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：
1.焦距为100mm；
2.波长为0.6328um;
3.光源为无穷远处;
4.像空间F/﹟=4
5.前一块玻璃为BAK1,后一块玻璃为F3
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)。
第三步，波长设定。
在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 波长，在弹出的对话框中，选择要求的波长0.6328um，单击确定完成配置
系统配置完毕，即可在LDE中输入数据。
镜头数据编辑器是一个主要的电子表格，将镜头的主要数据填入就形成了镜头数据。这些数据包括系统中每一个面的曲率半径、厚度、玻璃材料。单透镜由两个面组成 (前面和后面) ，物平面和像平面各需要一个面，这些数据可以直接输入到电子表格中。当镜头数据编辑器显示在显示屏时，可以将光标移至需要改动的地方并将所需的数值由键盘输入到电子表格中形成数据。每一列代表具有不同特性的数据，每一行表示一个光学面 (或一个)。移动光标可以到需要的
任意行或列，向左和向右连续移动光标会使屏幕滚动，这时屏幕显示其他列的数据，如半口径，二次曲线系数，以及与所在的面的面型有关的参数。屏幕显示可以从左到右或从与右到左滚动。”上翻页”和”下翻页”键可以移动光标到所在列的头部或尾部。当镜头面数足够大时，屏幕显示也可以根据需要上下滚动。
首先，添加镜面，设计要求双镜头，所以添加3个镜面，在镜面编辑窗口中选择编辑 > 插入曲面。
曲面插入完毕，即可向镜头数据编辑窗口写入镜头数据。设计要求第一块镜面材料BAK1第二块镜面材料为F3。在glass窗口中写入材料的类型。
完成后在Thickness栏中填入玻璃厚度。
最后使用求解去执行设计约束，设置像空间F/#为恒定值4。如下图：
接下来，分析.优化前的系统性能。
选择分析>草图>2D草图，将出现2D草图LAYOUT。
点击“生成DXF文件”按钮将产生一个2D DXF 文件，并将它存储起来。它的文件名用“DXF 文件”处输入的文件名确定。DXF文件是由弧和线组成，弧用来显示镜头面的曲率。如果是只使用球面 (或平面)的透镜，那么弧可以完全的表示镜头。但是，弧只能近似的表示非球面。如果面是非球面，那么弧只有在顶点，最高点和最低点是正确的。ZEMAX 在这三个地方用适合的弧表示确切的面。若光线未能射入到一个面，那么在发生该错误的面光线不画出。如够光线发生全反射，那么在发生全反射的面入射的光线画出，出射的光线不画出。
选择分析>点列图>标准，将出现标准点列图Spot Diagram。
光线密度有一个依据视场数目，规定的波长数目和可利用的内存的最大值。离焦点列图将追迹标准点列图最大值光线数目的一半光线。
列在曲线上的每个视场点的GEO 点尺寸是参考点（参考点可以是主波长的主光线，所有被追迹的光线的重心，或点集的中点）到距离参考点最远的光线的距离。换句话将，GEO 点尺寸是由包围了所有光线交点的以参考点为中心的圆的半径。
RMS 点尺寸是径向尺寸的均方根。先把每条光线和参考点之间的距离的平方，求出所有光线的平均值，然后取平方根。点列图的RMS 尺寸取决于每一根光线，因而它给出光线扩散的粗略概念。
GEO点尺寸只给出距离参考点最远的光线的信息。艾利圆环的半径是1.22 乘以主波长乘以系统的F/# ，它通常依赖于视场的位置和光瞳的方向。对于均匀照射的环形入瞳，这是艾利圆环的第一个暗环的半径。艾利圆环可以被随意的绘制
来给出图形比例。
在点列图中，ZEMAX 不能画出拦住的光线，它们也不能被用来计算RMS 或GEO 点尺寸。
ZEMAX 根据波长权因子和光瞳变迹产生网格光线。有最大权因子的波长使用由“Ray Density”选项设置的最多光线的网格尺寸。有最小权因子的波长在图形中设置用来维持正确表达的较少光线的网格。如果变迹被给定，光线网格也被变形来维持正确
的光线分布。位于点列图上的RMS 点尺寸考虑波长权因子和变迹因子。但是，它只是基于光线精确追迹基础上的RMS 点尺寸的估算。在某些系统中它不是很精确。像平面上参考点的交点坐标在每个点列图下被显示。如果是一个面被确定而不是像平面，那么该坐标是参考点在那个面上的交点坐标。既然参考点可以选择重心，这为重心坐标的确定提供了便利的途径。
选择分析>特性曲线>光路，将出现光路图OPD FAN。
目的是显示用光瞳坐标函数表示的光程差。
垂轴刻度在图形的下端给出。绘图的数据是光程差，它是光线的光程和主光线的光程的差，通常，计算以返回到系统出瞳上的光程差为参考。每个曲线的横向刻度是归一化的入瞳坐标。若显示所有波长，那么图形以主波长的参考球面和主光线为参照基准的。若选择单色光那么被选择的波长的参考球面和主光线被参照。由于这个原因，在单色光和多色光切换显示时，非主波长的数据通常被改变。
