双胶合透镜
双胶合望远物镜的设计
双胶合望远物镜的设计
1.确定要设计的望远镜的需求和目标。
这包括确定观测目标的类型（是天文观测还是地球观测）、期望的分辨率和光学口径等。
2.确定物镜的基本参数。
物镜的基本参数包括光学口径、焦距和波长范围等。
根据观测需求和目标来确定这些参数，以便在设计过程中进行优化。
3.进行双胶合物镜的初步设计。
双胶合物镜由两个物镜镜头组成，其中一个作为物镜，另一个作为准直镜。
初步设计包括确定物镜和准直镜的曲率半径、厚度、孔径等参数，并进行初步的光学系统分析和优化。
4.进行双胶合物镜的最终设计。
最终设计包括对镜片的形状、曲率、厚度等进行进一步优化，使得物镜和准直镜在光学性能上达到最佳状态。
这一步骤通常需要使用光学设计软件进行模拟和分析。
5.进行光学系统的完整性分析。
完成物镜和准直镜的设计后，需要对整个光学系统进行分析，以确保在不同焦距和观测条件下都能达到预期的性能。
这包括通过使用衍射图像圆点函数来评估系统的分辨率和像差，以及通过光学路径分析来评估系统的定位和稳定性。
6.进行光学系统的组装和调试。
一旦完成了光学系统的设计和分析，就可以进行物镜和准直镜的组装和调试。
这包括对镜片进行抛光和涂镀，以及对光学系统进行调整和校准，以使其达到预期的性能。
以上就是双胶合望远物镜的设计步骤。
双胶合望远物镜的设计是一个复杂和细致的过程，需要充分考虑观测需求和目标，并进行仔细的光学系统分析和优化。
通过合理地设计和调整，双胶合望远物镜可以在天文观测和地球观测中发挥出更好的性能，提供更清晰和准确的图像和数据。
哈工大 光机系统设计 双胶合透镜 实验报告
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/(1-2121）（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 =-240.89R 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，而像差RMS半径为18.570μm，可见此优化结果基本达到设计要求，可以使用。
ZEMAX光学设计第06讲双胶合消色差透镜设计
image points O'tan O' sag
y chief ray
O' ciቤተ መጻሕፍቲ ባይዱcle
最清楚面2焦点中间
x
sagittal differential
ray
optical axis
• 斜向入射时的像差
– 会有两个焦点（一横一竖，子午面） –子午平面(Tangential) : 中心光线 + 光轴 – 横切面 (Sagittal): 中心光线 + 垂直子午面
• 例如激光聚焦
2.双胶合消色差透镜设计
像散 直观概念
在没有其它像差的情况下，各 方向入射光束焦点与透镜的距 离应该一样
–斜向入射的光聚焦点离透镜表 面的垂直距离较短
源于光学系统的不对称！
散光眼睛看到的影像
如何消除像散 • 改变透镜的形状
子午面焦点重合
彗差 vs.像散
同样都是斜向入射的像差 • 彗星像差在入射光直径很粗的时候明显
• 例如阳光 • 散光像差在入射光直径很细的时候明显
像散
• 波前像差：对称 xz 平面，离轴越远越严重 • y相关性代表也是在y轴上斜向入射造成的像差
• 像差距离：会在焦点形成一个线段散开
横切面后聚集
像散
子午平面
tangential differential
ray
子午平面先聚焦
al section are different
d in different
ZEMAX光学设计 (第6讲)
Optical Design & ZEMAX
双胶合消色差透镜设计
1.像散
像差的起源
其他五种像差
• 统称为几何像差 • 在后面一一描述
光学设计实例-双胶合透镜非球面单透镜激光扩束镜
8次系数，所得结果存在高级彗差，再改初值（半径和Conic）产生反向初级彗差与
之平衡，再重复上述过程。
4
优化实例（3） ：优化结果
5
优化实例（3）
6
优化实例（3）
7
优化实例（3）
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主要内容
• 光学设计软件ZEMAX简介 • 优化实例
1-单透镜 2-双胶合透镜 3-非球面单透镜 4-激光扩束镜 5-显微镜物镜 6-双高斯照相物镜
3
2
优化实例（2） --优化结果
3
优化实例（3）
非球面单透镜：f’=60，D/f’=1:1, 2 =±1°
