光学设计
姓名：伍征义 学号：20100030333
软件课程设计
题目：定焦镜头的技术指标：焦距：28f mm '=，相对孔径/1/3.5D f '=，图像传感器为CCD ，像素为1200×960，像元为3.8 3.8m m μμ?。在可见光波段设计(取d 、F 、C 三种色光，d 为主波长)。
设计要求：镜片数小于10片，焦距280.2f mm mm '=±，中心相对照度大于65%，轴上点100/lp mm 的MTF 值在0.3以上，轴外0.707视场100/lp mm 的MTF 值在0.15以上，最大畸变＜3.5%。
1. 透镜结构参数，视场、孔径等光学特性参数： System/Prescription Data
GENERAL LENS DATA:
Surfaces : 12
Stop : 6
系统光圈 : 入瞳直径 = 8
Glass Catalogs : SCHOTT
Ray Aiming : Off
变迹 : 均衡,统一的, 因子 = 0.00000E+000
有效的焦点长度 : 27.99988 (系统温度和压力在空气中)
有效的焦点长度 : 27.99988 (在像空间)
Back Focal Length : 17.50113
统计轨迹 : 40.24
图像空间F/# : 3.499984
离轴工作面F/# : 3.499984
工作面F/# : 3.498717
Image Space NA : 0.141422
物空间 NA : 4e-010
光阑半径 : 2.446456
离轴像高 : 2.923143
近轴放大率 : 0
入瞳直径 : 8
入瞳区域 : 17.94058
入瞳直径 : 9.552972
入瞳直径区域 : -33.40412
Field Type : Angle in degrees
最大视场 : 5.96
主光波长 : 0.5875618
镜头单位 : 毫米
角度放大率 : 0.8374358
Fields : 7
Field Type: Angle in degrees
# X-Value Y-Value Weight
1 0.000000 0.000000 1.000000
2 0.000000 3.440000 1.000000
3 0.000000 4.860000 1.000000
4 0.000000 5.960000 1.000000
5 0.000000 -5.960000 1.000000
6 0.000000 -4.860000 1.000000
7 0.000000 -3.440000 1.000000
Vignetting Factors
# VDX VDY VCX VCY VAN
1 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
2 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
3 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
4 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
5 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
6 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
7 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
Wavelengths : 3
Units: 祄
# Value Weight
1 0.486133 1.000000
2 0.587562 1.000000
3 0.656273 1.000000
SURFACE DATA SUMMARY:
Surf Type Comment Radius Thickness Glass Diameter Conic OBJ STANDARD 无限远无限远 0 0
1 STANDARD 17.413 2.21 SSK4A 11.54051 0
2 STANDARD 44.806 0.54 10.92801 0
3 STANDARD 10.871 5.05 N-SK16 10.21077 0
4 STANDARD 无限远 0.87 F14 7.583946 0
5 STANDAR 6.248 4.05 6.356988 0 STO STANDARD 无限远 3.71 4.934923 0
7 STANDARD -6.576 0.84 F14 5.641263 0
8 STANDARD 无限远 2.78 N-SK16 6.386971 0
9 STANDAR -8.484 0.54 7.365901 0
10 STANDARD 40.194 2.18 N-SK16 7.73375 0
11 STANDARD -22.428 17.47 7.845816 0 IMA STANDARD 无限远 5.838666 0 PHYSICAL OPTICS PROPAGATION SETTINGS SUMMARY:
OBJ STANDARD
Use Rays To Propagate To Next Surface : Off
Recompute Pilot Beam : Off
Do Not Rescale Beam Size Using Ray Data: Off
Use Angular Spectrum Propagator : Off
Use Parallel Probing Rays : Off
Reference Radius : Best Fit
1 STANDARD
Use Rays To Propagate To Next Surface : Off
Recompute Pilot Beam : Off
Do Not Rescale Beam Size Using Ray Data: Off
Use Angular Spectrum Propagator : Off
Use Parallel Probing Rays : Off
Reference Radius : Best Fit
2 STANDARD
Use Rays To Propagate To Next Surface : Off
Recompute Pilot Beam : Off
Do Not Rescale Beam Size Using Ray Data: Off
Use Angular Spectrum Propagator : Off
Use Parallel Probing Rays : Off
Reference Radius : Best Fit
3 STANDARD
Use Rays To Propagate To Next Surface : Off
Recompute Pilot Beam : Off
Do Not Rescale Beam Size Using Ray Data: Off
Use Angular Spectrum Propagator : Off
Use Parallel Probing Rays : Off
Reference Radius : Best Fit 4 STANDARD
Use Rays To Propagate To Next Surface : Off
Recompute Pilot Beam : Off
Do Not Rescale Beam Size Using Ray Data: Off
Use Angular Spectrum Propagator : Off
Use Parallel Probing Rays : Off
Reference Radius : Best Fit 5 STANDARD
Use Rays To Propagate To Next Surface : Off
Recompute Pilot Beam : Off
Do Not Rescale Beam Size Using Ray Data: Off
Use Angular Spectrum Propagator : Off
Use Parallel Probing Rays : Off
Reference Radius : Best Fit STO STANDARD
Use Rays To Propagate To Next Surface : Off
Recompute Pilot Beam : Off
Do Not Rescale Beam Size Using Ray Data: Off
Use Angular Spectrum Propagator : Off
Use Parallel Probing Rays : Off
Reference Radius : Best Fit 7 STANDARD
Use Rays To Propagate To Next Surface : Off
Recompute Pilot Beam : Off
Do Not Rescale Beam Size Using Ray Data: Off
Use Angular Spectrum Propagator : Off
Use Parallel Probing Rays : Off
Reference Radius : Best Fit 8 STANDARD
Use Rays To Propagate To Next Surface : Off
Recompute Pilot Beam : Off
Do Not Rescale Beam Size Using Ray Data: Off
Use Angular Spectrum Propagator : Off
Use Parallel Probing Rays : Off
Reference Radius : Best Fit 9 STANDARD
Use Rays To Propagate To Next Surface : Off
Recompute Pilot Beam : Off
Do Not Rescale Beam Size Using Ray Data: Off
Use Angular Spectrum Propagator : Off
Use Parallel Probing Rays : Off
Reference Radius : Best Fit 10 STANDARD
Use Rays To Propagate To Next Surface : Off
Recompute Pilot Beam : Off
Do Not Rescale Beam Size Using Ray Data: Off
Use Angular Spectrum Propagator : Off
Use Parallel Probing Rays : Off
Reference Radius : Best Fit 11 STANDARD
Use Rays To Propagate To Next Surface : Off
Recompute Pilot Beam : Off
Do Not Rescale Beam Size Using Ray Data: Off
Use Angular Spectrum Propagator : Off
Use Parallel Probing Rays : Off
Reference Radius : Best Fit IMA STANDARD
Use Rays To Propagate To Next Surface : Off
Recompute Pilot Beam : Off
Do Not Rescale Beam Size Using Ray Data: Off
Use Angular Spectrum Propagator : Off
Use Parallel Probing Rays : Off
Reference Radius : Best Fit EDGE THICKNESS DATA:
Surf Edge
1 1.560553
2 1.479003
3 3.776587
4 1.738903
5 3.181097
STO 3.074355
7 1.475645
8 1.938914
9 1.567526
10 1.647816
11 17.815745
IMA 0.000000
INDEX OF REFRACTION DATA:
Surf Glass Temp Pres 0.486133 0.587562 0.656273
0 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000
1 SSK4A 20.00 1.00 1.6254675
2 1.61764975 1.61426642
2 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000
3 N-SK16 20.00 1.00 1.62755635 1.62040997 1.61727166
4 F14 20.00 1.00 1.61249349 1.6014005
5 1.59676317
5 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000
6 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000
7 F14 20.00 1.00 1.61249349 1.60140055 1.59676317
8 N-SK16 20.00 1.00 1.62755635 1.62040997 1.61727166
9 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000
10 N-SK16 20.00 1.00 1.62755635 1.62040997 1.61727166
11 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000
12 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000
THERMAL COEFFICIENT OF EXPANSION DATA:
Surf Glass TCE *10E-6
0 0.00000000
1 SSK4A 6.10000000
2 0.00000000
3 N-SK16 6.30000000
4 F14 7.90000000
5 0.00000000
6 0.00000000
7 F14 7.90000000
8 N-SK16 6.30000000
9 0.00000000
10 N-SK16 6.30000000
11 0.00000000
12 0.00000000
F/# DATA:
F/# calculations consider vignetting factors and ignore surface apertures.
