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物理光学课程设计-ZEMAX软件设计望远镜并校正像差

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选择设计题目为：设计一放大率8Γ=倍的望远镜，物镜视场角24ω=，出瞳直径4D mm '=，目镜焦距225f mm '=，出瞳距离15mm ，目镜焦截距4mm ，入瞳与物镜重合。

（注：望远镜设计中物镜和目镜可以分开设计，独自校正像差）一、设计思路以及一些计算过程：有题目要求，选择双胶合望远物镜会比较适合。

相对孔径小于五分之一，由公式以及光学设计手册选择物镜的焦距为200mm ，入瞳直径为40mm ，初始结构采用：rd 玻璃 153.16 1.5163，64.1 -112.934 1.6475，33.9 -361.68/1.5163,64.1 /二、软件使用过程：1.透镜结构参数，视场、孔径等光学特性参数：初始结构表：优化情况：System/Prescription DataGENERAL LENS DATA:Surfaces : 7Stop : 1System Aperture : Entrance Pupil Diameter = 40Glass Catalogs : SCHOTTRay Aiming : OffApodization : Uniform, factor = 0.00000E+000Effective Focal Length : 320 (in air at system temperature and pressure)Effective Focal Length : 320 (in image space)Back Focal Length : 310.63Total Track : 775.2221Image Space F/# : 8Paraxial Working F/# : 8Working F/# : 8.002776Image Space NA : 0.06237829Object Space NA : 2e-009Stop Radius : 20Paraxial Image Height : 11.17465Paraxial Magnification : 0Entrance Pupil Diameter : 40Entrance Pupil Position : 0Exit Pupil Diameter : 102.5804Exit Pupil Position : 820.7951Field Type : Angle in degrees Maximum Field : 2Primary Wave : 0.5875618Lens Units : MillimetersAngular Magnification : -0.3899379Fields : 3Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight1 0.000000 0.000000 1.0000002 0.000000 1.414000 1.0000003 0.000000 2.000000 1.000000Vignetting Factors# VDX VDY VCX VCY VAN1 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000002 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.0000003 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000Wavelengths : 3Units: ｵm# Value Weight1 0.486133 1.0000002 0.587562 1.0000003 0.656273 1.000000EDGE THICKNESS DATA:Surf EdgeSTO 439.9418312 11.4721633 11.6235514 312.1845555 0.0000006 0.000000IMA 0.000000INDEX OF REFRACTION DATA:Surf Glass Temp Pres 0.486133 0.5875620.6562730 20.00 1.00 1.00000000 1.000000001.000000001 20.00 1.00 1.00000000 1.000000001.000000002 SSK4A 20.00 1.00 1.62546752 1.617649751.614266423 LAF9 20.00 1.00 1.81494560 1.795040281.786944504 20.00 1.00 1.00000000 1.000000001.000000005 20.00 1.00 1.00000000 1.000000001.000000006 20.00 1.00 1.00000000 1.000000001.000000007 20.00 1.00 1.00000000 1.000000001.00000000THERMAL COEFFICIENT OF EXPANSION DATA:Surf Glass TCE *10E-60 0.000000001 0.000000002 SSK4A 6.100000003 LAF9 7.200000004 0.000000005 0.000000006 0.000000007 0.00000000F/# DATA:F/# calculations consider vignetting factors and ignore surface apertures.Wavelength: 0.486133 0.5875620.656273# Field Tan Sag Tan Sag Tan Sag1 0.0000 deg: 8.0042 8.0042 8.0028 8.0028 8.0075 8.00752 1.4140 deg: 7.9964 8.0019 7.9936 8.0001 7.9978 8.00473 2.0000 deg: 7.9889 7.9997 7.9847 7.9974 7.9884 8.0018CARDINAL POINTS:Object space positions are measured with respect to surface 1.Image space positions are measured with respect to the image surface.The index in both the object space and image space is considered.Object Space Image SpaceW = 0.486133Focal Length : -319.976306 319.976306Focal Planes : 124.738587 0.170547Principal Planes : 444.714892 -319.805758Anti-Principal Planes : -195.237719 320.146853Nodal Planes : 444.714892 -319.805758Anti-Nodal Planes : -195.237719 320.146853W = 0.587562 (Primary)Focal Length : -320.000000 320.000000Focal Planes : 124.780118 0.151516Principal Planes : 444.780118 -319.848484Anti-Principal Planes : -195.219882 320.151516Nodal Planes : 444.780118 -319.848484Anti-Nodal Planes : -195.219882 320.151516W = 0.656273Focal Length : -320.220323 320.220323Focal Planes : 124.586499 0.352767Principal Planes : 444.806822 -319.867556Anti-Principal Planes : -195.633824 320.573090Nodal Planes : 444.806822 -319.867556Anti-Nodal Planes : -195.633824 320.5730902.像差指标数据：球差数据分析图:三、学习心得这次的光学设计要结束了，在这里我首先得思过一下，这次的课设可真的是糊里糊涂就过去了。