利用非球面可以准确校正球差，透镜弯曲可校正彗差， 形成大孔径小视场光学系统。 简单采用Default merit Function做优化，一般得不到结果，为此先通过AnalysisAberration coefficients-Seidel coefficients, 即初级像差计算得到适当的校正S2的半
11
实例4 激光扩束镜的设计
消色差设计结果
工作波长1053nm下的像质
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实例4 激光扩束镜的设计
补偿镜设计结果
工作波长1053nm下的像质
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实例4 激光扩束镜的设计
补偿镜设计结果
检验波长632.8nm下的像质
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• 公差计算
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实例4 激光扩束镜的设计
目的 工作波长与检验波长不同时，如何设计补偿光路以完 成系统检验。 方法
1）消色差设计：使光学系统在工作波长与检验波长下的位置重合 优点：最佳选择，但有时不一定能设计出来，或使系统复杂化。 2）加平行平板：在工作波长下完成设计后，在两个镜组之间加入一 块适当厚度的平板，使其在检验波长下的像质优于衍射极限。 优点：结构简单，易操作。 因为平板可以放在任何地方，检验光路的像质与平板距前 后镜组的距离无关。 3）加补偿透镜：在工作波长下完成设计后，在准直（大口径）镜组 外侧加入一块适当结构的透镜，使其在检验波长下的像质优于衍 射极限。 不足：透补偿镜与准直镜组的距离、同心度会影响检验光路的 像质。 4）检验合格后，拿掉补偿镜即达到在工作波长满足要求的光学系统。
双胶合透镜使用方法
双胶合透镜使用方法
双胶合透镜是一种用于矫正视力问题的光学器件，通常由两个透镜叠加而成。
以下是关于双胶合透镜的使用方法的全面回答：
1. 获取验光处方，首先，使用双胶合透镜前，你需要前往眼科医生或验光师处进行眼睛检查，并获取一份最新的验光处方。
这将有助于确定你所需的透镜度数和其他特定要求。
2. 清洁双胶合透镜，在使用双胶合透镜之前，务必确保双胶合透镜是清洁的。
使用指定的透镜清洁液和柔软的纤维布轻轻擦拭透镜表面，确保没有灰尘或污垢。
3. 佩戴双胶合透镜，在佩戴双胶合透镜时，首先要确保你的手是干净的，以免在佩戴过程中造成细菌感染。
将双胶合透镜放在指尖上，用另一只手拉下下眼皮，然后轻轻地将透镜放在眼睛上。
确保透镜完全贴合眼球表面，避免空气进入眼睛下方。
4. 调整适应时间，初次佩戴双胶合透镜时，可能需要一些时间来适应。
建议最初每天佩戴的时间不要过长，逐渐增加佩戴时间，直到眼睛完全适应。
5. 注意保养，在使用双胶合透镜期间，定期清洁透镜并定期更换透镜盒中的储存液，避免细菌滋生。
另外，避免使用自来水清洁透镜，因为自来水中可能含有细菌和其他污染物。
6. 遵循医嘱，最重要的是，遵循眼科医生或验光师的建议和指示。
如果出现任何不适或问题，及时向专业人士寻求帮助。
总的来说，正确使用双胶合透镜需要注意个人卫生、适应时间和定期保养，以确保眼睛的健康和舒适。
希望以上回答能够全面解答你关于双胶合透镜使用方法的问题。
双胶合与双分离镜片的区别
双胶合与双分离镜片的区别
双胶合物镜是一种常用的消色差望远物镜，用不同折射率的冕牌玻璃和火石玻璃搭配而成，当合理选配时可同时校正球差，色差及正弦差。
但由于热胶合会产生玻璃变形而影响精度，一般口径不家超过80mm。
自从有了紫外固化冷胶后，胶合透镜的口径大大增大。
但由于这种物镜不能校正轴外像差，视场角不宜太大，相对孔径也不宜过大。
双胶合物镜不能校正二级光谱，其值与焦距成正比，是个定值。
只有用特种火石玻璃做负透镜时，二级光谱可减少三分之一（如ED镜头）。
如果莹石作正透镜二级光谱可以再降低六分之一。
双分离物镜用于口径较大的望远镜物镜。
由于可以利用正负透镜之间的间隙设计，使带球差有所降低，但色球差依然不能校正，二级光谱反而有所增大，其他像差校正与双胶合透镜雷同。
但装备稍困难一些，对物镜框的要求高一些。
胶合的有可能脱胶，分离的有可能移位，都可能造成光学素质下降。
双分离物镜和双胶合物镜在分辨率上几乎无区别,但双分离物镜对剧烈温度的变化能较好适应,多两个反光面.双胶合物镜光轴稳定,如剧烈温度的变化则可能开胶,所以双胶合物镜口径不能太大
对于双分离，主要是间距的控制，在校调的时候人为增加一个环节，而且很明显它的同轴性不如双胶合的，前者靠机械加工的精度和装配来保证，后者则更多的靠胶合来控制。