Wavelength: 0.486133 0.587562 0.656273 # Field Tan Sag Tan Sag Tan Sag
1 0.0000 deg: 3.4999 3.4999 3.4987 3.4987 3.5003 3.5003
2 3.4400 deg: 3.5059 3.5034 3.5047 3.5022 3.506
3 3.5038
3 4.8600 deg: 3.5115 3.5068 3.510
4 3.5056 3.5121 3.5071
4 5.9600 deg: 3.5169 3.5102 3.5160 3.5090 3.5176 3.5105
5 -5.9600 deg: 3.5169 3.5102 3.5160 3.5090 3.517
6 3.5105
6 -4.8600 deg: 3.5115 3.5068 3.5104 3.5056 3.5121 3.5071
7 -3.4400 deg: 3.5059 3.5034 3.5047 3.5022 3.5063 3.5038 CARDINAL 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 Space
W = 0.486133
Focal Length : -28.009090 28.009090
Focal Planes : -5.395856 0.040035
Principal Planes : 22.613234 -27.969055
Anti-Principal Planes : -33.404946 28.049125
Nodal Planes : 22.613234 -27.969055
Anti-Nodal Planes : -33.404946 28.049125
W = 0.587562 (Primary)
Focal Length : -27.999875 27.999875
Focal Planes : -5.507513 0.031132
Principal Planes : 22.492362 -27.968743
Anti-Principal Planes : -33.507388 28.031007
Nodal Planes : 22.492362 -27.968743
Anti-Nodal Planes : -33.507388 28.031007
W = 0.656273
Focal Length : -28.011649 28.011649
Focal Planes : -5.572360 0.046571
Principal Planes : 22.439289 -27.965077
Anti-Principal Planes : -33.584008 28.058220
Nodal Planes : 22.439289 -27.965077
Anti-Nodal Planes : -33.584008 28.058220
2.像质指标：
实际值 目标值
mm f 9999.27' 28mm
畸变：3.0% ﹤3.5%
MTF ：100 lp/mm41.36% >30%（中心）
100lp/mm50.13% >15%（边缘）
3．公差数据分析结果：
Analysis of Tolerances
Paraxial Focus compensation is on. In this mode, all
compensators are ignored, except paraxial back focus change.
WARNING: RAY AIMING IS OFF. Very loose tolerances may not be computed accurately.
WARNING: Boundary constraints on compensators are ignored when
using fast mode or user-defined merit functions.
Criteria : RMS Spot Radius in 毫米
Mode : Sensitivities
Sampling : 3
Nominal Criteria : 0.00279305
Test Wavelength : 0.5876
Fields: Y Symmetric Angle in degrees
# X-Field Y-Field Weight VDX VDY VCX VCY
1 0.000E+000 0.000E+000 2.000E+000 0.000 0.000 0.000 0.000
2 0.000E+000 4.172E+000 1.000E+000 0.000 0.000 0.000 0.000
3 0.000E+000 -4.172E+000 1.000E+000 0.000 0.000 0.000 0.000
4 0.000E+000 5.960E+000 1.000E+000 0.000 0.000 0.000 0.000
5 0.000E+000 -5.960E+000 1.000E+000 0.000 0.000 0.000 0.000
Worst offenders:
Type Value Criteria Change
TIRY 7 -0.200000000 0.020648258 0.017855209
TIRY 7 0.200000000 0.020648258 0.017855209
TSDY 7 -0.200000000 0.017715670 0.014922620 TSDY 7 0.200000000 0.017715670 0.014922620 TIRX 7 -0.200000000 0.017673023 0.014879973 TIRX 7 0.200000000 0.017673023 0.014879973 TIRY 9 -0.200000000 0.016219483 0.013426433 TIRY 9 0.200000000 0.016219483 0.013426433 TSDX 7 -0.200000000 0.015158243 0.012365194 TSDX 7 0.200000000 0.015158243 0.012365194
Estimated Performance Changes based upon Root-Sum-Square method: Nominal RMS Spot Radius : 0.002793
Estimated change : 0.047942
Estimated RMS Spot Radius: 0.050735
Compensator Statistics:
Change in back focus:
Minimum : -1.006384
Maximum : 1.112594
Mean : 0.000982
Standard Deviation : 0.183204
Monte Carlo Analysis:
Number of trials: 20
Initial Statistics: Normal Distribution
Trial Criteria Change
1 0.037123033 0.034329983
2 0.020444427 0.017651377
3 0.022070168 0.019277118
4 0.029305977 0.026512928
5 0.01275487
6 0.009961826
6 0.043038079 0.040245029
7 0.027220445 0.024427396
8 0.024651186 0.021858137
9 0.034890607 0.032097557
10 0.021699433 0.018906383
11 0.049531026 0.046737976
12 0.020417454 0.017624405
13 0.018984986 0.016191937
14 0.015730620 0.012937570
15 0.043021224 0.040228174
16 0.013961333 0.011168283
17 0.018380679 0.015587629
18 0.020617987 0.017824937
19 0.057143584 0.054350534
20 0.018697437 0.015904387
Nominal 0.002793050
Best 0.012754876 Trial 5
Worst 0.057143584 Trial 19
Mean 0.027484228
Std Dev 0.012222813
Compensator Statistics:
Change in back focus:
Minimum : -1.067454
Maximum : 1.620487
Mean : -0.028083
Standard Deviation : 0.698763
90% <= 0.043038079
50% <= 0.021699433
10% <= 0.013961333
Tolerance Data Summary
Radius and Thickness data are in 毫米.
Power and Irregularity are in double pass fringes at 0.5876 祄
Only spherical and astigmatism irregularity tolerances are listed in the "SURFACE CENTERED TOLERANCES";
Zernike irregularity tolerances are listed under "OTHER TOLERANCES".
Surface Total Indicator Runout (TIR) are in 毫米.
Index and Abbe tolerances are dimensionless
Surface and Element Decenters are in 毫米.
Surface and Element Tilts are in degrees.
SURFACE CENTERED TOLERANCES:
Surf Radius Tol Min Tol Max Power Irreg Thickness Tol Min Tol Max
1 17.413 -0.
2 0.2 - 0.2 2.21 -0.2 0.2
2 44.806 -0.2 0.2 - 0.2 0.54 -0.2 0.2
3 10.871 -0.2 0.2 - 0.2 5.05 -0.2 0.2
4 Infinity - - 1 0.2 0.87 -0.2 0.2
5 6.248 -0.2 0.2 - 0.2 4.05 -0.2 0.2
6 Infinity - - - - 3.71 -0.2 0.2
7 -6.576 -0.2 0.2 - 0.2 0.84 -0.2 0.2
8 Infinity - - 1 0.2 2.78 -0.2 0.2
9 -8.484 - 0.2 0.2 - 0.2 0.54 -0.2 0.2
10 40.194 -0.2 0.2 - 0.2 2.18 -0.2 0.2
11 -22.428 - 0.2 0.2 - 0.2 17.47 - -
12 Infinity - - - - 0 - - SURFACE DECENTER/TILT TOLERANCES:
Surf Decenter X Decenter Y Tilt X Tilt Y TIR X TIR Y
1 0.