对知识的了解不够，理论知识与软件只是连接不上来，这个我得进行深刻的反思。

在进行的课题的设计过程中，通过查找资料和查看老师的课件以及上课做的笔记，刚开始是真的一点儿思路也没有，也不知道如何进行，但是通过仔细的研究，终于可以自行设计出望远镜物镜的设计，并且根据ZEMAX软件书籍的操作步骤优化出来了，但是因为知识的积累不够，在进行目镜的设计时始终得不到一个好的镜头，所以可以说这次的光学设计是个很艰苦的过程，在一步步的研究之后，终于可以得到一点点的设计思路和优化结果，但是，说实话，我对自己的设计结果不是很有把握，所以很惭愧。

经过这一次，我知道的知识的学习是需要脚踏实地的，在使用软件的时候应该多翻阅资料，使用一些功能和技巧，对陌生的领域也应该多加以摸索，不轻易言弃。

理论与实际想结合是个恒古不变的道理，主要是这次课设自己动手实验的次数比较少，老师所教的知识并没有当下吸收下来，所以导致知识储备不够，设计和操作软件的时候困难重重。

当然，课设的收获也很多，不单单局限于知识的收获，更多的是让我在各个方面也有了很多启发和思考，认识在进步着，对将来的学习和工作都有着莫大的启发。

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望远镜、显微镜组装与设计和zemax使用光学课程设计

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长沙学院光学工程CAD设计课程设计说明书题目光学课程设计系(部) 电子与电气工程系专业(班级) 光电信息工程（2013级2班）姓名学号指导教师孙利平、周远、谭志光、刘莉起止日期2015.6.22—2013.6.25长沙学院课程设计鉴定表目录一、望远镜的设计与组装 (3)1、项目设计目的 (3)2、望远镜的基本原理 (3)3、设计任务 (4)设计与组装一个开普勒望远镜 (4)设计与组装一个伽利略望远镜 (4)设计和组装一个带正像系统的开普勒望远镜 (4)4、数据记录 (4)（1）测得透镜焦距 (4)（2）开普勒望远镜的组装 (4)（3）开普勒望远镜特性参数测量 (4)5、照片展示 (5)6、可用器材 (5)二、显微镜的设计与组装 (6)1、项目设计目的 (6)2、望远镜的基本原理 (6)3、显微镜的设计及数据记录 (7)①视放大率 (7)②系统总长度不能大于光学平台的长度 (7)③要给出设计值和实测值 (7)④用手机拍一幅从目镜后拍出的微尺放大图 (7)4、设计思路 (8)5、可用器材 (8)三、Zemax的光学设计 (8)1、选定光学设计题目 (8)2、学习zemax的使用 (8)3、使用zemax软件设计光学器件 (10)①设计单透镜 (10)②设计牛顿望远镜 (12)③设计施密特---卡塞格林系统 (14)结束语 (16)参考文献 (16)一、望远镜的设计与组装1、项目设计目的掌握望远镜的原理及特性，并在此基础上通过自组望远镜来提高学生的动手能力以进一步加深对望远系统的理解。

2、望远镜的基本原理存在两类最简单的望远镜，分别为开普勒望远镜的伽利略望远镜。

开普勒望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成，如下图。

远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合，光学间距为0。

在公共焦平面上可置分划板以测量像的尺寸和位置。

平行光射入平行光射出。

应用光学(工程光学)课程设计指导书(ZEMAX)

应用光学(工程光学)课程设计指导书(ZEMAX)