选择分析>特性曲线>光线像差，将出现光线像差图RAY FAN。
目的：显示作为光瞳坐标函数的光线像差。
横向特性曲线是用光线的光瞳的y 坐标的函数表示的横向光线像差的x 或y 分量。缺省选项是画出像差的y 分量曲线。但是由于横向像差是矢量，它不能完整的描述像差。当ZEMAX 绘制y 分量时，曲线标称为EY，当绘制x 分量时，曲线标称为EX。垂轴刻度在图形的下端给出。绘图的数据是光线坐标和主光线坐标之差。横向特性曲线是以光瞳的y 坐标作为函数，绘制光线和像平面的交点的x 或y 坐标和主波长的主光线x 或y 坐标的差。
弧矢特性曲线是以光瞳的x 坐标作为函数，绘制光线和像平面的交点的x或y 坐标和主波长的主光线x 或y 坐标的差。每个曲线图的横向刻度是归一化的入瞳坐标 PX 或PY。若显示所有波长，那么图形参考主波长的主光线。若选择单色光那么被选择的波长的主光线被参照。由于这个原因，在单色光和多色光切换显示时，非主波长的数据通常被改变。
因为像差是有x 和y 分量的矢量，光线像差曲线不能完全描述像差，特别是像平面倾斜或者系统是非旋转对称时。另外，像差曲线仅仅表示了通过光瞳的两个切面的状况，而不是整个光瞳。像差曲线图的主要目的是判断系统中有哪种像差，它并不是系统性能的全面描述，尤其系统是非旋转对称时。
第三部分：设计优化
从2D草图可以看出，镜头的性能参数并非最优，原因是像平面的位置并未确定，ZEMAX提供自动对焦的工具。
选择工具 > 杂项 > 快速对焦，在弹出的窗口中点选以像平面上光线的重心为参照计算选项。
目的：通过调整后截距对光学系统快速调焦。
本功能调整像平面前面的厚度。厚度是依照RMS 像差最小化的原则选择的。
最佳调焦位置与标准的选择有关。RMS 用定义的视场，波长和权因子计算整个视
场的多色光的平均值。
完成后进行进一步优化，建立默认的评价函数。设置可变参数
一旦可变参数设置完毕，即可创建默认评价函数DMF。在ZEMAX主菜单软件中，选择编辑> 优化函数。在弹出的窗口中选择工具 > 默认优化函数。
评价函数是一个如何使一个光学系统接近一组指定的目标的数值表示。ZEMAX 使用了一系列操作数，它们分别代表系统不同的约束和目标。操作数代表的目标如像质，焦距，放大率，和其他一些。这些评价函数与列表中的每个操作数的目标值和实际值之差平
方的加权和的平方根成比例。评价函数是这样定义的，所以0 值代表理想状态。优化运算法则将使这些函数值尽可能小，所以评价函数应该是你想系统达到的结果的一种表示。也不是非要用默认的评价函数，你可以如后面介绍的那样来构建你自己的评价函数。
定义一个评价函数的最容易的方法就是在评价函数编辑界面的菜单条中选择工具，默认评价函数选项，这时出现一个对话框，这将允许你选择一些选项来构建默认评价函数。
玻璃边缘厚度填入最小2mm，最大12mm。点确定后，评价函数编辑窗口出现优化函数。
MTF 操作数可正确地计算出像由分析，衍射菜单选项得到的图形一样的完整的衍射或几何MTF 值。因此，那些MTF 曲线图中产生非法数据的系统在优化过程中也将产生没有意义的数据。例如，优化一个从平行平板平面开始的镜头的MTF 是不合实际的，因为对这样的系统通常不能正确计算MTF。
同样，MTF 优化与RMS 斑点半径或者RMS波前差比起来是相当慢的，通常要慢5 到50 倍。如果你对于相同的视场和波长数据同时使用MTFT 和MTFS 操作数，应该将它们放在编辑界面的相邻两行中；否则MTF 将计算两次。如果采样密度相对于MTF 的精确计算来说太低了，则这个MTF 操作数将得到零值，而不是一个无效的数字。
在更新评价函数编辑界面的显示内容，进入和退出优化对话框时，执行的速度很明显是很慢的。在一些评价函数被修改的时候，如果已输入了几个MTF 操作数，ZEMAX 将花几分钟在慢速计算上来更新屏幕。
然后，选择工具 > 优化 > 优化在弹出的窗口中执行最终优化。
当优化开始时，ZEMAX 首先更新系统的评价函数。如果有一些操作数不能被计算，则优化不能开始，并且显示一条错误信息。如果操作数需要追迹那些漏过一些表面或者在一折射边界发生了全反射的光线，那么这些操作数不能被计算。如果这样的错误信息显示了，
通常起始镜头规定是错误的，或者对象光线定义错了（这不会发生在默认评价函数中，但可能发生在用户自定义光线中）。如果评价函数在优化过程中不能被求值，则ZEMAX 将自动将之恢复）。所以初始系统必须是计算所有在评价函数中操作数。
第四部分：数据比较与优化后参数
优化后2D草图：
从图中可以看出，总长度为53.99890毫米。镜头完成对焦，调整像平面前面的厚度。厚度是依照RMS 像差最小化的原则选择的。有多种不同的RMS 计算方法。最佳调焦位置与标准的选择有关。RMS 用定义的视场，波长和权因子计算整个视场的多色光的平均值。
优化后标准点列图：
RMS 点尺寸是径向尺寸的均方根。先把每条光线和参考点之间的距离的平方，求出所有光线的平均值，然后取平方根。点列图的RMS 尺寸取决于每一根光线，因而它给出光线扩散的粗略概念。
