中由数字7标注的图标），从计算的数据中选取“Gaussian image distance”的值填入。在透镜数据子屏上，点按“Draw”后边的“on”，即出现目前系统的结构图。如图4所示为一双胶合透镜。 如果在开始的“File”，“New”之后，选“Catalog lens”，“ok”，则出现“Update surface data”和透镜库的两个子窗口。在透镜库子屏上（见图5），通过选取不同透镜种类“singlets”，
华侨大学厦门工学院光学软件设计课程设计报告 题目：一款照相物镜设计 专业、班级： 13级光电2班 学生姓名：周观后 学号： 130250202 指导教师：苏倩倩 分数 :
《课程设计》任务书 课程名称：光学软件课程设计 指导教师：苏倩倩
目录 一、照相物镜简介................................ 错误!未定义书签。
二、确定初始结构 (8) 三、用ZEMAX优化 (11) 四、结论....................................... 错误!未定义书签。 五、心得体会.................................... 错误!未定义书签。 六、参考文献.................................... 错误!未定义书签。
一、照相物镜简介 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 (1-1) 式中，β为垂轴放大率，l l 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 l f '= β Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为 ωtan 'f （1-2） 因此半视场角
ω=atan ' ' f y （1-3） 表1-1中列出了照相物镜的焦距标准： 表1-1 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 λ λ u f D N == （1-4） 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 ’=1/4πL τ(D/f ’)2 (1-5) 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；
1.望远物镜有什么光学特性和像差特性？ 望远物镜的光学特性有以下两点： 1.1 相对孔径不大 在望远光学系统中，入射的平行光束经过系统以后仍为平行光束，因此物镜的相对孔径（'D f 物）和目镜（''D f 目）的相对孔径是相等的。目镜的相对孔径 主要由出瞳直径'D 和出瞳距离'z l 决定。目前观察望远镜的出瞳直径'D 一般为 4mm 左右，出瞳距离'z l 一般要求20mm 左右，为了保证出瞳距离，目镜的焦距'f 目 一般不能小于25mm ，这样目镜的相对孔径为 ''41256 D f =≈目 所以，望远物镜的相对孔径小于1/5。 1.2 视场较小 望远镜的视放大率为' tan tan w w Γ=，目前常用目镜的视场'2w 大多在70?以下，这就限制了物镜的视场不能太大。如一个8?的望远镜，可得物镜视场2w 为10?。通常望远物镜的视场不大于10?。 像差特性： 由于望远物镜的相对孔径和视场都不大，因此它的结构形式比较简单，要求校正的像差也比较少，一般主要校正边缘球差' m L δ，轴向色差' FC L ?和边缘孔径 的正弦差'm SC 。而不校正'ts x ，'p x 和'z y δ以及垂轴色差'FC y ?。 由于望远物镜要和目镜、棱镜或透镜式转像系统组合起来使用，所以再设计物镜时，应考虑到它和其他部分之间的像差补偿。在物镜光路中有棱镜的情形，棱镜的像差要有物镜来校正。另外，目镜中常有少量球差和轴向色差无法校正， 也需要物镜的像差给予补偿。所以物镜的' m L δ，' FC L ?，'m SC 常常不是校正到零，
而是要求它等于指定的数值。 望远镜属于目视光学仪器，设计目视光学仪器（包括望远镜和显微镜）一般对F（486.13nm）和C(656.28nm)校正色差，对D（589.3nm）校正单色像差。 2.设计一个周视瞄准镜的双胶合望远物镜（加棱镜），技术要求如下： 视放大率：3.7?；出瞳直径：4mm；出瞳距离：大于等于20mm；全视场角：210 w=?；物镜焦距：'=85 f mm 物 ；棱镜折射率：n=1.5163(K9)；棱镜展开长：31mm；棱镜与物镜的距离40mm；孔径光阑为在物镜前35mm。 为了保证补偿目镜的像差，要求物镜系统（包含双胶合物镜和棱镜）的像差 为： ' m δL=0.1mm，'0.001 m SC=-，'0.05 FC L mm ?= 要求：（1（3）利用解答：
汉口学院 《应用光学》 课程设计报告 报告题目：照相物镜设计学生姓名： 学号： 专业班级： 授课老师： 二O一四年十二月