2 0.2 - - 0.2 0.2
2 0.2 0.2 - - 0.2 0.2
3 0.2 0.2 - - 0.2 0.2
4 0.2 0.2 - - 0.2 0.2
5 0.2 0.2 - - 0.2 0.2
6 - - - - - -
7 0.2 0.2 - - 0.2 0.2
8 0.2 0.2 - - 0.2 0.2
9 0.2 0.2 - - 0.2 0.2
10 0.2 0.2 - - 0.2 0.2
11 0.2 0.2 - - 0.2 0.2
12 - - - - - - GLASS TOLERANCES:
Surf Glass Index Tol Abbe Tol
1 SSK4A 0.001 0.55142
3 N-SK16 0.001 0.60324
4 F14 0.001 0.38232
7 F14 0.001 0.38232
8 N-SK16 0.001 0.60324
10 N-SK16 0.001 0.60324
ELEMENT TOLERANCES:
Ele# Srf1 Srf2 Decenter X Decenter Y Tilt X Tilt Y
1 1
2 0.2 0.2 0.2 0.2
2 3 5 0.2 0.2 0.2 0.2
3 7 9 0.2 0.2 0.2 0.2
4 10 11 0.2 0.2 0.2 0.2
4.软件课程设计心得体会：
光学软件课程设计就这样结束了，回想起整个课程设计的过程，可以说是受益匪浅。本次课程设计我们学习的光学应用软件是ZEMAX,
它是集光学设计于一体的一款软件。虽然界面看起来很简单，但是功能却非常强大，应用也是很广泛的。
在老师的带领下，我们由ZEMAX的基本菜单到运用它实现各种光学光路的设计进行了为期一周的学习。经过学习我了解到，ZEMAX可用来实现序列和非序列分析，光学组件设计及照明系统的照度分析，也可用来建立反射、折射、绕射等光学模型等。一个完整的光学设计结果应需要的内容有：（1）主要参数：焦距、相对孔径、视场、倍率、物距、像距等；（2）光学系统结构参数；（3）成像质量：初级像差、轴上点像差、轴外点像差；（4）像差曲线：球差曲线、点图、传函图等等。
对于本次软件课程设计，我觉得比较难的是光学模型建立之后，根据目标对模型进行优化。优化中比较重要的就是自建立评价函数或使用默认评价函数，由于我们都是初学都是初学者，对软件里的许多函数的功能都不清楚，建立评价函数时总会遇到各种问题，譬如建立的评价函数对模型进行优化后效果不理想，或者优化失败等。对模型的优化中，我觉得还有一点比较重要的就是对模型中哪些参数进行变量设置，因为如果设置不当可能会使模型效果变差，不能达到想要的结果。
总之，本次软件课程设计，自己的收获还是蛮大的。此次在软件课设所学的东西，相信会使自己受益终身。
硬件课程设计
题目：望远镜的组装
设计要求：根据所发的望远镜的零部件，组装一个焦距可调的双筒望远镜。
望远镜用于观察远处物体的细节。由于望远镜所成的像对眼睛张角大于物体本身对眼睛的直观张角，所以通过望远镜观察时，远处的物体似乎被移近了，人们可以看清晰远处物体的细节，扩大了人眼观测远距离物体的能力。望远镜是许多光学仪器的组成部分，其机械性能和光学性能直接影响仪器的测量精度。
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】
3.2 望远镜分类及相应工作原理
1．折射式望远镜
是用透镜作物镜的望远镜。分为两种类型：由凹透镜作目镜的称伽利略望远镜；由凸透镜作目镜的称开普勒望远镜。因单透镜物镜色差和球差都相当严重，现代的折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜。其中以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制成的凸透镜和一块火石玻璃制成的凹透镜组成，对两个特定的波长完全消除位置色差，对其余波长的位置色差也可相应减弱在满足一定设计条件时，还可消去球差和彗差。由于剩余色差和其他像差的影响，双透镜物镜的相对口径较小，一般为1/15-1/20，很少大于1/7，可用视场也不大。口径小于8厘米的双透镜物镜可将两块透镜胶合在一起，称双胶合物镜，留有一定间隙未胶合的称双分离物镜。为了增大相对口径和视场，可采用多透镜物镜组。对于伽利略望远镜来说，结构非常简单，光能损失少。镜筒短，很轻便。而且成正像，但倍数小视野窄，一般用于观剧镜和玩具望远镜。对于开普勒望远镜来说，需要在物镜后面添加棱镜组或透镜组来转像，使眼睛观察到的是正像。一般的折射望远镜都是采用开普勒结构。由于折射望远镜的成像质量比反射望远镜好，视场大，使用方便，易于维护，中小型天文望远镜及许多专用仪器多采用折射系统，但大型折射望远镜制造起来比反射望远镜困难得多，因为冶炼大口径的优质透镜非常困难，且存在玻璃对光线的吸收问题，所以大口径望远镜都采用反射式。2．反射式望远镜
是用凹面反射镜作物镜的望远镜。可分为牛顿望远镜.卡塞格林望
远镜等几种类型。反射望远镜的主要优点是不存在色差，当物镜采用抛物面时，还可消去球差。但为了减小其它像差的影响，可用视场较小。对制造反射镜的材料只要求膨胀系数较小、应力小和便于磨制。磨好的反射镜一般在表面镀一层铝膜，铝膜在2000-9000埃波段范围的反射率都大于80%，因而除光学波段外，反射望远镜还适于对近红外和近紫外波段进行研究。反射望远镜的相对口径可以做得较大，主焦点式反射望远镜的相对口径约为1/5-1/2.5，甚至更大，而且除牛顿望远镜外，镜筒的长度比系统的焦距要短得多，加上主镜只有一个表面需要加工，这就大大降低了造价和制造的困难，因此目前口径大于1.34米的光学望远镜全部是反射望远镜。一架较大口径的反射望远镜，通过变换不同的副镜，可获得主焦点系统(或牛顿系统)、卡塞格林系统和折轴系统。这样，一架望远镜便可获得几种不同的相对口径和视场。反射望远镜主要用于天体物理方面的工作。
3. 折反射望远镜
是在球面反射镜的基础上，再加入用于校正像差的折射元件，可以避免困难的大型非球面加工，又能获得良好的像质量。比较著名的有施密特望远镜，它在球面反射镜的球心位置处放置一施密特校正板。它是一个面是平面，另一个面是轻度变形的非球面，使光束的中心部分略有会聚，而外围部分略有发散，正好矫正球差和彗差。还有一种马克苏托夫望远镜，在球面反射镜前面加一个弯月型透镜，选择合适的弯月透镜的参数和位置，可以同时校正球差和彗差。及这两种望远镜的衍生型，如超施密特望远镜，贝克―努恩照相机等。在折
反射望远镜中，由反射镜成像，折射镜用于校正像差。它的特点是相对口径很大(甚至可大于1)，光力强，视场广阔，像质优良。适于巡天摄影和观测星云、彗星、流星等天体。小型目视望远镜若采用折反射卡塞格林系统，镜筒可非常短小。
四、望远镜的一般特性
4.1 望远镜外形尺寸设计
望远镜的光学系统简称望远系统，由物镜和目镜组成。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，光学间隔等于零。在观测有限距离的物体时，两系统的光学间隔是一个不为零的小数量。一般研究时，可以认为望远镜是由光学间隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。这样平行光射入望远系统后仍以平行光射出。图 1 表示了一种常见望远系统的光路图，图中望远镜的物镜和目镜都是正透镜，也就是开普勒望远镜。
图1 开普勒望远镜
另一种是伽俐略望远镜，物镜是一块正透镜，目镜是一块负透镜，如图 2 所示。由于伽俐略望远镜没有中间实像，不能安装分划板用来瞄准和定位。所以应用很少。
图2 伽俐略望远镜
4.2 对于望远镜系统有以下参数：
1. 垂轴放大率
垂轴放大率代表共轭面像高和物高之比。主要公式有：
''
'f x x f y y -=-==β ''ff xx =
2. 角放大率
角放大率是共轭面上的轴上点A 发出的光线通过光学系统后，与光轴的夹角'U 的正切和对应的入射光线所成德夹角U 的正切之比。一般用γ表示。主要公式有：
U U tan tan '
=γ u u '=γ
3. 轴向放大率
当物平面沿光轴移动微小的距离dx 时，像平面相应地移动距离'dx ，比例dx
dx '
称为光学系统的轴向放大率，用α表示。它代表平行于光轴的微小线段所成德像与该线段二者长度之比。主要公式有：
2'2
'''l f fl dl dl dx dx -===α x x dx dx ''-==α
4.视放大率
视放大率是望远镜最重要的光学性能之一，它表示仪器放大作用
的大小。视放大率必须满足对仪器的精度要求，对不同的仪器精度要求也不一样。
（1）观察仪器。
有以下关系：
Γ='
'60α，
可由要求得分辨角α即可求出需要的视角放大率Γ。
（2）瞄准仪器。
使用压线瞄准时为：
Γ=?'