GEO点尺寸只给出距离参考点最远的光线的信息。艾利圆环的半径是1.22 乘以主波长乘以系统的F# ，它通常依赖于视场的位置和光瞳的方向。对于均匀照射的环形入瞳，这是艾利圆环的第一个暗环的半径。
优化后光路图；
用光瞳坐标函数表示的光程差。
垂轴刻度在图形的下端给出。绘图的数据是光程差，它是光线的光程和主光线的光程的差，通常，计算以返回到系统出瞳上的光程差为参考。每个曲线的横向刻度是归一化的入瞳坐标。若显示所有波长，那么图形以主波长的参考球面和主光线为参照基准的。若选择单色光那么被选择的波长的参考球面和主光线被参照。由于这个原因，在单色光和多色光切换显示时，非主波长的数据通常被改变。
设计的最终Shaded Model模型如下：
第五部分：设计心得体会
通过两周的光电课程设计，我不但学到了一些以前不懂的知识，而且更进一步学会使用了ZEMAX 常用的光学设计软件，同时，也锻炼了我们在学习新软件的能力，这不但是对新知识的学习，更是对新事物学习和接受能力的锻炼，因此我对此次光电课程设计感触和收获颇深！
刚开始，我们对设计的总体思路都没有一个大概的印象，课题拿到三天后，我都还没有着手设计，而是到图书馆和上网查阅资料，看了以前上试验课时的PPT 和一些资料，才对要使用的软件有大致的了解，更难得是安装的ZEMAX 是全英文的，一些子菜单的意思都不是很明白，只有对着以前的设计课题，慢慢的探索和练习。之后再是对我们课题进行慢慢的细细研究，终于有了点思路，即先分析设计的要求，按给定的参数设定物方孔径，视场和波长等参数。然后按步骤即可进行设计，就可得到LDE 2D layout Shaded model OPD Fan SPOT DIAGRAM 等输出波形。但由于人为设计的可能不是最佳的，ZEMAX系统软件提供了一个自动优化功能，我们可在人为设计完成后进行自动优化，在把优化后的和未优化之前的进行比较，我们可以看到，经过优化后的图像更加优美和科学
性。
因此，在本次设计中，我们学到的不只是光学上的一些知识，还学会了一种设计思路和接受新事物的能力的锻炼，我们就要毕业走上工作岗位，这样的探索精神和能力无疑是我们学习和发展的重点和优点，所以，这次课程设计给我留下了宝贵的经历和精神财富！
第六部分：参考文献
《工程光学》郁道银编著机械工业出版社《光电技术》繆家鼎等编著浙江大学出版社
电气与信息工程系课程设计评分表
项目评价
设计方案的合理性与创造性
硬件制作或软件编程完成情况*
硬件制作测试或软件调试结果*
设计说明书质量
设计图纸质量
答辩汇报的条理性和独特见解
答辩中对所提问题的回答情况
完成任务情况
独立工作能力
组织纪律性（出勤率）
综合评分
指导教师签名：________________
日期：________________
注：①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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/b715987240.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)。
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 ，
物镜上标的各个符号代表什么？ "'每个物镜上面都会标有字母或数字，它到底表示的是什么意思呢？我们怎么通过物镜上标有的参数来判断物镜的质量呢？下面我们简单介绍一下物镜中字符的意义。 1.消色差物镜 物镜按消色差程度分三类：消色差物镜没有符号，复消色差物镜外壳上刻有“Apo"或“Apochromatic”字样，半复消色差物镜（即萤石物镜）刻有“Fl”、“Neofluar”或“Fluorite”字样，平场物镜上刻有“Planachromate”(平场消色差)，“Planapochromate”（平场复消色差），“Plan（平场）","PL(广视野平场)"，“Epiplan(反射光专用平场)”等字样。 2.观察时介质符号 干燥物镜无符号，水浸物镜刻有“W”或“Water”字样，油浸物镜刻有“Oil”，“Oel”，“HI”，“imm”等字样，水浸油浸两用物镜则刻有“W+Oil”；二碘甲烷浸刻有“Meth-iodide”或“Methyleniodide”，甘油浸刻有“Glyz”或“Glyc”等。更多信息请点击：本网站技术支持—显微学院版块 3. 放大倍数 用符号“X”表示，如10X即10倍。一般都省去X号仅刻上数字。有少数工厂刻焦距，以F或mm代表，如F5.2或5.2mm都表示焦距5.2毫米。也有以吋为焦距单位，如1/12表示焦距1/12吋。 4.数值孔径 在文献中常用“A”、“N.A”或“n.A”代表，而在物镜外壳上一般直接用数字表示。例如“10/0.25”，表示放大倍数10倍，数值孔径0.25.