目录 一、选题背景 (3) 二、设计要求 (4) 三、外形尺寸计算 (4) 四、结构选型及参数计算 (5) 1.结构选型 (5) 2.参数数据 (6) 五、ZEMAX初始数据 (6) 1.初始结构参数 (6) 2.缩放焦距 (8) 3.更换玻璃 (8) 六、ZEMAX校正数据 (10) 1.设置约束对象 (10) 2.设置变量 (11) 3.优化 (11) 4.最终结构数据 (11) 七、像质评价 (12) 1.2D草图 (12) 2.场曲和畸变 (12) 3.快速傅立叶变换调制传递函数 (13) 4.标准点列图 (13) 5.光线像差特性曲线 (14) 6.光路特性曲线 (14) 八、零件图 (15) 九、学习体会 (16) 十、参考文献 (17)
一、选题背景 照相机广泛应用于社会生活的各个领城，已成为科研、国防、生产、教育以及文化生活各领域中的重要手段。它给人类的文明生活带来了许多方便，随着科学技术的发展，人们物质文化生活水平的提高，社会上的照相机也发展的越来越快，越来越普及了。 照相机是由镜头，光圈，快门，取景器，测距器，卷片，机身（暗箱）等主要部件构成的。其中镜头的作用是通过光线把景物集结成影像并投射到感光片上，使感光片接受清晰的影像，它的好坏直接决定了照相机的性能。照相物镜的光学特性一般用焦距f'、相对孔径f D' /、视场角ω2表示。此外还提出分辨率的要求，作为保证产品质量的技术条件。 照相物镜的结构型式很多，而且不断有新的型式出现。选用照相物镜的原则应该是:既能满足光学性能和成像质量的要求，而结构又最简单。 双高斯物镜是具有较大视场(大约ω2=40o左右)的物镜中相对孔径最先达到1/2的物镜[1]225。双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1-1.1所示。 图1-1.1 图1-1.2 图1-1.3
目录 一、前言 (7) 二、ZEMAX 仿真 (9) 三、设计优化 (17) 四、数据比较和优化后参数 (21) 五、设计心得体会 (24) 六、参考文献 (25) 评分表附表 (26)
一前言 光学是研究光的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。光的本性也是光学研究的重要课题。微粒说把光看成是由微粒组成，认为这些微粒按力学规律沿直线飞行，因此光具有直线传播的性质。 我们通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学。 几何光学是从几个由实验得来的基本原理出发，来研究光的传播问题的学科。它利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各种媒质中传播的途径，它得出的结果通常总是波动光学在某些条件下的近似或极限。 物理光学是从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。它可以比较方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向异性的媒质中传插时所表现出的现象。 波动光学的基础就是经典电动力学的麦克斯韦方程组。波动光学不详论介电常数和磁导率与物质结构的关系，而侧重于解释光波的表现规律。波动光学可以解释光在散射媒质和各向异性媒质中传播时现象，以及光在媒质界面附近的表现；也能解释色散现象和各种媒质中压力、温度、声场、电场和磁场对光的现象的影响。 量子光学1900 年普朗克在研究黑体辐射时，为了从理论上推导出得到的与实际相符甚好的经验公式，他大胆地提出了与经典概念迥然不同的假设，即“组成黑体的振子的能量不能连续变化，只能取一份份的分立值”。 光学是由许多与物理学紧密联系的分支学科组成；由于它有广泛的应用，所以还有一系列应用背景较强的分支学科也属于光学范围。所以光学是一个相当有用的学科。 本次设计采用ZEMAX 光学设计软件。ZEMAX 是一个用来模拟、分析和辅助设计光学系统的程序。ZEMAX 的界面设计得比较容易被使用，稍加练习就能很快地进行交互设计。大部分ZEMAX 的功能都用选择弹出或下拉式菜单来实现。键盘快捷键可以用来引导或略过菜单，直接运行。 二ZEMAX 仿真 一、本次设计要求如下：
工程光学课程设计双胶合透镜的镜片
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工程光学课程设计 姓名： 班级： 学号：
设计题目一 设计一个望远镜系统，如图所示。D/f ’=1/4,f ’=100,光阑在物镜上，视场为2° 20 一 计算过程 1 求棱镜的尺寸跟象差： 通光口径D=100/4=25mm 像方孔径角u ’=y/f ’=0.5×25/100=0.125 视场角u ’p =tan2°=0.035 取直角屋脊棱镜的玻璃材质为k9玻璃，其等价玻璃板光路长 L=p ·Dm=1.732Dm D m1=D0+d(2u ’p –D0/f) ≈21.4 D m2=p p pfu pD nf fd u d D f D n '0'002)2(-++-≈17.75 Dm 取二者中较大的，即Dm=21.4mm 。 