二、望远物镜设计
一般用的望远物镜采用折反式，分为四种：双胶合、双分离、三片型（Triplet）、摄远物镜。下面分别对这四种物镜进行分析，并给出简要设计过程。
1、双胶合物镜
双胶合物镜的特点是结构简单，制造和装配方便，光能损失小。玻璃选择得当，可以同时校正球差、正弦差和色差。当高级球差得到平衡时，胶合面的曲率较大，剩余的带球差偏大。因而，双胶合物镜只适用于小孔径的使用场合。
下面简要介绍一下用初级像差求取双胶合物镜的初始结构，大概分三步：基本像差参量的确定、玻璃的选择、结构参数的求解。
双胶合薄透镜组的结构参数包括三个折射球面的曲率半径、两种玻璃材料的折射率和平均色散。因为初级像差理论求解初始结构时，将像差参数进行归一化，归一化后只考虑内部参数，而与外部参数（物距、焦距、视场角、相对孔径）无关，所以如果考虑用双胶合的话（合适的情况下），直接用像差公式计算。
题目要求：物镜焦距为200mm，半视场角为4°，相对孔径为1：5，系统总的视放大率为6倍，出瞳距离为20mm
确定基本像差参量根据设计要求，设像差的初级量为零，则按球差、正弦差和位置色差的初级像差表达式，得
选择玻璃：由于K9玻璃性能好和熔炼成本低，应优先选用。可选它和ZF2玻璃组合，当然有一个求解玻璃系数过程，这里不想说了。
求归一化条件下的透镜各面的曲率
向厚透镜过渡光学系统初始计算得到结果以后，必定要把薄透镜变换成厚透镜外径的确定D=40
光学零件的中心厚度及最小厚度的确定有两种方法，其一是查表；另外一种方法，为了使透镜在加工过程中不易变形，其中心厚度与边缘最小厚度以及透镜外径之间必须满足一定的比例关系。
根据公式（具体公式略了）可得，凸透镜最小边缘厚度为2.8978mm，最小中心厚度为7.23845mm，凹透镜最小边缘厚度5.555571mm，最小中心厚度3.86106mm。在最小中心厚度基础上，根据工艺条件，可适当加厚些。
结构图如下：
2、双分离物镜
与双胶合物镜相比，双分离物镜对玻璃的选择有较大的自由度。正负透镜间的间隙也可以作为校正像差的参量，促使带球差减小。因此，双分离物镜比双胶合物镜所适应的孔径略大。但是，这种物镜的装配和校正较麻烦，有较大的色球差。它所适应的孔径和视场同于双胶合物镜。
其初始结构的求解也是分三步：基本像差参量的确定、玻璃的选择、结构参数的求解。
根据设计要求初级球差、正弦差和位置色差为零，即
选正负玻璃分别为K9和F2，代入折射率和阿贝数，可求得
根据公式（具体公式略了）可得，凸透镜最小边缘厚度为2.8978mm，最小中心厚度为7.23845mm，凹透镜最小边缘厚度5.555571mm，最小中心厚度3.86106mm。在最小中心厚度基础上，根据工艺条件，可适当加厚些。
结构图如下：
3、三片型物镜
这种结构形式校正像差的参数增多了。物镜由一个胶合透镜组和一个单片透镜组成。由于光焦度由两组负担，胶合面的曲率半径有所增大，它有利于高级球差和色球差的校正，适合的相对孔径可以加大。这种物镜装配和校正工艺较复杂，成本提高。其次，由于面数增多，光能损失也有所增加。
三片型物镜有双胶合+单透镜、单透镜+双胶合、单透镜+单透镜+单透镜等，下面介绍双胶合+单透镜三片型物镜，给出设计过程。依然分三步：基本像差参量的确定、玻璃的
选择、结构参数的求解。
根据设计要求，设像差的初级量为零，则按球差、正弦差和位置色差的初级像差表达式，得
选择玻璃，双胶合选用K9、ZF5组合，单透镜用K9
经计算各面参数如下：
过渡到厚透镜，取物镜口径D=40mm，根据公式（具体公式略了）可得，凸透镜最小边缘厚度为2.8978mm，最小中心厚度为7.23845mm，凹透镜最小边缘厚度5.555571mm，最小中心厚度3.86106mm。在最小中心厚度基础上，根据工艺条件，可适当加厚些。
结构图如下：
工程光学课程设计 班级 学号 姓名 一、目的 了解光学系统外形尺寸计算在光学系统设计中的作用，学习和掌握外形尺寸计算的内容和一般方法。根据使用要求确定光学系统整体结构尺寸的设计过程称为光学系统的外形尺寸计算。光学系统的外形尺寸计算要确定的结构内容包括系统的组成、各光组元的焦距、各光组元的相对位置和横向尺寸。 外形尺寸计算基本要求： 第一，系统的孔径、视场、分辨率、出瞳直径和位置； 第二，几何尺寸，即光学系统的轴向和径向尺寸，整体结构的布局； 第三，成像质量、视场、孔径的权重。 二、要求 对题中所涉及的光学系统 ⑴按照工作原理正确作出光路图并能正确描述； ⑵完整叙述及列举计算的过程，步骤要详细不能省略中间中程； ⑶完成设计报告 三、内容 （一）只包括物镜和目镜的望远系统 计算一个镜筒长L=f1′+f2′=200+（学号最后两位）mm，放大率Γ= -24+（学号最后一位），视场角2ω=1°40′的刻普勒望远镜的外形尺寸。 1、求物镜和目镜的焦距；