D=10mm； f ' =50mm； 2ω = 10° ；工作波段：0.486~0.656 μm 。
第一步骤：打开并熟悉 ZEMAX 软件
通过鼠标左键双击桌面的图标快捷键 次打开后的界面如图 1 所示，它是软件的主窗口。
标题框
打开 ZEMAX-EE 软件。首
菜单框
编辑窗口
工具框
图 1 主窗口界面 如图 1 所示，标题为“Lens Data Editor”的窗口为透镜数据编辑窗口。该 窗口可用来编辑透镜组的很多参数，如曲面面型（Type）、曲率半径（Radius）、透 镜厚度（Thickness）、玻璃材料（Glass）、径向半径（Semi-Diameter）等参数。
图 27 第一次优化后的结构
图 28 第一次优化后的 FFT MTF 从上面的两个图中可知，结构趋于合理化，FFT MTF 值得到大大提高，有的
择波长（段）并点击
图标确定。退出时，需点击“ok”，如图 10 所示。
图 9 工作波长编辑窗口 图 10 选择工作波长下拉菜单
四、设定评价函数和 EFFL 有效焦距值
按下快捷键 F6 或通过“Editors\Merit Function”路径打开“Merit Function Editor:”窗口，通过“Tools\Default Merit Function”路径打开“Default Merit Function” 默认评价函数对话框窗口如图 12 所示。
图 24 优化前的结构
图 25 优化前的 FFT MTF
选中“Semi-Diameter”列中的第一个“15.000000”，当出现
黑色背
景时，按一下快捷键“ctrl+Z”，则该单元格数值由系统自动改变。用同样的方法 对下面的两个数也各操作一次。
zemax光学设计像差分析

zemax光学设计像差分析

尽可能离焦后有多个大小相等符号相反的小面积以下动画是一个实际光学系统成像质?随离焦?变化的情况返回本章要点二轴外点的波像差及其与垂轴像差的关系返回本章要点轴外任意一点的像差可以用两个分?表示波差w应表示成与这两个分?之间的关系可导出沿子午截线的波像差曲线对sinu?轴所围的面积表征波像差的大小
光线——波面的法线
波像差——实际波面对理想波面的偏离
轴上点 A 以单色光成像
存在球差
,A'M交理想波面于M，
即为波差。（以理想波面为基准，右负左正）
一、轴上点的波像差及其与球差的关系[返回本章要点]
球差相当的波像差为以u'2 为纵坐标，以δL'为横坐标的球差曲线 与纵轴所围面积的一半 【推导】
当物方无穷远时，u’=h/f’
离焦
离焦 垂轴离焦：对各条光线 δy'均改变同样值。->坐标平移 沿轴离焦：纵轴转一角度,以形成尽可能相等的大小相同、符号相反的小 面积
注意 1. 垂轴离焦只为评价像质，轴向离焦才为确定最佳像面位置。
[返回本章要点]
2.
沿轴离焦只能对某一视场而言，不同的视场有不同的沿轴离焦要求，不能同时满足。
3. 轴向离焦中
4. 计算精度较高
[返回本章要点]
§10-5 球色差、几何色差与波色差的关系 [返回本章要点]
一、球色差
边光环带的 F、C 波面相交，但 F、C 光由于球差存在，在其它 环带波面不相交，称球色差。 二、几何色差与波色差的关系
一般光学系统：
，校正色差要求：
此时
校正色差
当 0.707 环带
相当于
几何色差——带光消
1.当仅有初级量时
讨论 以波长为单位时，
边缘处波像差最大。移动接收面，以接收 面为基准，则球差将改变，波像差曲线随之改变。称之为离焦
光学设计实验望远镜系统设计实验

光学设计实验望远镜系统设计实验

光学设计实验报告——望远镜系统设计**：***学号：B********班级：B090103目录一、ZEMAX仿真二、设计优化三、数据比较和优化后参数四、公差分析五、光学系统图六、设计心得体会一ZEMAX仿真一、本次设计要求如下：1.焦距为100mm；2.光源为无穷远处;3.像空间F/﹟=4，相对孔径1/44.前一块玻璃为BAK1,后一块玻璃为F25.全视场角为8度先打开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。

望远镜物镜要求校正的像差主要是轴向色差、球差、慧差。

根据要求采用的是折射式望远双胶合型（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，选择图象空间F/#，数值选择4。

（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，(0,8), (0, 2.8)和 (0,4)。

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，单击选择完成配置，然后单击确定。

系统配置完毕，即可在LDE中输入数据。

选择分析>草图>2D草图，将出现2D草图LAYOUT。

第二部分设计优化从2D草图可以看出，镜头的性能参数并非最优。

选择编辑——》优化函数，反复进行修改权重，直到mtf达到最优。

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。

第四部分：数据比较与优化后参数优化后2D草图：第五部分公差分析在菜单栏中点开Tools（工具）选中Tolerancing点OK然后点Editors选中Tolerance Data Editor在页面上点开Tools选中Default Tolerances点OK输入参数进行公差分析后得点开Tools 选中Test Plate Fitting出现对话框选择Best to woest 点OK，第五部分光学系统图第六部分设计心得体会通过光学课程设计，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，刚得到题目时，我们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了较深入的了解，然后对着以前的设计课题，慢慢的探索和练习。