5.标准机械筒长 用数字表示，如160表示机械筒长160mm，“∞”表示筒长无限大 6.标准盖玻片厚度 用数字表示，对于透射光用物镜一般都是0.17mm，仅热台用物镜为1.5或1.8mm。对于反射光用物镜为零或不写。如“160/0.17”，表示机械筒长160mm,盖玻片厚度0.17mm。“160/-”表示机械筒长160mm，盖玻片有无皆可。反射光物镜则为“215/0”,"∞/0",''∞/-",表示机械筒长215mm或无限大，盖玻片厚度为零或有无皆可。 7.物镜应变状态 一般用“POL”表示物镜无应变，也有用“P”表示完全无应变，“（P）”表示基本无应变，但可能有少量残存。凡没有上述符号的物镜，一般都有应变，除特殊物镜（如热台用）外，不适合在偏光显微镜中使用。
光学课程设计 望远镜结构系统设计 姓名:曾茂桃 班级:光通信082 学号:2008031126 指导老师:张翔
摘要 该报告运用应用光学知识，了解望远镜的历史,在工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。了解光学设计中的PW 法基本原理。并应用光学设计软件对系统误差、成像质量进行理论分析。初级像差理论与像差的校正和平衡方法，像质评价与像差公差，光学系统结构参数的求解方法。望远物镜设计的特点、双胶合物镜结构参数的求解和光学特性。目镜设计的特点、常用目镜的型式和像差分析等都有了一个明确的简要的介绍。 关键字：望远镜物镜目镜放大率分辨率内调焦望远镜 PW法光栅
目录 一概述…………………………………………………………页二望远镜尺寸设计与分析…………………………………页2.1 望远镜的简述…………………………………………………………页2.2 望远镜的主要特性分析………………………………………………页三分物镜组与目镜组的选………………………………………………页 3.1望远镜物镜需要消除的像差类型及主要结构形式…………………页3.2双胶物镜和双分离物镜………………………………………………页 3.3内调焦望远镜…………………………………………………………页 四.目镜组的主要种类及其结构：………………………….. 页 4.1惠更斯目镜……………………………………………………………页4.2冉斯登目镜……………………………………………………………页 4.3Porro、Roof棱镜结构及其特点…………………………………页 五.望远镜像差设计PW法………………………………….. 页 5.2物体在有限距离时的P,W的规化……………………………………页5.5用C ,表示的初级像差系数………………………………………页 P, W 六.光学系统中的光栅分析……………………………………页
工程光学课程设计报告 题目f=1200的望远物镜设计 班级： 姓名： 学号： 成绩： 指导教师： 报告日期：
目录 摘要 (i) 第一章绪论 (1) 1.1课程设计题目 (1) 1.2 设计要求 (1) 第二章望远物镜的设计与相关参数 (2) 2.1 望远物镜的主要参数 (2) 2.2 望远物镜结构类型 (3) 2.3 物镜的光学特性 (5) 2.3 卡塞格林光学系统 (5) 2.4 ZEMAX中的像质评价方法 (6) 第三章设计与优化 (10) 3.1设计过程 (10)
3.2优化过程 (13) 第四章运用Solid works对镜片进行绘制 (17) 第五章新得与体会 (20) 主要参考文献 (22)
摘要 由薄透镜组的初级像差理论入手，根据初级像差参量PW与透镜折射率n、孔径半径r、厚度d等关系，求出了满足初始设计的结构参数的透镜折射率n、孔径半径r、厚度d、形状系数Q、曲率p。用光学设计软件ZEMAX对所求的结构参数进行了优化。光学设计要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。所谓光学设计就是根据系统所提出的使用要求，来决定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的性能参数、外形尺寸、各光组的结构等。大体可以分为两个阶段。第一阶段根据仪器总体的要求，从仪器的总体出发，拟定出光学系统原理图，并初步计算系统的外形尺寸，以及系统中各部分要求的光学特性等。第二阶段是根据初步计算结果，确定每个透镜组的具体结构参数，以保证满足系统光学特性和成像要求。这一阶段的设计成为“相差设计”，一般简称光学设计。 评价一个光学系统的好坏，一方面要看它的性能和成像质量，另一方面要系统的复杂度。一个系统设计的好坏应该是在满足使用要求的情况下，结构设计最简单的系统。
我们在摄影中，尤其是彩色摄影，都希望能得到真实的色彩。几乎所有的现代摄影镜头都能正确地在胶片上录下与人眼所见相同的色彩。但用长焦距镜头拍摄的胶片，将其放大后，就会看到在被摄主体的边缘环绕着彩色像斑，从而降低了照片的清晰度和分辨率，这就是说该镜头存在着色差。 任何两种色光在一定位置校正后，对第三种色光的剩余色差来说可看作是二级光谱色差。其几何像差的图形如图所示。 把d光线的边缘校正到零，c光线与f光线在0．707带相交，交点到d光线0．707带顶点的距离代表二级光谱的几何值。双胶合透镜的二级光谱色差为: △L'= -f'(p1-p2)/(v1-v2) 其中p1,p2和v1,v2 分别为两种消色差材料的相对部分色散和阿贝数，它们均与所选择的波长有关。f'为透镜组的焦距 在焦距一定的情况下，由于二级光谱是由两块玻璃的相对色散差与阿贝常数差的比值来确定的，因此只有相对色散小，阿贝常数又足够大的玻璃组合，才能较好地校正二级光谱。但绝大多数玻璃的色散和阿贝常数之间可用线性关系表示,其斜率为 (p1-p2)/(v1-v2) 若要校正二级光谱色差，则至少要选择一种偏离此线性关系的玻璃。由于二级光谱正比于f'，对于长焦距镜头来说，焦距较长，二级光谱色差很大，若校正不好，则会给系统带来很大的像差，所以无法达到较好的成像质量。 为了克服二级光谱，光学工作者作了大量努力。从光学玻璃材料的发面出发，选择具有特殊色散的光学玻璃，即上面提到的偏离线性关系得玻璃。 CaF2等是常用的选择。但使用特殊光学玻璃，也只能一定程度上减小二级光谱，并不能完全消除。因此产生了一些其它的消除二级光谱的方法，如将结构复杂化，可以明显降低二级光谱，但是复杂化的结果随之带来成本增大，体积过重，误差增加等一系列的结果，所以在实际应用中不多见；另外用全息光学的应用也对复消色差用很大帮助；二元光学的发展也为二级光谱的消除带来了新发展，用普通玻璃就可以达到消除二级光谱的目的。