图1只包括物镜和目镜的望远系统结构图 2、求物镜的通光孔径D1。可根据望远系统的有效放大率求出D1。 3、求出瞳直径D1’； 4、视场光阑的直径D3； 5、目镜的视场角2ω′； 6、求出瞳距lz′； 7、求目镜的口径D2； 8、目镜的视度调节（目镜相对视场光阑的移动量x）； 9、选取物镜和目镜的结构。 （二）带有棱镜转像系统的望远镜 双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝8倍； 2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝10°； 4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离 14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm。 6、lz′=8～10mm 要求计算棱镜转像望远镜的各类尺寸
近代物理实验报告 指导教师：得分： 实验时间：2009 年11 月23 日，第十三周，周一，第5-8 节 实验者：班级材料0705 学号200767025 姓名童凌炜 同组者：班级材料0705 学号200767007 姓名车宏龙 实验地点：综合楼503 实验条件：室内温度℃，相对湿度%，室内气压 实验题目：微波光学实验 实验仪器：（注明规格和型号） 微波分光仪，反射用金属板，玻璃板，单缝衍射板 实验目的： 1.了解微波分光仪的结构,学会调整并进行试验. 2.验证反射规律 3.利用迈克尔孙干涉仪方法测量微波的波长 4.测量并验证单缝衍射的规律 5.利用模拟晶体考察微波的布拉格衍射并测量晶格数 实验原理简述： 1.反射实验 电磁波在传播过程中如果遇到反射板,必定要发生反射.本实验室以一块金属板作为反射板,来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上时所遵循的反射规律。 2.迈克尔孙干涉实验 在平面波前进的方向上放置一块45°的半透半反射版,在此板的作 用下,将入射波分成两束,一束向A传播,另一束向B传播.由于A,B 两板的全反射作用,两束波将再次回到半透半反板并达到接收装置 处,于是接收装置收到两束频率和振动方向相同而相位不同的相干 波,若两束波相位差为2π的整数倍,则干涉加强;若相位差为π的奇 数倍,则干涉减弱。 3.单缝衍射实验 如图,在狭缝后面出现的颜射波强度并不均匀,中央最强,同时也最 宽,在中央的两侧颜射波强度迅速减小,直至出现颜射波强度的最小 值,即一级极小值,此时衍射角为φ=arcsin(λ/a).然后随着衍射角的增
大衍射波强度也逐渐增大,直至出现一级衍射极大值,此时衍射角为 Φ=arcsin(3/2*λ/a ),随着衍射角度的不断增大会出现第二级衍射极小值,第二级衍射极大值,以此类推。 4. 微波布拉格衍射实验 当X 射线投射到晶体时,将发生晶体表面平面点阵散射和晶体内部平面点阵的散射,散射线相互干涉产生衍射条纹,对于同一层散射线,当满足散射线与晶面见尖叫等于掠射角θ时,在这个方向上的散射线,其光程差为0,于是相干结果产生极大,对于不同层散射线,当他们的光程差等于波长的整数倍时,则在这个方向上的散射线相互加强形成极大,设相邻晶面间距为d,则由他们散射出来的X 射线之间的光程差为CD+BD=2dsin θ,当满足 2dsin θ=K λ,K=1,2,3…时,就产生干涉极大.这就是布拉格公式,其中θ称为掠射角,λ为X 射线波长.利用此公式,可在d 已测时,测定晶面间距;也可在d 已知时,测量波长λ,由公式还可知,只有在 <2d 时,才会产生极大衍射 实验步骤简述： 1. 反射实验 1.1 将微波分光仪发射臂调在主分度盘180°位置,接收臂调为0°位置. 1.2 开启三厘米固态信号发射器电源,这时微安表上将有指示,调节衰减器使微安表指示满刻度. 1.3 将金属板放在分度小平台上,小分度盘调至0°位置,此时金属板法线应与发射臂在同一直线上, 1.4 转动分度小平台,每转动一个角度后,再转动接收臂,使接收臂和发射臂处于金属板的同义词,并使接收指示最大,记下此时接收臂的角度. 1.5 由此,确定反射角,验证反射定律,实验中入射角在允许范围内任取8个数值,测量微波的反射角并记录. 2. 迈克尔孙干涉实验 2.1 将发射臂和接收臂分别置于90°位置,玻璃反射板置于分度小平台上并调在45°位置,将两块金属板分别作为可动反射镜和固定反射镜. 2.2两金属板法线分别在与发射臂接收臂一致,实验时,将可动金属板B 移动到导轨左端,从这里开始使金属板缓慢向右移动,依次记录微安表出现的的极大值时金属板在标尺上的位置. 2.3 若金属板移动距离为L,极大值出现的次数为n+1则,L )2 ( λn ,λ=2L/n 这便是微波的波长,再令金属板反向移动,重复上面操作,最后求出两次所得微波波长的平均值. 3. 单缝衍射实验 3.1 预先调整好单缝衍射板的宽度(70mm),该板固定在支座上,并一起放到分度小平台上,单缝衍射板要和发射喇叭保持垂直, 3.2 然后从衍射角0°开始,在单缝的两侧使衍射角每改变1°,读一次表头读数,并记录.
