zemax设计 - 双胶合设计
双胶合望远镜头设计要点
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: 教授摘要 (1)关键词 (1)第一章课题要求1.1课题背景 (2)1.2设计目的 (2)1.3设计内容和要求 (2)第二章方案分析2.1课题名称 (3)2.2主要数据 (3)2.3设计思路 (3)2.4实现原理 (3)2.5主要过程 (4)第三章光学系统设计3.1光圈参数设定 (5)3.2视场参数设定 (5)3.3波长设定 (6)3.4玻璃厚度的设定 (6)3.5像空间的设定 (7)第四章光学系统分析4.1 2D光路分布草图 (7)4.2 标准点列图Spot Diagram (8)4.3 光路图OPD FAN (9)4.4 光线相差图RAY FAN (10)4.5波前分布图 (11)第五章光学系统优化5.1光学系统调焦 (12)5.2设置可变参数 (13)5.3优化函数设定 (13)5.4最终优化 (14)第六章系统优化前后比较6.1优化后的2D草图 (15)6.2优化后的标准点列 (15)6.3优化后光路图 (16)第七章心得体会心得体会 (17)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第一章课题要求1.1课题背景随着计算机技术的不断进步和发展，在光学系统的设计过程中越来越多得利用到计算机技术，其中ZEMAX就是一款应用十分广泛的的光学设计软件，具有功能完善、操作简单、准确性高、人机交互性好等特点，极大地简化了光学系统的设计过程。
望远镜设计计算指导和双胶合物镜设计
589.32
n 'sin 2 um
=0.0377；
小于 0.02 即可。
修改 r1 、 r2 、 r3 达到以上要求！ 请看范例 物镜.zmx
（可以选取别的玻璃对作为双胶合物镜，有的容易校正像 差，有的则稍微困难，即使玻璃对选取相同，最后调整的结 果也不相同，所以不要抄袭!）
d1 6 , d2 3 d,3 5 9 d4 . 8 ,
5
d5 3 3 d. 5 ,同 6，
时 2 ,有
3 3 . 5
n1 1 , n2 K 9 ,3n
F54 , n
1n,
。 K6 9n , 7 1 n ,
K
9
输入 zemax 运行计算： 1）焦距 119.5～120.5mm 为合格； 2）像差容限 i)球差：1H 孔径小于 1 倍焦深，1 倍焦深= 0.707H 带球差小于 6 倍焦深=0.226。 ii)色差：全孔径范围都小于 0.1 即可 iii) 慧 差 ： 我 们 用 慧 差 代 替 正 弦 差 ， 即 弧 矢 慧 差
2、初始结构参数（三个透镜，五个面）
目镜是一个放大的光学系统，根据设计经验，我们采取 “倒追”的方法，进行反向追迹！ 首先要确定的是接眼镜的结构，因为场镜只是为了衔接 光瞳的，对像差的要求在接眼镜上。 组合焦距
f e ' 20mm
，接眼镜
f眼 ' 20mm
，一般取
f眼 ' 1.2 fe ' 24mm （经验公式！ ）
至此，物镜设计完毕，可以保存数据，图表，整理设计 报告。
15.-4利用ZEMAX像质优化与设计举例
15. 4利用ZEMAX 像质优化与设计举例ZEMAX 提供了十分强大的像质优化功能，可以对合理的初始光学系统结构进行优化设计。
设计中光学结构参变量可以是曲率、厚度、玻璃材料参数、圆锥系数、参数数据、特殊数据和多重结构数值数据。
本节首先，通过消色差双胶合望远镜物镜设计和参数分析，介绍利用ZEMAX 默认评价函数的优化设计过程。
然后，通过光路中有棱镜的望远物镜、显微物镜和目镜设计举例能，介绍像差补偿、几何像差控制等在ZEMAX 中的实现以及锤形( Hammer)优化的简单应用。
最后通过变焦物镜设计介绍ZEMAX 中多重结构设计实现。
15.4.1消色差双胶合望远镜物镜设计消色差双胶合物镜设计要求见表15.131)初始结构参数确定初始结构参数确定通常有两种方法，本设计采用初级像差理论求解初始结构方法。
望远系统一般由物镜、目镜和棱镜式或透镜式转像系统构成。
望远物镜是望远系统的一个组成部分，其光学特性的特点是:相对孔径和视场都不大。
因此，望远物镜设计中，校正的像差较少，一般不校正与像高的二次方以上的各种单色像差(像散、场曲、畸变)和垂轴色差，只校正球差、彗差和轴向色差。
在这三种像差中通常首先校正色差，因为初级色差和透镜形状 无关，校正了色差以后，保持透镜的光焦度不变，再用弯曲透镜的方法校正球差和彗差，对已校正的色差影响很小。
由初级像差理论可知，双胶合透镜成为消色差双胶合透镜的条件是，双胶合透镜的正负光焦度分配应满足下式:12φφφ=+，1112V V V φφ=-，2212V V V φφ=- （15.22）式中:φ、1φ，和2φ分别双胶合物镜、正透镜和负透镜的光焦度(焦距值的倒数)，1V 和2V 为正负透镜所选玻璃的阿贝数V 。
本示例中，正、负透镜的玻璃材料分别选用K9和ZF1，对应的n 1d =1.. 51637 , V 1=64. 07 , n 2d == 1. 64767 ,v 2=33. 87。
ZEMAX光学设计报告
ZEMAX 光学设计报告一、设计目的通过对设计一个双胶合望远物镜，学会zemax 软件的根本应用和操作。
二、设计要求设计一个全视场角为1.56°，焦距为1000mm ，且相对孔径为1:10的双胶合望远物镜，要求相高为y`=13.6mm 。
三、设计过程1.双胶合望远物镜系统初始构造的选定1.1选型由于该物镜的全视场角较小，所以其轴外像差不太大，主要校正的像差有球差、正弦差和位置色差。
又因为其相对孔径较小，所以选用双胶合即可满足设计要求。
本系统采用紧贴型双胶合透镜组，且孔径光阑与物镜框相重合。
1.2确定根本像差参量根据设计要求，假设像差的初级像差值为零，即球差0'0=L δ；正弦差0'0s =K ；位置色差0'0=FC l δ。
那么按初级像差公式可得0===∑∑∑I I I I C S S ,由此可得根本像差参量为0===I ∞∞C W P 。