'60α，
用对线、双线或叉线瞄准时为：
Γ=?'
'10α。
（3）测距仪器。测距仪器的精度要求是测距误差。
Γ?=?-B l l 2
5105，
根据一定距离l 上要求得测距误差l ?和仪器的基线B ，即可求得视放大率Γ。
视放大率除了和仪器工作精度有关外，还与其他一系列因素有关，必须同时兼顾，介绍如下。
（1）视放大率和仪器体积、重量的关系。
''';D D f f =Γ-=Γ目物。
在目镜焦距'目f 和出瞳直径'D 一定条件下，Γ越大，物镜焦距'物f 和口
径D 越大。
（2）视放大率Γ和视场ω2的关系。
ωωtan tan '
=Γ。
ω为望远镜的物方视场角，它标志着仪器的观察范围。一定类型的目镜，它的视场角'2ω是一定的，增大视放大率Γ必须同时减少视场角ω2。
（3）仪器的使用条件对视放大率也有限制。
（4）望远镜的有效放大率。
人眼的视角分辨率为''60，有：αω
ω'''
60tan tan ≈=Γ，如果要求仪器的视角分辨率和衍射分辨率相等，则应满足：D
''''14060
=Γ，符合以上关系的视放大率称为望远镜的“有效放大率”。
5. 极限分辨角 通常，我们把望远镜刚能分辨的两物点在望远镜系统上成的两像点之间的夹角叫做望远镜的极限分辨角。它的大小与望远镜的视放大率以及垂轴，轴向放大率有关。
ω=1.22λ/D
其中，λ为入射波长，D 为入瞳直径。望远镜的最灵敏波长为555纳米，当入瞳单位取mm ，极限分辨角取秒时，ω’=140/D 。
五、望远镜的组装
5.1望远镜的组装由机械部分和光学部分构成。望远镜的机械性能主要由加工精度保证，装配时要注意个机械部件的定位，这样才能保证光路的精确。组装时根据光路图确定各机械部件的安装位置。本次望远系统采用普罗I 型棱镜转像，普罗I 型棱镜如下图：
光学系统设计作业
显微物镜光学参数要求为：β=2?，NA =0.1，共轭距离为195mm 。 1）根据几何光学计算相应参数； 2）运用初级像差理论进行光学系统初始结构计算； 3）使用光学设计软件对初始结构进行优化，要求视场角o 5±； 4）根据系统的特点列出优化后结构的主要像差分析； 5）计算优化后结构的二级光谱色差。 一、显微物镜的基本参数计算 为有效控制显微镜的共轭距离，显微镜设计时，一般总是逆光路设计，即按1/β进行设计。该显微物镜视场小，孔径不大，只需要校正球差、正弦差和位置色差。因此，采用双胶合物镜。 '''' 1 2 195111l l l l l l f β==- -=-= 解，得 ''6513043.33l l f ==-= 正向光路 根据 '' ' J nuy n u y == sin NA n u = 在近轴情况下 NA nu = ' 2y y β== 由此可求解 ''' 0.05NA n u == 由此可知逆向光路的数值孔径 综上，该显微物镜的基本参数为 NA 'f 'l l 0.05 43.33 65 130- 二、求解初始基本结构
1）确定基本像差参量 根据校正要求，令'0L δ=、'0SC =、' 0FC L ?=，即 0C S S S I ∏ I ===∑∑∑，即 43332220 00 z C S h P S h h P Jh W S h C φφφφI I ∏ I ===+===∑∑∑ 解，得 0P W C I === 将其规化到无穷远 11sin 0.1NA n u ==，11n = 则 11sin 0.1/2u U β=?=-，11 6.5h l u mm =?= 规化孔径角为 110.1 20.3333071 6.543.33 u u h φ-== =-? 由公式 () ()() 21141522P P W u W W u μμ∞∞ =++++=++可求得规化后的基本像差参量 代入可得 0.36560.8832 P W ∞∞ ==- 2）选择玻璃组合 取冕牌玻璃在前 得 ( ) 2 00.850.1 0.155792P P W ∞ ∞ =-+=- 根据0P 和C I ，查表选取相近的玻璃组合为BaK7-ZF3，其参数为 Bak7:56,5688.111==v n ZF3:5.29,7172.122==v n 0010.11520, 4.295252, 2.113207P Q ?=-=-= 2.397505A =， 1.698752K = 3）求形状系数Q
(整理)各种光学设计软件介绍-学习光学必备-peter.
光学设计软件介绍 ZEMAX是美国焦点软件公司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Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），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。ZEMAX的主要特色：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，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，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设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。 CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA?）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面： 1．CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地
光学设计作业答案Word版
现代光学设计作业 学号：2220110114 姓名：田训卿
一、光学系统像质评价方法 (2) 1.1 几何像差 (2) 1.1.1 光学系统的色差 (3) 1.1.2 轴上像点的单色像差─球差 (4) 1.1.3 轴外像点的单色像差 (5) 1.1.4 正弦差、像散、畸变 (7) 1.2 垂直像差 (7) 二、光学自动设计原理9 2.1 阻尼最小二乘法光学自动设计程序 (9) 2.2 适应法光学自动设计程序 (11) 三、ZEMAX光学设计.13 3.1 望远镜物镜设计 (13) 3.2 目镜设计 (17) 四、照相物镜设计 (22) 五、变焦系统设计 (26)
一、光学系统像质评价方法 所谓像差就是光学系统所成的实际像和理想像之间的差异。由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在光学系统成像质量优劣的问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。 （1）光学系统实际制造完成后对其进行实际测量 ?星点检验 ?分辨率检验 （2）设计阶段的评价方法 ?几何光学方法：几何像差、波像差、点列图、几何光学传递函数 ?物理光学方法：点扩散函数、相对中心光强、物理光学传递函数 下面就几种典型的评价方法进行说明。 1.1 几何像差 几何像差的分类如图1-1所示。 图1-1 几何像差的分类
1.1.1 光学系统的色差 光波实际上是波长为400~760nm 的电磁波。光学系统中的介质对不同波长光的折射率不同的。如图1-2，薄透镜的焦距公式为 ()'121111n f r r ??=-- ??? (1-1) 因为折射率n 随波长的不同而改变，因此焦距也要随着波长的不同而改变， 这样，当对无限远的轴上物体成像时，不同颜色光线所成像的位置也就不同。我们把不同颜色光线理想像点位置之差称为近轴位置色差，通常用C 和F 两种波长光线的理想像平面间的距离来表示近轴位置色差，也成为近轴轴向色差。若l ′F 和l ′c 分别表示F 与C 两种波长光线的近轴像距，则近轴轴向色差为 '''FC F C l l l ?=- (1-2) 图1-2 单透镜对无限远轴上物点白光成像 当焦距'f 随波长改变时，像高'y 也随之改变，不同颜色光线所成的像高也不 一样。这种像的大小的差异称为垂轴色差，它代表不同颜色光线的主光线和同一基准像面交点高度（即实际像高）之差。通常这个基准像面选定为中心波长的理 想像平面。若'ZF y 和'ZC y 分别表示F 和C 两种波长光线的主光线在D 光理想像平面 上的交点高度，则垂轴色差为 '''FC ZF ZC y y y ?=- (1-3)
光学设计报告
湖北第二师范学院《光学系统设计》 题目：望远镜的设计 姓名：刘琦 学号:1050730017 班级：10应用物理学
目录 望远系统设计............................................................................................... 第一部分：外形尺寸计算 .......................................................................... 第二部分：PW法求初始结构参数（双胶合物镜设计） ....................... 第三部分：目镜的设计 .............................................................................. 第四部分：像质评价 .................................................................................. 第五部分心得体会 ..................................................................................