西安邮电大学 光学报告 学院：电子工程 学生姓名： 专业名称：光信息科学与技术班级：光信1103班
光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真 一、课程设计目的 1．掌握反射系数及透射系数的概念； 2．掌握反射光与透射光振幅和相位的变化规律； 3．掌握布儒斯特角和全反射临界角的概念。 二、任务与要求 对n1=1、n2=及n1=、n2=1的两种情况下，分别计算反射光与透射光振幅和相位的变化，绘出变化曲线并总结规律 三、课程设计原理 根据麦克斯韦电磁理论，利用电矢量和磁矢量来分析光波在两介质表面的反射特性，把平面光波的入射波、反射波和折射波的电矢量分成两个分量：一个平行于入射角，另一个垂直于入射角，对平面光波在电介质表面的反射和折射进行分析，推导了菲涅尔公式，并结合MATLAB研究光波从光疏介质进入光密介质，以及光波从光密介质进入光疏介质时的反射率、透射率、相位等随入射角度的变换关系。同时对光波在不同介质中传播时的特性变化进行仿真研究，根据仿真结果分析了布鲁斯特角、全反射现象及相位变化的特点。有关各量的平行分量与垂直分量依次用指标p和s来表示，s分量、p分量和传播方向三者构成右螺旋关系。 假设界面上的入射光，反射光和折射光同相位，根据电磁场的边界条件及S分量，P分量的正方向规定，可得Eis+Ers=Ets. 由着名的菲涅耳公式： rs=E0rs/E0is=-(tanθ1-tanθ2)/(tanθ1+tanθ2); rp=E0rp/E0ip=(sin2θ1-sin2θ2)/ (sin2θ1+sin2θ2); ts=E0ts/E0is=2n1cosθ1/n1cosθ1+n2cosθ2; tp=E0tp/E0ip=2n1cosθ1/n2cosθ1+n1cosθ2;
实习报告 实习名称：工程光学课程设计院系名称：电气与信息工程专业班级：测控12-1 学生姓名：张佳文 学号：20120461 指导教师：李静
黑龙江工程学院教务处制2014 年 2 月
工程光学课程设计任务书
目录 1摘要 ...................................................................... 错误！未定义书签。2物镜设计方案 . (1) 3物镜设计与相关参数 (2) 3.1物镜的数值孔径 (2) 3.2物镜的分辨率 (3) 3.3物镜的放大倍数 (4) 3.4物镜的鉴别能力 (4) 3.5设计要求参数确定 (4) 4 显微镜物镜光学系统仿真过程 (5) 4.1选择初始结构并设置参数 (5) 4.2自动优化 (5) 4.3物镜的光线像差(R AY A BERRATION)分析 (6) 4.4物镜的波像均方差(OPD)分析 (7) 4.5物镜的光学传递函数(MTF)分析 (8) 4.6物镜的几何点列图(Stop Diagrams)分析 (10) 4.7仿真参数分析 (11) 5心得体会 (11) 6参考文献 (12)
1摘要 ZEMAX是Focus Software 公司推出的一个综合性光学设计软件。这一软件集成了包括光学系统建模、光线追迹计算、像差分析、优化、公差分析等诸多功能，并通过直观的用户界面，为光学系统设计者提供了一个方便快捷的设计工具。十几年来，研发人员对软件不断开发和完善，每年都对软件进行更新，赋予ZEMAX更为强大的功能，因而被广泛用在透镜设计、照明、激光束传播、光纤和其他光学技术领域中。 ZEMAX采用序列和非序列两种模式模拟折射、反射、衍射的光线追迹。序列光线追迹主要用于传统的成像系统设计，如照相系统、望远系统、显微系统等。这一模式下，ZEMAX 以面作为对象来构建一个光学系统模型，每一表面的位置由它相对于前一表面的坐标来确定。光线从物平面开始，按照表面的先后顺序进行追迹，追迹速度很快。许多复杂的棱镜系统、照明系统、微反射镜、导光管、非成像系统或复杂形状的物体则需采用非序列模式来进行系统建模。这种模式下，ZEMAX以物体作为对象，光线按照物理规则，沿着自然可实现的路径进行追迹，可按任意顺序入射到任意一组物体上，也可以重复入射到同一物体上，直到被物体拦截。与序列模式相比，非序列光线追迹能够对光线传播进行更为细节的分析。但此模式下，由于分析的光线多，计算速度较慢。 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、公差以及报表整合在一起。ZEMAX 不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是ZEMAX 的CAD 转文件程序都是双向的，如IGES 、STEP 、SAT 等格式都可转入及转出。而且ZEMAX可仿真Sequential 和Non-Sequential 的成像系统和非成像系统。 ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，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。包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户光学设计程界面中。而且工作界面简单，快捷，很方便的就能找到我们想哟实现的功能，ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。 2物镜设计方案 消色差物镜(Achromatic)是较常见的一种物镜，由若干组曲面半径不同的一正一负胶合透镜组成，只能矫正光谱线中红光和蓝光的轴向色差。同时校正了轴上点球差和近轴点慧差，这种物镜不能消除二级光谱，只校正黄、绿波区的球差、色差，未消除剩余色差和其他波区的球差、色差，并且像场弯曲仍很大，也就是说，只能得到视场中间范围清晰的像。使用时宜以黄绿光作照明光源，或在光程中插入黄绿色滤光片。此类物镜结构简单，经济实用，常和福根目镜、校正目镜配合使用，被广泛地应用在中、低倍显微镜上。在黑白照相时，可采用绿色滤色片减少残余的轴向色差，获得对比度好的相片。消色差通常由两个分离的双胶组合透镜组成，这类物镜也称为里斯特物镜，它的倍率一般在6×至30×