双胶合透镜课程设计
双胶透镜设计1．双胶合透镜设计方案双胶镜头简介当今光学系统已经应用到了广泛的领域当中，所以对于光学镜头的设计就成了现在人们十分关注的事情。
其中双胶合镜透镜使用最广泛。
在光学设计中，像差(abeDation)指公光学系统中由透镜材料的特性或折射(或反射)表面的几何形状引起实际像与理想像的偏差。
理想像就是理想光学系统所成的像。
实际的光学系统，只有在近轴区域以很小孔径角的光束所生成的像是完善的。
但在实际应用中，需有一定大小的成像空间和光束孔径，同时还由于成像光束多是由不同颜色的光组成的，同一介质的折射率随颜色而异。
因此实际光学系统的成像具有一系列缺陷，这就是像差。
像差的大小反映了光学系统成像质量的优劣。
几何像差主要有七种：其中单色光像差有五种，即球差、彗差、像散、场曲和畸变；复色光像差有轴向色差和垂轴色差两种。
单个透镜的色差是无法消除的，但把一对用不同材料做成的凸凹透镜胶合起来，可对选定的两种波长消除色差。
根据薄透镜系统的初级像差理论，在允许选择玻璃材料的条件下，一个双胶合薄透镜组除了校正色差外，还能校正两种单色像差。
另外对于单透镜来说，虽然可以选择不同曲率半径使球差达到最小，这称为配曲法，但配曲法不能完全消除球差，考虑到凸透镜和凹透镜有符号相反的球差，所以可以把两种透镜胶合起来进一步消除球差，同样对于彗差也是一样的，轴外傍轴物点发出的宽光束经透镜折射后，在理想平面上不再交于一点，而是形成状入彗星的亮斑，此称为彗差。
利用配曲法可部分消除单透镜的彗差，也可以另用胶合透镜消除彗差，但因为消球差和消彗差所要求的条件往往不一致，所以这两种像差不易同时消除。
双胶合物镜：（简称双胶物镜）双胶物镜由一正透镜和一负透镜胶合而成（正负透镜用不同种类的光学玻璃），正负透镜胶合面两个球面半径相等。
这种物镜的优点是：结构简单，光能损失小，合理选择玻璃和弯曲能校正球差、彗差、色差，但不能消除像散、场曲与畸变，但双胶物镜口径一般不超过Φ100mm，因为当口径过大时，由温度变化胶合加会产生应力，使成像质量变坏甚至脱胶。
光学设计实例双胶合透镜非球面单透镜激光扩束镜-
2
优化实例（2） --优化结果
3
优化实例（3）
非球面单透镜：f’=60，D/f’=1:1, 2 =±1°
利用非球面可以准确校正球差，透镜弯曲可校正彗差，
8次系数，所得结果存在高级彗差，再改初值（半径和Conic）产生反向初级彗差与
之平衡，再重复上述过程。
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优化实例（3） ：优化结果
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优化实例（3）
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优化实例（3）
7
优化实例（3）
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主要内容
• 光学设计软件ZEMAX简介 • 优化实例
1-单透镜 2-双胶合透镜 3-非物镜
光学设计
——光学设计实例
1
双胶合物镜
优化实例（2）
•总 不等于零，不能校正场曲；
•在玻璃组合合适时，可校正色差。
取f’=100, D/f’=1:5, 2 =±3°，平行光入射;
取各种玻璃组合（可以查“光学设计手册”）如： 3 BK7/SF2, SF5, SF1, SF10, SF4
都可以用程序得到对 0°视场校正良好的结果（取波长为F，d，C），但3° 视场一般有较大彗差，不能校正。将光阑位置作为变量时，一般仍然如此。 （初始半径可取（60，-60，∞）。
实际上，非球面高次项并非必须，如文件Asph3，只取6次项和8次项，残余像差
也小些，这个结果是采用下列逐步接近的过程作出，①校正S1，S2决定半径和
Conic系数，仍用Default merit function (Ring=3)但将孔径取很小值；② 半径和
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保持边缘厚度为一个特定值的方法 在第一面的厚度列中双击
第一面的厚度已被调整过，字母“E”显示在框中， 表示此参量为一个活动的边缘厚度解。
再次更新表面数据窗口，边缘厚度3会被列出。通 过调整厚度，我们已对镜片的焦距作了一点改变。
然后，再进行optimization，然后选择“System”， “Update All”，再一次刷新图形。