望远镜设计 第一部分：外形尺寸计算 一、各类尺寸计算 1、计算'f o 和'f e 由技术要求有：1 '4 o D f = ，又30D mm =，所以'120o f mm =。 又放大率Γ＝6倍，所以' '206o e f f mm ==。 2、计算D 出 30 3056 D D D mm =∴= = =Γ物出物 3、计算D 视场 2'2120416.7824o o D f tg tg mm ω==??=视场 4、计算'ω（目镜视场） ''45o tg tg ωωωΓ?=?≈ 5、计算棱镜通光口径D 棱 （将棱镜展开为平行平板，理论略） 该望远系统采用普罗I 型棱镜转像，普罗I 型棱镜如下图： 将普罗I 型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：
哈工大光电技术基础及应用大作业
《光电技术基础及应用》大作业 （2015年春季学期） 题目激光测距原理及军事应用 姓名崔晓蒙 学号1110811005 班级1108110班 专业机械设计制造及其自动化 报告提交日期2015年4月23日 哈尔滨工业大学
大作业要求 1.请根据课堂布置的4道大作业题，任选其一，题目自拟，拒绝雷 同和抄袭； 2.大作业最好包含自己的心得、体会或意见、建议等； 3.大作业统一用该模板撰写，字数不少于5000字，上限不限； 4.正文格式：小四号字体，行距为1.25倍行距； 5.图表规范，参考文献不少于8篇； 6.用A4纸单面打印；左侧装订，1枚钉； 7.大作业需同时提交打印稿和2003word电子文档予以存档，电子文 档由班长收齐，统一发送至：j_jyq@https://www.360docs.net/doc/1710678895.html,； 8.此页不得删除。 评语： 成绩（20分）：教师签名： 2015年5月25日
《激光测距原理及军事应用》 摘要：本文简要介绍了脉冲激光测距原理及常见的激光测距光源，并对它们在军事上的应用作了相应的介绍。 关键词：激光测距，激光光源，军事应用 1.概述 1960年一种神奇的光诞生了，它就是激光。激光的英文名称是Laser，取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大”。由于激光在亮度、方向性、单色性以及相干性等方面都有不俗的特点，它一出现就吸引了众多科学工作者的目光，并被迅速地被应用在工业生产方面、国防军工方面、房地产业、各级科研机构、工程、防盗安全等各个行业各个领域：激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等）、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。有关于激光的研究与生产制造也如火如荼地开展了起来。 激光与普通光源所发出的光相比，有显著的区别，形成差别的主要原因在于激光是利用受激辐射原理和激光腔滤波效应。而这些本质性的成因使激光具有一些独特的特点： 1.激光的亮度高。固体激光器的亮度更可高达1011W／cm2Sr这是因为激光虽然功率有限，但是由于光束极小，于是具有极高的功率密度，所以激光的亮度一般都大于我们所见所有光（包括可见光中的强者：太阳光），这也是激光可用于星际测量的根本原因所在； 2.激光的单色性好。这是因为激光的光谱频率组成单一。 3.激光的方向性好。激光具有非常小的光束发散角，经过长距离的飞行以后仍然能够保持直线传输； 4.激光的相干性好。我们通常所见到的可见光是非相干光，激光可以做到他们都做不到的事情，比如说切割钢材。 在测距领域，激光的作用更是不容忽视，可以这样说，激光测距是激光应用最早的领域（1960年产生，1962年即被应用于地球与月球间距离的测量）。测量的精确度和分辨率高、抗干扰能力强，体积小同时重量轻的激光测距仪受到了大多数有测距需求的企业、机构或个人的青睐，其市场需求空间大，应用领域广行业需求多，并且起着日益重要的作用。 激光测距是激光在军事上应用最早和最成熟的技术。自1960年第一台激光器--红宝石激光器发明以来，便有人开始进行激光测距的研究。和微波测距等其
光学设计报告
光学设计课程报告 班级： 学号： 姓名： 日期：
目录 双胶合望远物镜的设计 (02) 摄远物镜的设计 (12) 对称式目镜的设计与双胶合物镜的配合 (20) 艾尔弗目镜的设计 (30) 低倍消色差物镜的设计 (38) 无限筒长的高倍显微物镜的设计 (47) 双高斯照相物镜的设计 (52) 反摄远物镜的设计 (62) 课程总结 (70)
双胶合望远物镜的设计 1、设计指标： 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：视放大率： 3.7?；出瞳直径：4mm ；出瞳距离：大于等于20mm ；全视场角：210w =?；物 镜焦距： ' =85f mm 物；棱镜折射率：n=(K9)；棱镜展开长：31mm ；棱镜与物镜的 距离40mm ；孔径光阑为在物镜前35mm 。 2、初始结构计算 (1) 求 J h h z ，， 根据光学特性的要求4.728.142=== D h ： 44.75tan 85tan ''=?=?=οωf y 0871 .0''==f h u 648.0'''==y u n J (2)计算平行玻璃板的像差和数 C S S S I I I I ，， 平行玻璃板入射光束的有关参数为 0871.0=u 0875.0)5tan(-=-=οz u 005 .1-=u u z 平行玻璃板本身的参数为 d=31mm ； n=； 1.64=ν 带入平行玻璃板的初级像差公式可得： 000665.01.51631-1.5163×0.0871×-3113 24 432-==--=I du n n S 0.0006682=(-1.005)×-0.000665=u u × =z I I I S S 000824.0087.05163.11.6415163.131122 22-=??-?-=--=I u n n d S C υ
课程名称现代光学设计方法-北京理工大学研究生院
课程名称：现代光学设计方法 一、课程编码：0400013 课内学时：32学分：2 二、适用专业：仪器科学与技术各专业，光学工程专业，物理电子学专业 三、先修课程：应用光学，物理光学，光学测量，光学工艺等。 四、教学目的： 通过本课程的学习，使研究生： 1、了解现代光学系统像质评价所采用的方法，了解几何像差、垂轴像差、波像差、点列图、包围圆能量、光学传递函数等常用像质评价指标的概念和特点，掌握用Zemax软件中相应功能的使用方法； 2、了解光学自动设计的原理，了解适应法和阻尼最小二乘法两种自动优化方法的原理和特点，掌握用Zemax软件中自动优化功能的使用方法； 3、了解公差分析与计算的原理，掌握常用光学系统公差分析与计算的方法，掌握用Zemax软件中公差分析计算功能的使用方法； 4、学习经典光学系统的设计方法，了解变焦距系统的原理和设计方法，掌握用Zemax 软件中相应功能设计光学系统的方法； 5、学习空间光学系统、红外光学系统、非球面光学系统等现代典型光学系统的特点和设计方法。 五、教学方式： 课堂讲授，材料自学与课堂讨论，穿插设计实例分析。 六、教学主要内容及对学生的要求： 1光学系统像质评价方法4学时 1.1光学系统的坐标系统、结构参数和特性参数 1.2检测阶段的像质评价指标——星点检验 1.3检测阶段的像质评价指标——分辨率测量 1.4几何像差的定义及其计算 1.5垂轴像差的概念及其计算 1.6几何像差计算程序ABR的输入数据与输出结果 1.7几何像差及垂轴像差的图形输出 1.8用波像差评价光学系统的成像质量 1.9光学传递函数 1.10点列图 1.11包围圆能量 2光学自动设计方法4学时 2.1阻尼最小二乘法光学自动设计程序 2.2光学自动设计的全局优化 2.3适应法光学自动设计程序 2.4典型光学设计软件介绍 3公差分析与计算4学时 3.1公差设计中的评价函数 3.2光学公差的概率关系 3.3公差设计中的随机模拟检验
网站美工设计基础四次作业