工程光学课程设计 设计名称：工程光学课程设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： XXX教务处制 20 13 年12 月
工程光学课程设计评分表 最后成绩的以优（90~100）、良（80~89）、中（70~79）、及格（60~69）和不及格（少于60分）五级给出。
第1章引言 1.1 简单介绍 对于实际的光学系统来说，它的成像往往是非完善成像，对于怎样来判断一个光学系统的性能的优劣，是光学设计中遇到的一个重要问题.在当前计算机辅助科研、教学的迅猛发展过程中，计算机辅助光学系统设计已成为光学设计不可缺少的一种重要手段.其中，由美国焦点软件公司所发展出的光学设计ZEMAX，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，是可以运算Sequential及Non-Sequential的软件.其主要特色有分析：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，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。 但是，这里必须强调一点的是，ZEMAX软件只是一个光学设计辅助软件，也就是说，该软件不能教你怎么去进行光学设计，而只是能对你设计的光学系统进行性能的优化以达最佳成像质量所以，在应用本教程进行光学辅助设计之前，您最好先学习一下光学设计的有关知识：首先是几何光学基础，几何光学是光学设计的基础，要做光学设计必须懂得各种光学仪器成像原理，外形尺寸计算方法，了解各种典型光学系统的设计方法和设计过程.实际光学系统大多由球面和平面构成。记住共轴球面系统光轴截面内光路计算的三角公式，了解公式中各参数的几何意义是必要的，具体公式可参考有关光学书籍，在此就不一一介绍了。对于平面零件有平面反射镜和棱镜，它们的主要作用多为改变光路方向，使倒像成为正像，或把白光分解为各种波长的单色光.在光学系统中造成光能损失的原因有三点：透射面的反射损失、反射面的吸收损失和光学材料内部的吸收损失。其次是像差理论知识，对于一个光学系统，一般存在7种几何像差，他们分别是球差、彗差、像散、场曲、畸变和位置色差以及倍率色差.另外，还必须了解一点材料的选择和公差的分配方面的知识，以及一些光学工艺的知识，包括切割，粗磨，精磨，抛光和磨边，最后还有镀膜和胶合等。
实验原理：（略） 实验仪器： 光具座、氦氖激光器、白色像屏、作为物的一维、二维光栅、白色像屏、傅立叶透镜、小透镜 实验内容与数据分析 1．测小透镜的焦距f 1 （付里叶透镜f 2=45.0CM ） 光路：激光器→望远镜（倒置）（出射应是平行光）→小透镜→屏 操作及测量方法：打开氦氖激光器，在光具座上依次放上扩束镜，小透镜和光屏，调节各光学元件的相对位置是激光沿其主轴方向射入，将小透镜固定，调节光屏的前后位置，观察光斑的会聚情况，当屏上亮斑达到最小时，即屏处于小透镜的焦点位置，测量出此时屏与小透镜的距离，即为小透镜的焦距。 112.1913.2011.67 12.3533 f cm ++= = 0.7780cm σ= = 1.320.5929 p A p t t cm μ=== 0.68P = 0.0210.00673 B p B p t k cm C μ?==?= 0.68P = 0.59cm μ== 0.68P = 1(12.350.59)f cm =± 0.68P =
2．利用弗朗和费衍射测光栅的的光栅常数 光路：激光器→光栅→屏（此光路满足远场近似） 在屏上会观察到间距相等的k 级衍射图样，用锥子扎孔或用笔描点，测出衍射图样的间距，再根据sin d k θλ=测出光栅常数d （1）利用夫琅和费衍射测一维光栅常数； 衍射图样见原始数据； 数据列表： sin || i k Lk d x λλ θ= ≈ 取第一组数据进行分析： 2105 13 43.0910******* 4.00106.810d m ----????==?? 210 523 43.0910******* 3.871014.110d m ----????==?? 2105 33 43.0910******* 3.95106.910d m ----????==?? 210 543 43.0910******* 4.191013.010 d m ----????==?? 554.00 3.87 3.95 4.19 10 4.0025104 d m m --+++= ?=? 61.3610d m σ-=? 忽略b 类不确定度：
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】