我们仍然要设计一个在光轴上成像，focal length 为100mm的光学系统，只不过这次我们用两块 玻璃来设计。沿用单透镜的参数，只需要增加一 个surface。 一个双镜片是由两片玻璃组成，通常黏在一起， 所以它们有相同的曲率半径。 通过这个练习可以学到： 画出layouts 和field curvature plots，定义edge thickness solves, field angles等。
在我们修整偏 小的边缘厚度 之前，我们先 将镜片放大。
移动光标到第一面的半口径 “Semi-Diameter”列， 键入“14”替代所显示的12.5，ZEMAX会消去 12.5并显示“14.000000U”。第二、三面也输入 14。
更新layout，现在孔径已经被放大，report显示第一 个边缘厚度变成一个负数。
引入评价函数Merit Function merit function设定一切照旧。仍然是引用缺省的 评价函数，输入EFFL，波长选2号，目标值为 100mm。然后执行optimization。
调出Chromatic Focal Shift，发现first order的 chromatic aberration 已经被减少，剩下的是 second order chromatic aberration ，所以图形 呈现出来的是一个parabolic curve。 而且现在shift 的 大小为74 microns， 而单透镜的为1540 microns。
首先仍然是输入Байду номын сангаас学特性参数。 既然是doublet，你只要在单透镜的LDE 上STO 后再加入一面镜片即可。在第一、第二面镜片上 的Glass 项目键入BK7 和SF1。现在把STO 和第 二面镜的thickness 都fixed为3，仅第3 面镜的 thickness 100 thickness为100 且设为variable， variable
其它设计因素
可是我们凭经验定出STO的thickness为3，但是 真正在作镜片的时候edge的thickness 值为正数 或负数?还有是不是应该改一下设计使lens的 aperture比diameter小，如此我们可预留些边缘空 间来磨光或架镜? 我们可以通过考虑这些因素来提高设计。
为了决定实际的边缘厚度，以surface 1为例，选 择“Reports”，“Surface Data”，将会出现一个窗 口，告诉你该面的边缘厚度。所给出的值是0.17， 稍偏小。
测试双透镜的轴外像差
因为一个旋转对称系统的 x视场的值很小。
镜头的轴外特性 很差，原因是我 们只对轴上特性 进行了优化。
可以来分析Ray Fan，判别出场曲是主要像差。 场曲曲线如图所示
左图表示每一个波长 细光束子午、弧矢场曲， 单位为毫米；右图为归一 化百分畸变，畸变属于主 光线像差，反映物象的相 似程度，如小于1%，则认 为物象完全相似。 由图中子午与弧矢弯 曲像面的不重合的轴向距 离可看出细光束象散。
观察Ray aberration 此时maximum transverse ray aberration已由单 透镜的500 microns降至50 microns。 而且3 个不同波长通 过原点的斜率大约一 致，这告诉我们对每 个波长的relative defocus 为很小。
如果斜率为0，则在光瞳原点附近作一些变动并 不产生aberration，这代表defocus并不严重。可 以看出此斜率不为0，而aberration产生的主要因 素为spherical aberration。 相对于单透镜，现在spherical aberration 已较不 严重，而且允许一点点的defocus 出现。其中出 现在ray fan curve的S 形状，是典型的spherical balanced by defocus的情况。现在我们已确定得 到较好的performance。
实际光学系统——2D layout 除了光学系统的摆放外，你还会看到3条分别通过 entrance pupil (在此为surface 1)的top，center， bottom 在空间被trace出来。 他们的波长是一样的 （蓝色的），就是 primary wavelength。 这是Zemax default的 结果。
双胶合透镜设计 （a doublet）
单透镜是不能校正球差的，单正透镜具有负球差， 单负透镜具有正球差。 初级位置色差取决于透镜的光焦度和制造透镜所 用玻璃的光学特性。在光焦度一定时，玻璃的阿 贝数越大，色差越小，通常情况下正透镜产生负 色差，负透镜产生正色差。因此消色差的光学系 统通常都是将正负透镜组合，以使他们的色差相 互补偿。