至今没有一个光学系统是完美的。为了平坦且清晰的成像，往往必须把光学系统设计的十分复杂。如此一来，不但透光度变差，还得付出很高的制造成本。因此简单的镜片组而且能保有高品质成像的光学系统是光学设计的努力目标。 一个好的光学系统都出自设计者的巧思。它能在最简单的镜片组合下产生最佳的成像品质。不过在许多设计中，往往会遇到球面像差与彗形像差难以取舍的窘境（天文望远镜光学与机械）。当你能同时处理这些像差的时候，系统却又发生严重的色差。最后好不容易解决了所有的色像差，却又发生成像的变形。因此光学系统的设计在在考验设计者的经验与智力。希望透过以下的天文望远镜的演进，让你了解前人的成果。 折射式望远镜系统 由于白光经过透镜会有色散的现象（Dipersion），因此使得光学系统除了球面像差与彗形像差之外又多了影像不清晰的光源。由上图可知，蓝光的折射率较大，其次为绿光，最后为红光，因此不同颜色的入射光产生，却有不同的聚焦点。好的光学系统除了成像品质之外，还必须考虑消色差的效果。 基本上，我们在处理可见光的光路分析时，是用蓝色的F line(486.13nm)、红色的C line(656.27nm)与绿色的e line(546.07nm) 作为分析的主要光源。要查看镜片的色差情形，可以用色散数值V( Dispersion Number or Abbe number)。V越大表示镜片的色散的情况越小。 V＝(ne－1) / ( nF－nC) 对於一个D= 5公分，f=20公分的两片镜片组合，我们可以由下图的光路分析了解他们各自聚焦的一致性。其实这就是球面像差的检测工作！ D＝5公分f=20公分 第一片镜片R1＝18公分R2＝－19公分中心厚度＝0.84公分 间隙0.1公分 第二片镜片R3＝－19公分R4＝－22公分中心厚度＝0.98公分
燕山大学 课程设计说明书题目:单双望远物镜的设计 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 10级仪表3班
电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：光学仪器基础课程设计 基层教学单位：自动化仪表系指导教师：王志斌 学号学生姓名（专业）班 级 10仪表3班 设计题目单双望远物镜的设计 设计技术参数焦距f=100mm，相对孔径为1：1.8, o8 w 2 。 设计要求计算物镜的各个参数；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 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。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。 电气工程学院教务科
燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语： 工作态度认真 较认真 不认真 理论分析 正确完善 较为合理 一般 较差 方法设计 完善 合理 一般 较差 成绩： 指导教师： 2013年 7 月11 日答辩小组评语： 原理 清晰 基本掌握 了解 不清楚 设计结论 正确 基本正确 不正确 成绩： 评阅人： 2013年7 月 11日课程设计总成绩： 答辩小组成员签字： 2013年7 月 11日
摘要 望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜”。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼，使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。 随着科学技术的发展光学仪器已普遍应用在社会的各个领域。我们知道，光学仪器的核心部分是光学系统。然而一个高质量的成像光学系统是要好的光学设计来实现的，所以说，光学设计是实现各种光学仪器的基础。 光学设计要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。所谓光学设计就是根据系统所提出的使用要求，来决定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的性能参数、外形尺寸、各光组的结构等。大体可以分为两个阶段。第一阶段根据仪器总体的要求，从仪器的总体出发，拟定出光学系统原理图，并初步计算系统的外形尺寸，以及系统中各部分要求的光学特性等。第二阶段是根据初步计算结果，确定每个透镜组的具体结构参数，以保证满足系统光学特性和成像要求。这一阶段的设计成为“相差设计”，一般简称光学设计。 评价一个光学系统的好坏，一方面要看它的性能和成像质量，另一方面要系统的复杂度。一个系统设计的好坏应该是在满足使用要求的情况下，结构设计最简单的系统。
第9课：复消色差物镜的公差分析 在上一课中，我们设计了复消色差物镜。在本课中，我们将计算该透镜的公差。 在将透镜元件的图纸发送到车间之前，您必须知道透镜的公差多大以确保透镜能被加工。我们使用上 一课中的透镜L8L2作为例子。 轴上图像对于这种物镜来说是最重要的，它通常用于行星观测，并且有一些场曲和像散。 首先，我们尝试简单的BTOL评估。BTOL有很多选项，我们只使用其中几个。我们为这个案例提供了一个菜单：MSB，Menu，Simple BTOL。在命令窗口中输入MSB，然后按如下方式填写:(大部分已经为您填写;但我们选择了TOLERANCE和WAVE单选按钮（而不是DEGRADE SPOT），然后单击Prepare MC框以选择该选项。其他所有内容都可以保留原样。单击GO按钮。