作业一： 1. [单选题] 平面构成是从（B ）这些单个元素开始的。 A、色彩、图形 B、点、线、面 C、构图、排版 D、文字、图片 2．[单选题] 在几何学上，点只有位置，没有（B ） A、色彩 B、大小和形状 C、空间 D、长度 3．[单选题] （B ）是平面构成中最基本的单位元素。 A、点 B、基本形 C、线 D、骨格 4. [单选题] 重复构成是指以一个基本形为主体，在骨格内（B ）排列，排列可做方向、位置及大小等变化。 A、随意 B、重复 C、倾斜 D、并列 5. [单选题] 平时说的“万绿丛中一点红”、“鹤立鸡群”等指的是（A ）现象。 A、特异 B、重复 C、分割 D、自然 6. [单选题] 渐变构成指的是基本形或骨格有规律的（）地变化。 A、渐次 B、倾斜 C、重复 D、排列 7. [单选题] 光是指发光体释放出的射线，即（ A） A、光线 B、色彩 C、色光 D、辐射 8. [单选题] 自然界中，任何客观物象色彩关系的形成都具备光源的照射、物体的反射和环境的折射3个基本因素，即光源色、固有色、（C ）。 A、太阳光 B、人造光 C、环境色 D、对比色 9. [单选题] 明度是指色彩的明暗程度或深浅程度，以光源色来说可以称为（C ） A、深度 B、浅度 C、明暗度 D、发光度 10. [单选题]
同类色是指在色相环中任意（C ）左右的两种以上的颜色。 A、130° B、180° C、15° D、45° 作业二 1．[判断题] 光线与色彩是相互依存的，光是前提，色是结果，没有光也会有色彩。（×）2. [判断题] 固有色不是一个非常准确的概念，因为物体本身并不存在恒定的色彩。（∨）3. [判断题] 光线微弱时物体的固有色变得暗淡模糊。（∨） 4. [判断题] 在可见光谱中红、橙、黄、绿、青、蓝、紫是最纯的颜色。（∨） 5. [判断题] 同种色是指在色相环中任意一种颜色自身产生相同明度的变化的颜色。（∨）6. [判断题] 在平面构成的学习中，可以不考虑设计的具体应用，而把注意力集中于形 式的创造。（∨） 7. [判断题] 平面构成中的重复、特异、对称等方法都可应用到标志设计中。（∨） 8. [判断题] 平面构成中的点是相对而言的，一般来说，点越大，点的感觉越强。（×）9. [判断题] CorelDRAW软件中，按住Ctrl+Alt键后拖动鼠标，可绘制出以鼠标单击点 为中心的正方形边界的网格。（×） 10. [判断题] 矢量图形与分辨率无关，可以将它缩放到任意大小都不会影响其清晰度。（∨） 作业三 1. [单选题] 骨格决定了基本形在构图中（A ）。 A、彼此的关系 B、大小 C、空间 D、形状 2. [单选题] 特异构成指在有规律的形态中，出现一个或几个（ A）的元素。 A、变异 B、相同 C、重复 D、渐变
光学设计论文
第一章前言 随着光学设计的发展，光学仪器已经普遍应用在社会的各个领域。光学仪器的核心部分是光学系统。光学系统成像质量的好坏决定着光学仪器整体质量的好坏。然而，一个高质量的成像光学系统要靠良好的光学设计去完成。 光学设计的理论和方法也在发生着日新月异的变化。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。 所谓光学系统设计即设计出系统的性能参数、外形尺寸、和各光组的结构等，大体上分为两个阶段，第一阶段为“初步设计”或者“外形尺寸设计”，即根据仪器总体的设计要求，从仪器总体出发，拟定出光学系统的原理图，
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。第二阶段称为
“像差设计”，一般称为“光学设计”，即根据初步设计的结果，确定每个透镜的具体结构参数，以保证满足系统光学特性和成型质量成像质量的要求。 一个光学仪器工作性能的优劣，初步设计是关键，当然在初步设计合理的条件下，如果像差设计不当，同样也可能造成不良后果。一个好的设计应该是在满足使用要求的情况下，结构设计最简单的系统。 光学设计是20世纪发展起来的一门学科，至今已经经历了一个漫长的过程。光学系统设计的具体过程：制定合理的技术参数，光学系统总体设计和布局，光组的设计（包括选型，初始结构的计算，像差校正、平衡与像质评价），长光路的拼接与统算，绘制光学系统图、部件图和零件图，编写设计说明书，进行技术答辩。 光学设计的设计步骤为选择系统的类型，分配元件的光焦度，校正初始像差，减小残余像差（高级像差）。重复以上步骤，最终会找到一个满意结果。
现代光学设计作业
现代光学设计——结课总结 光学工程一班陈江坤 学号2120100556
一、掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。 像质评价方法 一、几何像差曲线 1、球差曲线： 球差曲线纵坐标是孔径，横坐标是球差（色球差），使用这个曲线图，一要注意球 差的大小，二要注意曲线的形状特别是代表几种色光的几条曲线之间的分开程度，如果单 根曲线还可以，但是曲线间距离很大，说明系统的位置色差很严重。 2、轴外细光束像差曲线 这一般是由两个曲线图构成。图中左边的是像散场曲曲线，右边的是畸变，不同颜色 表示不同色光，T和S分别表示子午和弧矢量，同色的T和S间的距离表示像散的大小，纵坐标为视场，左图横坐标是场曲，右图是畸变的百分比值，左图中几种不同色曲线间距 是放大色差值。
3、横向特性曲线（子午垂轴像差曲线）： 不同视场的子午垂轴像差曲线，纵坐标EY代表像差大小，横坐标PY代表入瞳大小，每一条曲线代表一个视场的子午光束在像面上的聚交情况。理想的成像效果应当是曲线和横轴重合，所有孔径的光线对都在一点成像。纵坐标上对应的区间就是子午光束在理想像面上的最大弥散斑范围。这个数值和点列图中的GEO尺寸一致，GEO尺寸就是横向特性曲线中该视场三个光波中弥散最大的那个半径。其中主光线用于描述单色像差情况；三个波长曲线用于描述垂轴色差情况。横向像差特性曲线图表示了视场角由小到大时垂轴像差曲线的变化，从中可以看出子午垂轴像差随视场变化规律。子午垂轴像差曲线的形状当然是子午像差：细光束子午场曲、子午球差和子午彗差决定的，因此曲线形状和像差数量的对应关系经常在像差校正中用到。根据像差曲线可以判断出要改善系统的成像质量，就必须改变曲线的形状和位置，即改变三种子午像差的数量。 将子午光线对a、b作连线，该连线的斜率m = (Ya-Yb)/2h 与宽光束子午场曲X’T 成正比。口径改变时，连线斜率变化表示宽光束子午场曲也随着变化。当口径减小趋于0时，连线成了坐标原点(对应主光线)的切线，切线的斜率和细光束子午场曲x’t相对应。子午光线对连线的斜率与原点切线斜率之间的差和子午球差(X’T –x’t)成正比，两个斜率夹角越大，子午球差越大。即：宽光束子午场曲与细光束子午场曲的差和子午球差成正比。当宽光束子午场曲与细光束子午场曲的符号由同号变成异号时表明子午球差加大。子午光线对连线和纵坐标交点的高度等于(Ya +Yb)/2，是子午彗差K’T。不同波长子午光线对连线和纵坐标交点之差表示两种不同波长光之间的“色彗差”。彗差是与孔径和视场都有关的一个像差，主要反映了经过光学系统后与主光线原对称的光线对不再与主光线对称的情形，能量上反映了对于中心点的不对称，也就是“彗尾现象”。 至于色差情况，三个波长的横向特性曲线差值就反映了轴外点垂轴色差的情况。横向特性曲线充分反映了轴外像点的成像质量和随入瞳孔径、视场大小的变化规律。在光学设计过程中，我们需要仔细的分析这些像差中那一个占据主要地位以及采取相应的措施，达到像差校正和像差平衡的目的。 弧矢像差的分析方法与子午像差分析方法相同。 对应轴上点，只有两种像差需要分析，即：轴向球差和轴向色差。“轴上点像差特性曲线（longitudinal aberration）”，通过对于轴上点球差、轴向色差的描述，综合的反映了轴上点成像质量；“场曲和畸变特性曲线”，描述了系统的子午场曲、弧矢场曲、色散、畸变等像差参数；“横向色差特性曲线”，描述了系统垂轴色差随着视场变化的规律。 二、点列图 由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，称为点列图。，点列图是在现代光学设计中最常用的评价方法之一。
三片式物镜设计+Zemax文件截图-北交大工程光学设计作业
三片式物镜的设计 小组成员： 执笔人：
1.设计任务的具体指标及其要求 35mm相机胶片50mm焦距F/3.5 玻璃最小中心厚度与边缘厚度4mm，最大中心厚18mm 空气间隔最小2mm 可见光波段光阑位于中间透镜各透镜所用材料SK4---F2----SK4 2.入瞳直径的设定 点击Gen打开General窗口，在General系统通用数据对话框中设置孔径。在孔径类型中选择Image Space F/#，并根据设计要求在Aperture Value中输入3.5.