1.3求0P)(()⎪⎩⎪⎨⎧+-+-=∞∞∞∞火石玻璃在前时冕牌玻璃在前时2202.085.01.085.0W P W P P因为没有指定玻璃的种类，故暂选用冕牌玻璃进展计算,即0085.00-=P 。
1.4选定玻璃组合鉴于9K 玻璃的性价比较好，所以选择9K 作为其中一块玻璃。
查表发现当000.0=I C ,与0085.00-=P 最接近的组合是9K 与2ZF 组合，此时对应的038.00=P 。
此系统选定9K 与2ZF 组合。
9K 的折射率5163.11=n ，2ZF 的折射率6725.12=n ，038319.00=P ,284074.40-=Q ,06099.00-=W ，009404.21=ϕ，44.2=A ,72.1=K 。
1.5求形状系数Q一般情况下，先利用下式求解出两个Q 的值：AP P Q Q 00-±=∞再与利用下式求的Q 值相比较，取其最相近的一个值：)(1200+-+=∞A P W Q Q 因为 0P P ≈∞，所以可近似为284074.40-==Q Q ,06099.00-==∞W W 。
双胶合望远物镜 ZEMAX 设计
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 ，J1006.14365.7148.01'''4365.7)tan(''0621.335/5tan 58.12'/'tan 148.0502/tan 8.147.34'/tan '/'tan =⨯⨯===--==⇒==⇒===⨯==⨯=Γ=⇒=Γ==y u n J mmw f y mm h h mmh f h u D u mm D D D D uf 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 zz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：mmL 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：0.00128480.00238-0.001095S -0.0010750.003275-0.0022S 0.001160.00554-0.00438S =+====+=I ∏I C列出初级像差方程，求P,W,C00238.0n1-n -dS 0.0032765/u)(u S S 00554.0n1-S 223z 124321-====-=⨯-=u du n υ00000812.0001285.000123.0001075.00000922.00016.058.1223=⇒===⇒-=-==⇒===∏I C C h S W JW P h S P P hP S z由P,W,C,求C W P ,,∞∞ 由于''1,85,58.12f f h ===ϕ所以00069.005591.0)(02846.0)('23======Cf C h WW h PP ϕϕ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。
ZEMAX光学设计报告
ZEMAX 光学设计报告一、设计目的通过对设计一个双胶合望远物镜，学会zemax 软件的基本应用和操作。
二、设计要求设计一个全视场角为1.56°，焦距为1000mm ，且相对孔径为1:10的双胶合望远物镜，要求相高为y`=13.6mm 。
三、设计过程1.双胶合望远物镜系统初始结构的选定1.1选型由于该物镜的全视场角较小，所以其轴外像差不太大，主要校正的像差有球差、正弦差和位置色差。
又因为其相对孔径较小，所以选用双胶合即可满足设计要求。
本系统采用紧贴型双胶合透镜组，且孔径光阑与物镜框相重合。
1.2确定基本像差参量根据设计要求，假设像差的初级像差值为零，即球差0'0=L δ；正弦差0'0s =K ；位置色差0'0=FC l δ。
那么按初级像差公式可得0===∑∑∑I I I I C S S ,由此可得基本像差参量为0===I ∞∞C W P 。
1.3求0P)(()⎪⎩⎪⎨⎧+-+-=∞∞∞∞火石玻璃在前时冕牌玻璃在前时2202.085.01.085.0W P W P P因为没有指定玻璃的种类，故暂选用冕牌玻璃进行计算,即0085.00-=P 。
1.4选定玻璃组合鉴于9K 玻璃的性价比较好，所以选择9K 作为其中一块玻璃。
查表发现当000.0=I C ,与0085.00-=P 最接近的组合是9K 与2ZF 组合，此时对应的038.00=P 。
此系统选定9K 与2ZF 组合。
9K 的折射率5163.11=n ，2ZF 的折射率6725.12=n ，038319.00=P ,284074.40-=Q ,06099.00-=W ，009404.21=ϕ，44.2=A ,72.1=K 。
1.5求形状系数Q一般情况下，先利用下式求解出两个Q 的值：AP P Q Q 00-±=∞再与利用下式求的Q 值相比较，取其最相近的一个值：)(1200+-+=∞A P WQ Q因为 0P P ≈∞，所以可近似为284074.40-==Q Q ,06099.00-==∞W W 。
zemax培训教程-doublet-design
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第八步：修改设计
• 将光栏向透镜移动，可以将横向色差降低，但引入了象散、彗差、 离焦和spot radius的扩大。
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改进设计
• 分析： • (1)一个半径是控制EFL的，另外二个是控制色差的， • (2)光栏的位置对控制象散和彗差的效果不是太理想， • (3)改变厚度的影响不是太大，特别是有边界条件约束的情况下， • (4)主要要校正像差是：球差、横向色差和轴向色差。 • 校正球差的可能办法：(1)增加conic constant；(2)增加透镜 • 校正色差的可能办法： (1)移动光栏，但在这里帮助不大；(2)用新的
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第一步：系统General data设置