计算完成后，从命令窗口向上查看，你会看到 1.0000.0000.039400.008540.047941 0.5000.0000.035200.014820.050021 这表示轴上图像将获得0.05的方差，这是一个相当大的数值。向上滚动显示，直到看到公差结果： BUDGET TOLERANCE ANALYSIS-----B----- EL.SURF RADIUS RADIUS TOLERANCE THICKNESS THICKNESS TOL (RADIUS)(FRINGES) 11-167.680760.83952 4.825740.581880.00500 12-7.064790.00091 2.957100.360760.00157 23-6.553877.70586E-04 2.726730.263550.00487 24 5.31383 2.93873E-04 1.622470.03937 4.25845E-04 35 5.40837 2.91628E-04 1.573570.533010.00496 36-19.417770.01032 4.3248939.429040.00000 7-11.193110.000000.000000.000000.00000
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）
电气工程学院课程设计说明书 设计题目：简单望远物镜设计 系别： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：
电气工程学院《课程设计》任务书 课程名称：光学仪器基础课程设计 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。 电气工程学院教务科
目录 第一章设计要求 (1) 第二章设计方法和ZEMAX软件 (1) 2.1设计方法 (1) 2.2 ZEMAX软件介绍 (2) 第三章设计过程 (3) 3.1 P、W法计算初始结构 (3) 3.2 ZEMAX软件优化曲率半径 (7) 第四章像差分析 (15) 心得体会 (17) 参考文献 (18)
在薄透镜组中，应用最多的是双胶合透镜，因为它是能够满足一定的P、W、C的最简单的结构形式。它是一种把低分散的冕牌玻璃正透镜和高分散的火石玻璃负透镜粘接而成的透镜。设计时，在蓝色（486.1nm），绿色（546.1nm）和红色（656.3nm）三个波长，对分散的不同值和透镜形状进行了优化，实现了最小色差。因此，此类透镜可在整个可见光区域内使用。其球差在设计时也进行了优化，和单个透镜相比，双胶合透镜的球差要小的多。使用于无限远共轭状态时，其球差最小。 摘要 光学系统的初始结构计算通常采用以下两种方式：即代数法（解析法）和缩放法。代数法是根据初级相差理论来求解满足成像质量要求的初始结构的方法，又称PW法; 而缩放法是根据已有光学技术资源和专利文献，选择其光学特性与所要求的相接近的结构作为初始结构的方法。ZEMAX是美国Focus Software Inc.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Seqential及Non-Seqential的软件。 第一章设计要求： 设计一个焦距为500mm，相对孔径为1:10的望远物镜，要求物镜本身校正球差、慧差、轴向色差。入瞳位置在物镜上。 第二章设计方法和ZEMAX软件 2.1设计方法： 任何光学系统或光组的像差参量表达式均可分为两部分：一部分称为内部参数，是指光组各个折射面的曲率半径r、折射面间的间隔d和折射面间介质折射率n；另一部分参数称为外部参数，是指物距l、焦距f'、半视场角w和相对孔径D/f'等。 P,W不仅和内部参数有关，而且也和外部参数有关,成为内部参数与外部参数的桥梁。 光学系统的初始结构计算通常采用以下两种方式：即代数法（解析法）和缩放法。代数法是根据初级相差理论来求解满足成像质量要求的初始结构的方法，又称PW法；而缩放法是根据已有光学技术资源和专利文献，选择其光学特性与所要求的相接近的结构作为初始结构的方法。双胶合玻璃透镜的结构参数的计算步骤如下：
最全面的显微镜物镜分类 显微镜物镜的种类很多，可从不同的角度分类，现分类介绍如下： 根据物镜相差校正的程度进行分类，可分为： 1．消色差物镜（Achromatic objective）: 这是常见的物镜，外壳上常有"Ach"字样。这类物镜仅能校正轴上点的位置色差（红，蓝二色）和球差（黄绿光）以及消除近轴点慧差。不能校正其它色光的色差和球差，且场曲很大。 2．复消色差物镜（Apochromatic objective）: 复消色差物镜的结构复杂，透镜采用了特种玻璃或萤石等材料制作而成，物镜的外壳上标有"Apo" 字样，这种物镜不仅能校正红绿蓝三色光的色差，同时能校正红，蓝二色光的球差。由于对各种相差的校正极为完善，比响应倍率的消色差物镜有更大的数值孔径，这样不仅分辨率高，象质量优而且也有更高的有效放大率。因此，复消色差物镜的性能很高，适用于高级研究镜检和显微照相。 3．半复消色差物镜（Semi apochromatic objedtive）: 半复消色差物镜又称氟石物镜，物镜，物镜的外壳上标有"FL"字样，在结构上透镜的数目比消色差物镜多，比负消色差物镜少，成象质量上，远较消色差物镜为好，接近于复消色差物镜。平场物镜是在物镜的透镜系统中增加一快半月形的厚透镜，以达到校正场曲的缺陷。平场物镜的视场平坦，更适用于镜检和显微照象。
4．特种物镜：所谓"特种物镜"是在上述物镜的基础上，专门为达到某些特定的观察效果而设计制造的。主要有以下几种： （1）带校正环物镜（Correction collar objective）: 在物镜的中部装有环装的调节环，当转动调节环时，可调节物镜内透镜组之间的距离，从而校正由盖玻片厚度不标准引起的覆盖差。调节环上的刻度可从0 .11--.023,在物镜的外壳上也标科有此数字，表明可校正盖玻片从0.11-0.23mm厚度之间的误差。 （2）带虹彩光阑的物镜（Iris diaphragm objective ）: 在物镜镜筒内的上部装有虹彩光阑，外方也可以旋转的调节环，转动时可调节光阑孔径的大小，这种结构的物镜是高级的油浸物镜，它的作用是在暗视场镜检时，往往由于某些原因而使照明光线进入物镜，使视场背景不够黑暗，造成镜检质量的下降。这时调节光阑的大小，使背景变黑，使被检物体更明亮，增强镜检效果。 （3）相衬物镜（Phase contrast objective ）: 这种物镜是由于相衬镜检术的专用物镜，其特点是在物镜的后焦平面处装有相板。 （4）无罩物镜（No cover objective ）: 有些被检物体，如涂抹制片等，上面不能加用盖玻片，这样在镜检时应使用无罩物镜，否则图象质量将明显下降，特别是在高倍镜检时更为明显。这种物镜的外壳上