光学课设报告
燕山大学 光学系统设计课程 设计说明书 题目：基于Zemax的潜望镜的设计 学院(系)： 年级专业：电子科学与技术 学号： 学生姓名： 指导教师： 共12页第2页
1.课程设计目的与意义 目的：让学生从书面理论知识，转接到实践解决具体的问题，理解潜望镜的设计原理，以及对即将继续深造考研的同学提前了解和熟悉光学设计的流程和相关应用软件的使用。 意义：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，真理是实践出来的。课程设计教学是把理论和实践相互结合，如此可让学生真正理解所学学科之作用，激发学生向更深层次追求的动力，知行合一，教学才真正完整。 2.课程设计的内容简介 课程设计内容分为三个任务，第一个任务是设计单透镜并研究其球差特性，及优化双胶合结构的球差和轴向色差。第二个 共12页第3页
任务是人眼的几何光学仿真及远视校正。第三个任务就是潜望镜的设计。 3. 课程设计步骤 （1）熟悉和理解设计题目的要求。（2）熟悉如何使用ZEMAX软件。（3）掌握各种操作数的使用，以及分析窗口的使用。 （4）设计结构以及优化参数。 3.1潜望镜的设计 设计要求：EFL=200mm，前透镜到光阑的距离为90mm，光阑到后透镜的距离也为90mm。透镜材料为SF2，波长为0.55um。前后透镜厚度均为15mm,视场角分别设ο0、ο5.10、ο15。选择近轴工作F数为10（既数值孔径为20mm），物距800mm。 共12页第4页
共12页 第5页 图1.1 初始的LDE 表图 其中，曲径半径关系为面4“pick up ”面2值做-1值，面5“pick up ”面1做+1值跟随。厚度是STO 面对面2做+1值跟随。 此时打开3D Layout 如图： 图1.2 潜望镜的初始结构图 然后设置MFE 操作数，如图所示：
光学课程设计 ——望远镜系统结构参数设计
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；地基空间目标探测及识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等…… 二设计目的及意义 （1）、熟悉光学系统的设计原理及方法； （2）、综合应用所学的光学知识，对基本外形尺寸计算，主要考虑像质或相差；
（3）、了解和熟悉开普勒望远镜和伽利略望远镜的基本结构及原理，根据所学的光学知识（高斯公式、牛顿公式等）对望远镜的外型尺寸进行基本计算； （4）、通过本次光学课程设计，认识和学习各种光学仪器（显微镜、潜望镜等）的基本测试步骤； 三设计任务 在运用光学知识，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。并介绍光学设计中的PW法基本原理。同时对光学系统中存在的像差进行分析。四望远镜的介绍 1．望远镜系统：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。2．望远镜的一般特性 望远镜的光学系统简称望远系统，是由物镜和目镜组成。当用在观测无限远物体时， 物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔d＝o。当月在观测有限距离的物体时， 两系统的光学问隔是一个不为零的小数量。作为一般的研究，可以认
光学课程设计报告 姓名: 班级: 学号:
一．设计目的 （1）重点掌握设计光学系统的思路。初步掌握简单的、典型的系统设计的基本技能，熟练掌握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，如数据结果处理、像差曲线绘制、光学零件技术要求等。 （2）在熟练掌握基本理论知识的基础上，通过上机实训，锻炼自己的动手能力。在摸索的过程中，进一步培养优化数据的能力和理论联系实际的能力。 （3）巩固和消化应用光学和本课程中所学的知识，牢固掌握典型光学系统的特点，并初步接触以后可能用到的光学系统，为学习专业课打下好的基础。 二．设计题目 双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计） 三．技术要求 双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I 型棱镜转像，系统要求为： （1）望远镜的放大率Γ＝6 倍； （2）物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D 为入瞳直径，D＝30mm）； （3）望远镜的视场角2ω＝8°； （4）仪器总长度在110mm 左右，视场边缘允许50%的渐晕； （5）棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm，棱镜采用K9 玻璃，两棱 镜间隔为2～5mm； （6）lz′=8～10mm。
七．上机结果 1．物镜 （1）优化前数据 程序注释： 设计时间：2013年4月10日星期三 08:59:50 下午 -------输入数据-------- 1.初始参数 物距半视场角(°) 入瞳半径 0 4 15 系统面数色光数实际入瞳上光渐晕下光渐晕 7 3 0 1 -1 理想面焦距理想面距离 0 0 面序号半径厚度玻璃 STO 84.5460 5.741 1 2 -44.9920 2.652 K9 3 -134.9690 56.800 F5 4 0.0000 33.500 1 5 0.0000 4.000 K9 6 0.0000 33.500 1 7 0.0000 12.630 K9 ☆定义了下列玻璃:
光学课程设计报告 姓名：罗风光 学号：U201013534 班级：光电1005
一、课程设计要求 (3) 二、设计步骤 (3) 1. 外形尺寸计算 (3) 2. 选型 (5) 3. 物镜设计 (5) （1）初始结构计算 (5) i. 求h、hz、J (5) ii. 平板的像差 (5) iii. 物镜像差要求 (6) ?求P、W (6) ?归一化处理 (6) ?选玻璃 (7) ?求Q (7) ?求归一化条件下透镜各面的曲率及曲率半径 (7) ?玻璃厚度 (8) （2）像差容限计算 (8) （3）像差校正 (9) （4）物镜像差曲线 (11) 4. 目镜设计 (12) （1）初始结构计算 (12) i. 确定接眼镜结构 (12) ii. 确定场镜结构 (14) （2）像差容限计算 (15) （3）像差校正 (16) 三、光瞳衔接 (19) 四、像差评价 (20) 五、总体评价 (20) 六、零件图、系统图 (20) 七、设计体会 (23) 八、参考资料 (24)
一、 课程设计要求 设计要求：双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I 型棱镜转像。 1、望远镜的放大率Γ＝6倍； 2、物镜的相对孔径D/f ′＝1：4（D 为入瞳直径，D ＝30mm ）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°； 4、仪器总长度在110mm 左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm ，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm 。 6、l z ′>8～10mm 二、 设计步骤 1. 外形尺寸计算 物镜焦距' 14120f D mm =?= 出瞳直径' 5D D mm = =Γ 目镜焦距'' 12120206 f f mm ===Γ 分划板直径' 21216.7824D f tg mm =ω= 分划板半径2 8.39122 D = 由设计要求：视场边缘允许50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%的光，利用平板拦去透镜上部的25%的光，这样仅有透镜中间的50%的光能通过望远系统。 7.51208.39127.5120 h a --= -
概述：一、光源 在光纤通信系统中，光源器件可实现从电信号到光信号的转换，是光发射机以及光纤通信系统的核心器件，它的性能直接关系到光纤通信系统的性能和质量指标。光纤通信系统要求光源具有合适的发射波长，处在光纤的低损耗窗口之中；有足够大的输出功率，从而有较长的传输距离；有较窄的发光谱线，可以减少光纤的色散对信号传输质量的影响；易于与光纤耦合，确保更多的光功率进入光纤；易于调制，响应速度要快，调制失真小，带宽大；在室温下能连续工作，可靠性高，寿命至少在10万小时以上。下面简单介绍已广泛应用的两类半导体光源：半导体发光二极管（LED ）和半导体激光二极管（LD ）。 1 发光二极管（LED ） 发光二极管（LED ）是低速、短距离光波通信系统中常用的光源。其寿命很长，受温度影响较小，输出光功率与注入电流的线性关系较好，价格也比较便宜。驱动电路简单，不存在模式噪声等问 题。 发光二极管结构简单，是一个正向偏置的PN 同质结，电子-空穴对在耗尽区辐射复合发光，称为电致发光。发出的部分光耦合进入光纤供传输使用。LED 所发出的光是非相干光，具有较宽的谱宽（30～60nm ）和较大的发射角（≈100°）。 自发辐射产生的功率是由正向偏置电压产生的注入电流提供的，当注入电流为I ，在稳态时，电子-空穴对通过辐射和非辐射复合，其复合率等于载流子注入率I/q ，其中发射电子的复合率决定于内量子效率ηint ，光子产生率为(I ηint/q)，因此LED 内产生的光功率为 ()int int /P w q η= (2.1) 式中，ω 为光量子能量。假定所有发射的光子能量近似相等，并设从LED 逸出的功率占内部产生功率的份额为ηext ，则LED 的发射功率为 ()int int /e ext ext P P w q I ηηη== (2.2) ηext 亦称为外量子效率。由上式可知，LED 发射功率P 和注入电流I 成正比。 发光二极管LED 是光纤通信中的常用 光源，它的发光仅仅是自发辐射，属于非相干光源，其输出光发射角较大，但LED 线性度好，调制时动态范围大，信号失真小，也就是P-I 曲线线性好，其P-I 特性曲线如图2.1所示。 2 激光器（LD ） 图2.1 发光二极管的P —I 特性曲线 15 10 5 0 200 400 电流(mA) 发射功率(m W ) 边发光 面发光
燕山大学 课程设计说明书题目：照相物镜设计 学院（系）：电气工程学院 年级专业：仪表二班 学号： 学生姓名： 指导教师：王志斌 教师职称：副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书 2013年 7 月 10 日