光路长度L=p*Dm ≈37.06mm 求棱镜的初级像差系数 S Ⅰ=L ·(1－n 2) ·u ’4/n 3 =－0.00337, S Ⅱ=L ·(1－n 2) ·u ’3·u ’p /n 3 =－0.000943, S Ⅲ=L ·(1－n 2) ·u ’2·u ’2p /n 3=－0.000264 其中n=1.5163，L=37.06，u ’=0.125，u ’p =0.035 棱镜的初级色差为C Ⅰ=d ·(1－n)·u 21/vn 2≈－0.00203 C Ⅱ=d ·(1－n)·u ’p ·u ’/vn 2≈－0.000567。 其中 d=L=37.06, u 1= u ’=0.125 2根据对物镜像差的要求，可以求得P ∞,W ∞, C Ⅰ。 直角屋脊棱镜的像差由物镜补偿 S Ⅰ=y ·P ∞=0.00337 P ∞= S Ⅰ/y ≈0.00027 S Ⅱ=y p ·P ∞+j ·W ∞ j=y ’·n ’·u ’p －n ’·u ’·y ’p =0.4365 所以W ∞= S Ⅱ/j=0.002158 3可求得P,W, C Ⅰ的归化值 y ψ=12.5*0.01=0.125则P ∞= P ∞/（y ψ）3=0.13824 W ∞= W ∞/（y ψ）2=0.13811， C Ⅰ= C Ⅰ/y 2ψ=0.001299。 4求得P 0值，选择冕牌在前 P 0= P ∞－0.85（W ∞－0.1）2≈0.137。 由P 0=0.137，C Ⅰ=0.0013查P 0表，找出合适的双胶合透镜的玻璃组合。选择的玻璃种类是BaK7和ZF3
《光学设计》 PW 法求初始结构参数（双胶合物镜设计） 姓名：李军 学号：12085212 光学特性： 已知焦距 mm f 435=； 通光孔径mm D 67= ； 入曈位置与物镜重合 0=z I 展成玻璃板的总厚度 mm d 175=。 （1）确定物镜形式： 由于物镜相对孔径较小：1540.0435 67, ==f D 视场不大，物镜系统没有特殊要求，可以采用简单的双胶合物镜。 （2）求初始结构 1、求,,z h h J 由设计条件，有:5.332 672===D h ，由于瞳孔与物镜重合，所以0=z h 注意：由于含有平板，平板会产生像差，所以要用物镜的像差来平衡平板的像差。 0770.0435 5 .33,,=== f h u 80.22)3tan(435tan ,.=-?-=?-=。ωf y 756.180.220770.0,,,=?==y u n J 2、计算玻璃的平板像差 ， 两个平板：0524.0-3,0770.0=-==。 z u u ，6805.00770 .00524 .0-=-= u u z 由已知条件：（n 为折射率，v 为阿贝常数） 1.64,5163.1,175===νn d 将上列数值带入初级相差公式得到： 00233.00773.05163 .115163.117514 3 232-=?-?-=--=n n d S I 00158.0)6805.0(00233.0=-?-==u u S S z I II 00363.00770.05163 .11.641 5163.1175122 22-=??-?-=--=u n n d S IS ν
第15章单透镜设计 15.1 设计任务 设计一个焦距为100mm，相对孔径为1/5的单透镜系统，全视场2ω为10o，物距为无限远，在可见光下工作，选用K5玻璃，光阑设置在入射光线遇到的透镜的第一个光学表面。 15.2 设计过程 我们新建一个“LENS.ZMX”文件。点击菜单栏中的“文件（File）”，将刚刚新建的文件另存为（Save As...）名为“单透镜设计”的文件，保存类型按默认设置，即文件名称的后缀为“.ZMX”。在屏幕中有一个名为“透镜数据编辑（Lens Data Editor）”的窗口，如图15-1所示。 图15-1透镜数据编辑（Lens Data Editor）窗口 图15-2 General 窗口 第一步：输入系统参数——入瞳直径值 System→General... 可以打开“General”窗口，如图15-2所示。因为系统的焦距为100mm，相对孔径为1/5，所
以入瞳直径（Entrance Pupil Diameter）的孔径值（Aperture Value）为100×1/5=20mm。 第二步：输入系统参数——视场 System→Fields... 2为10o，所以ω=5o，0.707ω可以打开“Field Data”窗口，如图15-3所示。因为全视场ω =3.535o, 0.5ω=2.5o, 0.3ω=1.5o。 图15-3 Fields窗口 第三步：输入系统参数——波长范围 点击按钮，或执行命令“System→Wavelengths”，或同时按下快捷键，可以打开“Wavelength Data”窗口，如图15-4所示。我们可以直接输入波长的数值，也可以 选用“F,d,C[Visible]”，点击按钮即可选中，再点击按钮确定。主波长（Primary）选中0.58756180μm。注意：可以在“X-Feild”列输入视场数据，也可以在“Y-Feild”列输入视场数据，但是最大视场值为半视场ω而不是全视场2ω。 图15-4 Wavelengths 窗口 第四步：输入“透镜数据编辑（Lens Data Editor）”的窗口中的数据 如图15-1，系统中有三个表面（Surface），从上到下依次是OBJ、STO和IMA。OBJ就是物面（Object Plane），STO即孔径光阑（Aperture Stop）的意思，但STO不一定就是光照