应用光学课程设计报告 ———15倍双目望远镜 姓名： 班级学号： 指导教师： 光电工程学院 2016年01月04日
一、望远镜系统的原理 (3) 二、课程设计的内容及要求 (3) 三、光学元件尺寸计算及数据处理总结 (4) （一）、目镜的计算 (4) （二）、物镜的结构形式及外形尺寸计算 (7) （三）、计算分划板 (7) （四）、计算棱镜 (8) （五）、像差计算 (9) （六）、建立数据文件 (15)
一、望远镜系统的原理 亥普勒望远镜的原理示意如下图1所示： 图 1 图中可见亥普勒望远镜是由正光焦度的物镜与正光焦度的目镜构成，与显微镜不同的是望远镜的光学间隔为0，平行光入射平行光射出。其系统的视觉放大倍率为： '//D D f f e o -=''-=Γ 式中，0f '为物镜的焦距；e f '为目镜的焦距；D 为入瞳直径；'D 为出瞳直径。在此成像过程中，有一个实像面位于分划面上，可以实现相应的瞄准或测量。 由于亥普勒望远镜成倒像不利于观察，故而需在系统中加入一个由透镜或棱镜构成的转像系统。军用望远镜的转像系统多是用两个互相垂直放置的 180-II D 棱镜（即保罗棱镜）组成。 伽利略望远镜是由正光焦度的物镜和负光焦度的目镜组成，其视觉放大率大于1，形成的是正立的像，无需加转像系统，也无法安装分划板，应用较少。 二、课程设计的内容及要求 1、根据已知的一些技术要求，进行外型尺寸计算； 1）目镜的选取及计算； 2）物镜的结构型式及外型尺寸计算； 3）分划板的外型尺寸计算； 4）棱镜的类型选取及外型尺寸计算； 2、像差计算 1）求取棱镜的初级像差； 2）求取物镜的初级像差； 3）根据物镜的像差求出双胶合物镜的结构参数。
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
望远镜系统结构设计 指导教师： 张 翔 专 业：光信息科学与技术 班 级：光信息08级1班 姓 名： 学 号： 20080320 光学课程设计
目录 第一部分设计背景 (1) 第二部分设计目的及意义 (1) 第三部分望远镜介绍 (1) 3.1望远镜定义 (1) 3.2望远镜分类及相应工作原理 (2) 第四部分望远镜系统设计 (3) 4.1开普勒望远镜 (3) 4.2望远镜系统常用参数 (4) 4.3外形尺寸计算 (6) 4.4伽利略望远镜 (8) 4.5物镜组的选取 (9) 4.6望远镜像差类型及主要结构 (10) 4.7双胶物镜与双分离物镜分析 (12) 4.8内调焦望远物镜分析 (14) 4.9目镜组的选取 (14) 4.10目镜主要像差及分析 (17) 4.11棱镜转像系统 (17) 4.12转折形式望远镜系统 (18) 4.13光学系统初始结构参数计算方法 (18) 4.14应用光学系统中的光栅 (20) 第五部分设计总结 (21) 第六部分参考文献 (21)
一．设计背景 在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测与识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等。 其中我国以高功率激光科研和激光核聚变研究为目的的光电系统——“神光二号”，颇具代表。“神光二号”对于未来的能源危机和我国的军事领域有着重要意义。 二．设计目的及意义 运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜外形尺寸、 物镜组、目镜组及转像系统的简易或远离设计。了解光学设计中的PW法基本原理。 三．望远镜介绍 3.1 望远镜定义 望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。根据望远镜原理一般分为三种。一种通过收集电磁波来观察遥远物体的仪器。在日常生活中，望远镜主要指光学望远镜。但是在现代天文学中，天文望远镜包括了射电望远镜，红外望远镜，X射线和伽吗射线望远镜。近年来天文望远镜的概念又进一步地延伸到了引力波，宇宙射线和暗物质的领域。或者再经过一个放大目镜进行观察。日常生活中的光学望远镜又称“千里镜”。它主要包括业余天文望远镜，观剧望远镜和军用双筒望远镜。 【望远镜基本工作示意图】
消色差透镜分析实验 消色差双合透镜分析 设计实验 1，实验目的 掌握zemax光学设计软件，能设计和模拟光学器件，了解各种光学设计的基本分析原理，了解像差的基本概念和意义 2，实验内容 设计了一种用于校正球差的消色差双合透镜作为望远镜物镜R=10厘米，c1=0.002957厘米-1，c2=-0.020184厘米-1，c3=-0.00771厘米-1厚度t1=1.9厘米，t2=1.3厘米玻璃选择:第一个透镜为BaK1 (1.5725，57.55)，第一个透镜为BaSF2 (1.66446，35.83)如图所示 3，实验仪器 计算机，自由空间光学系统设计软件Zemax 4。实验原理 几何光学设计主要利用光线追迹来分析光在光学系统中的传输路径系统的一些基本参数，如焦距、孔径、入射光瞳、出射光瞳、入射窗和出射窗，可以用光线追迹法确定。系统的像差也可以用光线追迹法进行分析。 5，实验步骤 步骤1:创建一个设计，创建一个新文件，并保存它步骤2:系统参数设置
1将单位设置为毫米，入瞳半径设置为100毫米方法:系统概述下图 2设计计算视场，设置两个视场。这个系统的视野影响很小，因为物体在无穷远处。方法:系统字段下图 步骤3:将 输入三个面，如图所示插入光学表面的方法是:编辑-插入表面或编辑-插入后在 编辑透镜数据后，可以通过分析-布局-2D布局查看透镜的光学结构第4步:系统参数计算 系统数据计算方法:报表-系统数据结果通常如下图所示我们记录了几个数据:EFL，BFL，入瞳直径，出瞳位置和直径 射线轨迹数据计算方法:分析-计算-射线轨迹我们只看近轴光数据，一般如下图所示 步骤5:成像质量分析 执行以下模拟，并对结果进行适当的分析1图像场弯曲/失真的计算？细光束亚矢状弯曲xS？表达两者的区别在于像场弯曲通常使用细光束经向弯曲xT？？xT？？xS？叫做散光xTS？？0表示没有散