3.视场的设定 由于使用35mm相机胶片，其规格尺寸为36mm*24mm，Zemax中一般使用圆形像面，因此该矩形像面的外接圆半径经计算为21.7mm，0.707像高的视场高度为15.3mm。 点击Fie打开Field Data窗口，设置三个视场分别为0mm、15.3mm、21.7mm。
4.工作波长的设定 选择可见光波段，点击Wav按钮，设置Select-F，d，C（Visible），自动输入三个特征波长。
5.评价函数的选择 执行命令Editors----Mreit Function打开Mreit Function Editor编辑窗口，在Mreit Function Editor编辑窗口中执行命令Tools---Default Merit Function，打开默认评价函数对话窗口，选择RMS---Spot Radius--Centroid评价方法，并将厚度边界条件设置为玻璃最小中心厚度与边缘厚度4mm，最大中心厚18mm，空气间隔最小2mm。
6.系统的透镜参数设定 在Lens Data Editor中输入部分初始结构，设置中间透镜为光阑，设置各透镜所用玻璃材料类型。 因为此时的焦距为49.7684
LED照明灯具与光学系统设计
LED照明技术陕西科技大学 电气与信息工程学院 王进军
第七章LED照明光学系统设计 7.1 LED照明光学系统设计CAD软件 7.2 LED照明光学系统的设计原理 7.3 LED照明数据与计算 7.2 LED照明光学系统的选择 7.3 LED矿灯设计 7.4 应用于博物馆文物展示的白光LED照明系统设计 7.5 白光LED射灯设计
第七章LED照明光学系统设计 LED光学系统设计包括LED发光管内的光学设计和LED 发光管外的光学设计，前者通常称为一次光学设计，而后者则称为二次光学设计。 LED内通常由芯片、反射杯和透明环氧树脂制成的光学透镜组成。LDE芯片、反射杯和透镜的几何形状决定了LED出光后的空间光强分布。
第七章LED照明光学系统设计 LED发光管外的二次光学设计主要是根据不同的实际应用需求使LED出光后的空间光强分布发生改变，即光能量的分布发生变化，从而更有效、更合理地利用有限的光能量。 因此，LED照明光学系统设计主要指的是LED发光外的二次光学设计。
§7.1 LED照明光学系统设计CAD软件 计算机辅助设计(CAD)技术的飞速发展，使得照明光学系统的研究方法发生了巨大的变化，这主要表现在光学机构仿真软件在照明产业中的普及。 目前，国际上采用的照明光学系统的设计软件主要下面有三种:
§7.1 LED照明光学系统设计CAD软件 ?TarcePro光学机构仿真软件、 ?AASP高级系统分析程序、 ?Lighttoo1s照明系统设计软件。 在我国大陆用的较多的是TarcePro ，而台湾地区则以AASP较为流行。
光学设计软件介绍
光学设计 ZEMAX是美国焦点软件公司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Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），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。 ZEMAX的主要特色：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，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，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设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。 CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA?）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面 CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地处理屋脊棱镜、角反射镜、导光管、光纤、谐振腔等具有特殊光路的元件；而其多重结构的概念则包括了常规变焦镜头，带有可换元件、可逆元件的系统，扫描系统和多个物像共轭的系统。40多年来，世界各地的用户已成功地利用CODE V设计研制了大量照相镜头、显微物镜、光谱仪器、空间光学系统、激光扫描系统、全息平显系统、红外成像系统、紫外光刻系统等等，举不胜举。近几年内，CODE V软件又被广泛地应用于光电子和光通讯系统的设计和分析。光学设计的第一步是要为系统确定合理的初始结构。为此CODE V提供了独有的“镜头魔棒”功能，用户只需输入所要设计的系统的使用波段、相对孔径、视场、变倍比等参数，软件即可从自带的专利库中找出对应的结构以供选择。 CODE V软件中优化计算的评价函数可以是系统的垂轴像差、波像差或是用户定义的其它指标，也可以直接对指定空间频率上的传递函数值进行优化。经过改进的阻尼最小二乘优化算法用拉格朗日乘子法提供既方便又精确的边界条件控制。除了程序本身带有大量不同的优化约束量供选用外，用户还可以根据需要灵活地定义各种新的约束量。此外，以往的优化算法无法克服存在于光学系统结构参量的高度非线性解空间中的大量局部极小，故此自动设计的结果是一个与初始参数接近的像质相对较好的结构，而不一定是全局最优设计。为解决这一问题，ORA公司在CODE V软件中加入了强大的全局优化功能（Global Synthesis）。这种被该公司
现代光学设计实验报告格式基本要求汇总
现代光学设计实验报告格式基本要求汇总
湖南文理学院物电学院实验报告 班级：姓名：指导教师：汪胜辉成绩： 实验题目：实验一：单透镜的设计实验时间：实验地点：T2C302 设计任务： 设计一个焦距为80mm，相对孔径为1/4的单透镜系统，全视场2ω为8o，物距为无限远，在可见光下工作，自选一种玻璃，光阑设置在入射光线遇到的透镜的第一个光学表面。 设计过程： 第一步：输入系统参数——入瞳直径值 插入图 第二步：输入系统参数——视场 插入图 第三步：输入系统参数——波长范围 插入图 第四步：输入“透镜数据编辑”窗口的数据 插入图 第五步：查看外形轮廓图 插入图 第六步：打开“RAY”图形窗口查看像差情况 插入图 第七步：打开“FFT MTF”图形窗口查看像差情况 插入图 第八步：设定像质评价函数 插入图；绘制表 第九步：设定参与优化的变量 插入图 第十步：输出优化后的系统参数 插入表， 第十一步：输出优化后的二维轮廓图 插入图 第十二步：输出优化后的“FFT MTF”图。 插入图 设计心得： 100字以上。 打印后左侧装订两个钉子。 实验数据文件请保存在E:\现代光学CAD 文件夹下，文件名为学号+shiyan1
湖南文理学院物电学院实验报告 班级：姓名：指导教师：汪胜辉成绩： 实验题目：实验二：双胶合透镜的设计实验时间：实验地点：T2C302 设计任务： 设计一个焦距为100mm，相对孔径为1/5的双胶合透镜系统，全视场2ω为10o，物距为无限远，在可见光下工作，自选一种玻璃，光阑设置在入射光线遇到的透镜的第一个光学表面。 设计过程： 第一步：输入系统参数——入瞳直径值 插入图 第二步：输入系统参数——视场 插入图 第三步：输入系统参数——波长范围 插入图 第四步：输入“透镜数据编辑”窗口的数据 插入图 第五步：查看外形轮廓图 插入图 第六步：打开“RAY”图形窗口查看像差情况 插入图 第七步：打开“FFT MTF”图形窗口查看像差情况 插入图 第八步：设定像质评价函数 插入图；绘制表 第九步：设定参与优化的变量 插入图 第十步：输出优化后的系统参数 插入表， 第十一步：输出优化后的二维轮廓图 插入图 第十二步：输出优化后的“FFT MTF”图。 插入图 设计心得： 100字以上。 打印后左侧装订两个钉子。 实验数据文件请保存在E:\现代光学CAD 文件夹下，文件名为学号+shiyan2
光学设计试题