目录 一、引言 (4) 二、设计过程 (4) 2.1初始结构的选择 (5) 2.2输入参数和缩放 (6) 2.3在ZEMAX中进行优化 (9) 2.4优化结果 (12) 三、心得体会 (15) 四、参考文献 (16)
引言 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 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 y ’=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： 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
大连民族学院 工程光学课程设计（论文）平行光管物镜设计 学院（系）：物理与材料工程学院 专业：光电子技术科学 学生姓名：任增鑫 学号：2010053216 指导教师：芦永军 完成日期：2013-11-18 大连民族学院
摘要 平行光管是通过它取得来自无限远的光束，此光束谓之平行光。是装校调整光学仪器的重要工具，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，连同测微目镜头，或显微镜系统，则可以测定透镜组的焦距，鉴别率，及其他成像质量。将附配的调整式平面反光镜固定于被检运动直的工件上，用附配于光管的高斯自准目镜头，通过光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。在实际成像过程中，物体成的像应该与设计的光学系统一致，达到设计要求的放大倍数。所以，可以通过近轴光学公式计算出理想成像的位置和大小，近似地代表实际光学系统中所要求成的像的位置和大小。近轴光学公式对于工程光学设计有着重要的意义和作用，根据近轴光学公式的性质，它只能适用于近轴区域，但是实际使用的光学仪器，无论是成像物体的大小，或者由一物点发出的成像光束都要超出近轴区域。平行光管物镜物镜采用双胶合结构。双胶合结构能够很好的校正几种初级像差，而且结构简单，所以大多用此结构进行设计。 关键词：平行光管物镜；微小角度；近轴光学公式；双胶合结构
目录 摘要...........................................................................................I 设计要求： (2) 第一章绪论 (2) 第二章Zmeax光学设计软件简介 (3) 第三章平行光管物镜参数的手工计算 (5) 第四章课程设计结果Zmeax验证 (7) 致谢 (9)
本科实验报告 课程名称：姓名：系：专业：学号：指导教师： 物理光学实验郭天翱 光电信息工程学系信息工程（光电系） 3100101228 蒋凌颖 2012年1 月7日 实验报告 实验名称：夫琅和弗衍射光强分布记录实验类型：_________ 课程名称：__物理光学实验_指导老师：_蒋凌颖__成绩： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1．掌握单缝和多缝的夫琅和费衍射光路的布置和光强分布特点。 2．掌握一种测量单缝宽度的方法。 3．了解光强分布自动记录的方法。 二、实验内容 一束单色平面光波垂直入射到单狭缝平面上，在其后透镜焦平面上得到单狭缝的夫琅禾费衍射花样，其光强分布为： i?i0( 装 式中 sin? ? ) 2 （1） 订 ?? 线 ??sin?? （2） ?为单缝宽度，?为入射光波长，?为考察点相应的衍射角。i0为衍射场中心点（??0处）的光强。如图一所示。 由（1）式可见，随着?的增大，i有一系列极大值和极小值。极小值条件 asin??n?(n?1,n?2) （3） 是： 如果测得某一级极值的位置，即可求得单缝的宽度。 如果将上述单缝换成若干宽度相等，等距平行排列的单缝组合——多缝，则透镜焦面上得到的多缝夫琅禾费衍射花样，其光强分布： n? sin?2 )2 i?i0()( ?
2 （4） sin 式中 ?? sin??2???dsin? ? ?? （5） ?为单缝宽度，d为相邻单缝间的间距，n为被照明的单缝数，?为考察点相应的衍射角；i0为衍射中心点（??0处）的光强。 n? )2 (sin?2() 2称?为单缝衍射因子，为多缝干涉因子。前者决定了衍射花 sin （干涉）极大的条件是dsin??m?(m?0,?1,?2......)。 dsin??(m? m )?(m?0,?1,?2......;m?1,2,.......,n?1)n 样主极大的相对强度，后者决定了主极大的位置。 （干涉）极小的条件是 当某一考虑点的衍射角满足干涉主极大条件而同时又满足单缝衍射极小值条件，该点的光强度实际为0/，主极大并不出现，称该机主极大缺级。显然当d/??m/n为整数时，相应的m 级主极大为缺级。 不难理解，在每个相邻干涉主极大之间有n-1个干涉极小；两个相邻干涉极小之间有一个干涉次级大，而两个相邻干涉主级之间共有n-2个次级大。 三、主要仪器设备 激光器、扩束镜、准直镜、衍射屏、会聚镜、光电接收扫描器、自动平衡记录仪。 四、操作方法和实验步骤 1．调整实验系统 （1）按上图所示安排系统。 （2）开启激光器电源，调整光学元件等高同轴，光斑均匀，亮度合适。（3）选择衍射板中的任一图形，使产生衍射花样，在白屏上清晰显示。 （4）将ccd的输出视频电缆接入电脑主机视频输出端，将白屏更换为焦距为100mm的透镜。 （5）调整透镜位置，使衍射光强能完全进入ccd。 （6）开启电脑电源，点击“光强分布测定仪分析系统”便进入本软件的主界面，进入系统的主界面后，点击“视频卡”下的“连接视频卡”项，打开一个实时采集窗口，调整透镜与ccd的距离，使电脑显示屏能清晰显示衍射图样，并调整起偏/检偏器件组，使光强达到适当的强度，将采集的图像保存为bmp、jpg两种格式的图片。 2．测量单缝夫琅和费衍射的光强分布（1）选定一条单狭缝作为衍射元件（2）运用光强分布智能分析软件在屏幕上显示衍射图像，并绘制出光强分布曲线。 （3）对实验曲线进行测量，计算狭缝的宽度。 3．观察衍射图样 将衍射板上的图形一次移入光路，观察光强分布的水平、垂直坐标图或三维图形。