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 ;
光学课程设计 ——望远镜系统结构设计 姓名： 学号： 班级： 指导老师：
一、设计题目：光学课程设计 二、设计目的： 运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。了解光学设计中的PW法基本原理。 三、设计原理： 光学望远镜是最常用的助视光学仪器，常被组合在其它光学仪器中。为了观察远处的物体,所用的光学仪器就是望远镜,望远镜的光学系统简称望远系统. 望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统.其系统由物镜和目镜组成,当观察远处物体时,物镜的像方焦距和目镜的物方焦距重合,光学间距为零.在观察有限远的物体时,其光学间距是一个不为零的小数量,一般情况下,可以认为望远镜是由光学间距为零的物镜和目镜组成的无焦系统. 常见望远镜按结构可简单分为伽利略望远镜，开普勒望远镜，和牛顿式望远镜。常见的望远镜大多是开普勒结构，既目镜和物镜都是凸透镜（组），这种望远镜结构导致成像是倒立的，所以在中间还有正像系统。 物镜组（入瞳）目镜组 视场光阑出瞳 1 '1ω 2 '2'ω3 'f物—f目'l z '3 上图为开普勒式望远镜，折射式望远镜的一种。物镜组也为凸透镜形式，但目镜组是凸
透镜形式。为了成正立的像，采用这种设计的某些折射式望远镜，特别是多数双筒望远镜在光路中增加了转像稜镜系统。此外，几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开普勒式。 伽利略望远镜是以会聚透镜作为物镜、发散透镜作为目镜的望远镜（会聚透镜的焦距要大于发散透镜的焦距），当远处的物体通远物镜(u>2f ）在物镜后面成一个倒立缩小的实像，而这个象一个要让它成现在发散透镜（目镜）的后面即靠近眼睛这一边，当光线通过发散透镜时，人就能看到一个正立缩小的虚象。伽利略望远镜的优点是结构紧凑，筒长较短，较为轻便，光能损失少，并且使物体呈正立的像，这是作为普通观察仪器所必需的。其原理图如下： 物镜组 目镜组 出瞳 '1 F F 2 f 2 d '1 f 伽利略望远镜示意图 为了更好的了解望远镜，下面介绍放大镜的各种放大率： 望远镜垂轴放大率：代表共轭面像高和物高之比。计算公式如下 1 '2 'f f -=β 望远镜角放大率：望远镜共轭面的轴上点发出的光线通过系统后，与光轴夹角的正切之比。计算公式如下： 2 '1'f f -=γ 望远镜轴向放大率：当物平面沿着光轴移动微小距离dx 时，像平面相应地移动距离dx',
燕山大学 课程设计说明书题目:三分离望远物镜的设计 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 09级仪表1班 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：副教授
电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：光学仪器基础课程设计 基层教学单位：自动化仪表系指导教师： 学号学生姓名（专业）班 级 09仪表1班 设计题目三分离望远物镜的设计 设计技术参数焦距f=120mm，相对孔径为1：3, 3.1 w 2 。 设计要求计算物镜的各个参数；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 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 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。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。 电气工程学院教务科
燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语： 工作态度认真 较认真 不认真 理论分析 正确完善 较为合理 一般 较差 方法设计 完善 合理 一般 较差 成绩： 指导教师： 2012年 7 月13 日答辩小组评语： 原理 清晰 基本掌握 了解 不清楚 设计结论 正确 基本正确 不正确 成绩： 评阅人： 2012年7 月 13日课程设计总成绩： 答辩小组成员签字： 2012年7 月 13日
摘要 望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜”。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼，使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。 随着科学技术的发展光学仪器已普遍应用在社会的各个领域。我们知道，光学仪器的核心部分是光学系统。然而一个高质量的成像光学系统是要好的光学设计来实现的，所以说，光学设计是实现各种光学仪器的基础。 光学设计要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。所谓光学设计就是根据系统所提出的使用要求，来决定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的性能参数、外形尺寸、各光组的结构等。大体可以分为两个阶段。第一阶段根据仪器总体的要求，从仪器的总体出发，拟定出光学系统原理图，并初步计算系统的外形尺寸，以及系统中各部分要求的光学特性等。第二阶段是根据初步计算结果，确定每个透镜组的具体结构参数，以保证满足系统光学特性和成像要求。这一阶段的设计成为“相差设计”，一般简称光学设计。 评价一个光学系统的好坏，一方面要看它的性能和成像质量，另一方面要系统的复杂度。一个系统设计的好坏应该是在满足使用要求的情况下，结构设计最简单的系统。 关键字：望远镜三分离物镜ZEMAX 缩放法