• 选择“Gen”按钮，在aperture type中选择Entrance pupil diameter， Aperture value为50。
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第二步：视场和波长的设置
• 点“Fie” 和“Wav”按钮， • 视场角为0，7，10三个， • 波长直接选择可见光。
行hammer， • (2)以BK7/SF5开始。可能会得到BAK1/SF1 或其它组合， • (3)看看所找到玻璃的成本：将光标放在玻璃上，点GLA，BAK1的为
1.67,SF1的为2.25，还可以。
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Glass substitution的限制
• 如果没有限制，会从所有目录中选择玻璃。可以用下面的方法，只 让ZEMAX从指定的目录中选择玻璃：
使用， • (3)采用“substitute”的方法优化。容易、速度快，推荐使用。
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光学设计双胶合透镜实验报告
实验二双胶合透镜
光电信息科学与工程14级2班江晓佳3114008611 一、实验目的
练习ZEMA软件使用
对软件中镜头参数优化
评价镜头的参数
二、实验内容
图像空间F数：8 光波长：F D C 视场：0
参数窗口：
优化前曲面参数
优化后的曲面参数及EFFL和TOTR函数：
优化前的2D图
优化后2D图
优化前MTF和极限衍射图：
优化后MTF和极限衍射图：
优化前SPT和艾里斑直径：
优化后SPT和艾里斑直径：
优化前光线像差：
优化后光线像差：
优化前视场场曲失真：
优化后视场场曲失真：
三、实验结果
在优化前，镜头调制函数曲线与极限衍射曲线有一定的差距，弥散斑也较为分散，场区较大，镜头波长像差有较大差值。
在优化之后，镜头的成像质量有了明显的改善，通过上下对比可以得出，其中看MTF和极限衍射图效果最为明显，在优化后更加接近极限衍射曲线，因为优化后的镜头成像质量更高，这就说明优化已经成功。
四、实验总结
本次实现让我能够更加熟练的使用ZEMAX软件，认识到理论与实践必须相结合的学习方法，同时学习到软件中的优化镜头的功能。
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双胶合设计设计一：
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。
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1.Prescription Date
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具体参数：
1.Lens Data Editor
2.系统二维图
3.系统三维图
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4.点列图
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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。
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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
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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）
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7.OPD Fan(光程差扇形图)
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8.Field Curv/Dist（场曲）
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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。
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2.Prescription Date
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具体参数：
3.Lens Data Editor
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4.系统二维图
5.系统三维图
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6.点列图
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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
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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）
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9.OPD Fan(光程差扇形图)
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10.Field Curv/Dist（场曲）
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