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
光学课程设计报告 姓名：糜健 班级：光信0802 学号：U200813208
目录 1.设计任务及要求 (2) 1.1设计任务 (2) 1.2设计技术要求 (2) 2.设计步骤 (2) 2.1总体设计流程图 (2) 2.2光学系统外形尺寸的计算 (3) 2.2.1 望远镜基本结构参数的确定 (3) 2.2.2普罗Ⅰ型转向棱镜外形尺寸的计算 (3) 2.2.3物镜的选型及初始结构参数的计算 (5) 2.2.4目镜的选型及其初始结构参数的计算 (8) 2.3像差调节 (10) 2.3.1物镜的调节： (10) 2.3.2目镜的调节： (12) 2.3.3像质评价 (15) 4.附录：零件图与系统图 (16) 4.1双胶合物镜正透镜零件图 (17) 4.2光学系统图 (18)
1.设计任务及要求 1.1设计任务 双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计）1.2设计技术要求 双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝6倍； 2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°； 4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm； 6、lz ′>8～10mm。 2.设计步骤 2.1总体设计流程图
2.2光学系统外形尺寸的计算 2.2.1 望远镜基本结构参数的确定 焦距：由D/f1’=1：4，f1’=4D=120mm。又因为Γ=f1’/f2’，f2’=f1’/Γ=20mm。 出瞳大小：D’=D/Γ=5mm。 分划板口径：D分=2f1’tanω=16.7824mm。 出瞳的视场角：因为Γ=tanω’/tanω ，ω=4°，2ω’=45.522°。 2.2.2普罗Ⅰ型转向棱镜外形尺寸的计算 普罗Ⅰ型转向棱镜基本结构如下： 普罗Ⅰ型转向棱镜是由两块等腰直角棱镜所构成的，具有转向的功能，可以解决开普勒望远镜成倒像的问题，使其成正立的实像，在本双筒望远镜系统中，棱镜位于目镜与分划板之间，对一块等腰直角棱镜进行棱镜的展开如下： D L 如图，D为棱镜的通光口径，L为棱镜的展开长度，由几何关系可知：L=2D。即可以将一块等腰直角棱镜展开为厚度为L的玻璃平板，玻璃平板又可以等效为厚度d=L/n的空气平板，其中 n为玻璃平板的折射率。因此系统可以等效为由物镜、目镜、分划板、两空气平板所组成得系统。将两空气平板放置在物镜与分划板之间，结构图如下：
《工程光学》课程设计题目 课题1：几何光学综合性实验 一、实验目的 1．综合了解工程光学（几何光学部分）的主要内容和典型光路。 2．用给定光学元件设计并搭建典型光学系统。 3．以像差理论为依据，实现简单系统的光学装调。 4．设计并使用常用的光学方法进行光学系统参数的测量。 二、实验用仪器和设备 根据实验任务和自行设计的实验步骤，从实验室仪器清单中选择。 三、实验内容 1．光学系统的搭建 I．远摄型光组 1）光组特点：焦距长于镜筒筒长。 2）组成和光路 3）参数 4）实验要求： 根据焦距要求，自选正负透镜，计算间隔，在光学实验台上搭建光路并验 证。 II．反远距型光组 1）光组特点：焦距很短，工作距较长。 2）组成和光路
3）参数 4）实验要求： 根据焦距和工作距要求，自选正负透镜，计算间隔，在光学实验台上搭建 光路并验证。 III．照相系统 1）组成和光路 2）参数 3）实验要求： 在光学实验台上搭建光路，对确定目标成像，验证光阑位置、大小变化对 成像的影响。 IV．望远系统 1）组成和光路
2）参数 V．显微系统 1）组成和光路：分别将光阑置于物镜框上或物镜的一次实像面上构成物方远心光路。 2）参数 VI．照明系统 1）临界照明
参数： 2）坷拉照明 参数： 2．光学参数的测量 利用光学方法，测定典型光学系统的参数。 1）放大镜（焦距，放大率与观察条件的关系） 2）显微物镜（焦距、NA、垂轴放大率） 3）望远镜（焦距、视场角、分辨率） 4）照相物镜（焦距、视场角、相对孔径） 3．像差的性质和调整 配置可调整多片光学镜组，通过调整隔圈、对中等关系修正像差。 4．平面和平面系统的性质 配置半导体激光器可直接观察平面系统的成像性质，或将平面元件置于成像光路中，观察其性质。平面元件可包括： 一次反射直角棱镜、二次反射棱镜、道威棱镜、直角屋脊棱镜、立方角锥棱镜、分光棱镜、分色棱镜、折射棱镜、光楔