光学系统设计(一) 一、单项选择题（本大题共 20小题。每小题 1 分，共 20 分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．主光线与光轴所确定的平面叫做 ( B )。 A.弧矢平面 B .子午平面 C.焦平面 D.像平面 2．共轴球面系统中，轴上点像差有 ( C )。 A.球差和彗差 B.球差和倍率色差 C.球差和位置色差 D. 彗差和倍率色差 3．通常情况下观察像差时，除0视场和边缘视场外，还应注意的一个视场为 ( A )。 A.0.707视场 B. 0.5视场 C. 0.3视场 D. 0.85视场 4．F 光边缘光球差与C 光边缘光球差之差也等于 ( A ) 。 A.边缘光和近轴光色差之差 B. 边缘光和近轴光球差之差 C.F 光和C 光近轴光球差之差 D. F 光和C 光近轴光色差之差 5．望远镜的放大率是指 ( D )。 A.垂轴放大率 B.轴向放大率 C.角放大率 D.视觉放大率 6．下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有( D )。 A.球差 B.场曲 C.畸变 D.倍率色差 7．不会影响成像清晰度的像差是 ( C )。 A.二级光谱 B.彗差 C.畸变 D.像散 8．下列光学系统中属于大视场小孔径的光学系统是 ( C )。 A.显微物镜 B.望远物镜 C.目镜 D. 照相物镜 9．正弦差属于小视场的 ( B )。 A.球差 B. 彗差 C. 畸变 D. 色差 10．初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为 ( A )。 A.3：1 B.4：1 C.5：1 D.2：1 11．下列光学元件中，任何情况下都不会产生场曲的是 ( B )。 A.厚凸透镜 B.平行平板 C.球面反射镜 D.不晕透镜 12．下面光学元件中不产生色差的是 ( A )。 A. 球面反射镜 B. 薄凸透镜 C. 薄场镜 D. 薄双胶合物镜 13．薄双胶合物镜置于球面反射镜球心，光阑与球心重合，则系统彗差最小可以为 ( D )。 A. 0.4 B. 0.25 C. 0.1 D. 0 14．场景置于系统中，除产生场曲外，还可产生 ( D )。 A.球差 B.彗差 C.像散 D.畸变 15．厚透镜的场曲公式为 ( C )。 A. )r 1r 1 (1-n n J S 212 IV -= B. )r 1 r 1(n 1n J S 1 22 IV --= C. )r 1r 1 (n 1 n J S 212IV --= D. )r 1 r 1(1-n n J S 1 22IV -= 16．波像差就是实际波面与理想波面之间的 ( A )。 A.光程差 B.几何像差 C.离焦量 D.距离差 17．在进行目镜光学系统设计时，应 ( B )。 A.正追光线 B.倒追光线 C.从中间向两侧进行光线追迹 D. 从两侧向中间进行光线追迹 18．显微镜常采用的一种照明方式是，将光源通过聚光镜成像在物平面上，称之为( D )。 A.反射式照明 B.透射式照明 C.克勒照明 D.临界照明 19．下列软件中不属于光学设计软件的是 ( C )。 A. ZEMAX 软件 B.OSLO 软件 C. Lensview 软件 D.CODE V 软件 20．低倍显微物镜的光阑位置 ( A )。 A. 与物镜重合 B. 与目镜重合
现代光学的基础
费马原理是一个描述光线传播行为的原理：光线沿光程为平稳值的路径传播。即： ? -P Q ds r n 平均值)( 数学表达式：? ==P Q l L ds r n QP L )()()( 0)(L 0)(==?l ds r m P Q δ或 2. 光程性原理求由聚光纤维薄片制成的微透镜焦距公式 利用物像等光程性有 ()(' ' QOQ L QMQ L = 2 2' 2 2 ' ' ')()()(h x n h s n MQ n QM n QMQ L +?-++?+=+= x n ns QOQ L ' ' )(+= 由于是薄片微透镜，所以x r s ,,<
??? ?? ????? ???=??=????-=??=??t E H H t H E E 0 00 0εεμμ 平面波 )cos(),(0?ω-?-=r k t A t r U )0设(),(0~ =?=?-??t k i r k i e Ae t r U 复振幅 ) cos cos (cos ) (~ ,U z y x ik z k y k x k i r k i Ae Ae Ae t r z y x γβα++++?===）（ 球面波 )cos(),(01?ω-?-= r k t r a t r U )0(),(01~ =?= -??ω设t i r k i e e r a t r U 复振幅2 222 2 2 1 1~ )(z y x k i r ik e z y x a e r a P U ++??++= = )(发散球面波 2 221~ )(z y x r e r a P U r ik ++== ?-， )(汇聚球面波 2 02 02 01 ~ )()()()(z z y y x x r e a P U r ik -+-+-= = ?±，（轴外源点） 平面波 波前函数 （（z=0）平面上）x ik Ae y x U θsin ~ ),(= 球面波 波前函数 ①2 221~ ),(r y x r e r a y x U r ik ++== ?，（发散球面波） ②2 2 2 1~ r ),(++= = ?-y x r e r a y x U r ik ，（汇聚球面波） 例题：已知一列波长为λ的光波在（x ，y ）接受面上的波前函数为 fx i Ae y x U π2~ ),(-=其中常量f 的单位为1 -mm ，试分析与波前函数相 联系的波的类型与特征。 解：由上式可见该波前因子是一个线性相因子，故可断定它代表了一列平面波，为了进 一步确定该平面波的传播方向，现将波前函数改写为含波数k 的形式
计算光学作业.(DOC)
王新柯07B911020 物理系时域有限差分算法对于生物电磁学的应用 博士研究生：王新柯 学号：07B911020 导师：张岩 所在单位：物理系 - I -
王新柯07B911020 物理系 目录 第1章时域有限差分算法简介 (3) 第2章时域有限差分方法的基本理论 (7) 2.1 麦克斯韦方程和Yee元胞 (7) 2.2 直角坐标中的三维FDTD (10) 第3章FDTD对于生物电磁学的应用 (19) 3.1 生物组织的电磁特性和人体的电磁模型 (19) 3.2 平面波照射下人体内的电磁效应 (23) 3.3 动力电的人体效应 (30) 3.4 高压EMP的生物效应 (34) 第4章结论 (38) 参考文献 (39) - II -
王新柯07B911020 物理系第1章时域有限差分算法简介 自1873年麦克斯韦建立电磁场基本方程以来，电磁波理论和应用的发展已经有一百多年的历史。目前，电磁波的研究已深入到各个领域，应用十分广泛，例如无线电波传播、光纤通信和移动通信、雷达技术、微波、天线、电磁成像、地下电磁探测、电磁兼容，等等。电磁波在实际环境中的传播过程十分复杂，例如各种复杂目标的散射，复杂结构天线的影响，等等。具体实际地研究电磁波的特性有着十分重要的意义。实验和理论分析技术是相辅相成的重要手段。分析计算途径需要结合实际环境电磁参数求解麦克斯韦方程边值问题，通常只有一些经典问题有解析解。应当说，解析解具有重要的指导意义。然而，由于实际环境的复杂性，往往需要通过数值解得到具体环境下的电磁波特性。随着计算机技术的发展，已经提出求解麦克斯韦方程的很多有意义的数值解方法，例如矩量法、有限元法、边界元法已经时域有限差分方法等等。并且，随着电磁波应用的广泛和计算机技术的发展，各种方法的研究也更加深入。 1966年K. S. Yee首次提出了一种电磁场数值计算的新方法——时域有限差分（Finite Difference Time Domain, FDTD）方法[1]。对电磁场E、H分量在空间和时间上采用交替抽样的离散方式，每一个E（或H）场分量周围有四个H（或E）分量环绕，应用这种离散方式将含有时间变量的麦克斯韦旋度方程转化为一组差分方程，并在时间轴上逐步推进地求解空间电磁场。Yee提出的这种抽样方式后来被称为Yee元胞。FDTD方法是求解麦克斯韦微分方程的直接时域方法。在计算中将空间某一样本点的电场或磁场与 - 3 -