光学设计报告
光学设计报告 北京理工大学
三、望远物镜设计
要求：焦距为 200，半视场角为 4˚，相对孔径为 1：5 设计过程： 1、根据要求，通过查《光学设计手册》得到近似初始结构，其参数为：
光学性能 f ' 200.49
D f ' 1 : 5. 6 2 12
o ' lF 196.44
r
d
玻璃 K9 ZF1
136.14 -78.89 -223.9
6 4
2、打开 ZEMAX，在“gen” 、 “fie” 、 “wav”中设置入瞳、玻璃库、视场、波长等 参数； 3、在“Lens Data Editor”中输入初始参数：
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：1'4o Df =，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303056D 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：如何考虑渐晕？我们还是采取50%渐晕，但是拦掉哪一部分光呢？拦掉下半部分光对成像质量没有改善（对称结构，只能使光能减少），所以我们选择上下边缘各拦掉25%的光，保留中间的50%。
光学图像设计实验报告
光学图像设计实验报告实验目的：本实验旨在通过光学图像设计，探究并理解光的折射、反射等光学现象，并运用相关知识进行光学图像的设计。
实验原理：光的折射是光线从一种介质传播到另一种介质时，改变传播方向的现象。
根据斯涅尔定律，光线在两个介质之间传播时，入射角和折射角之间满足折射定律：$$n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2$$其中，$n_1$和$n_2$分别表示两个介质的折射率，$\theta_1$和$\theta_2$分别为入射角和折射角。
光的反射是光线与界面发生碰撞后，从同一介质中返回的现象。
根据反射定律，入射角等于反射角，即$$\theta_1=\theta_r$$其中，$\theta_1$为入射角，$\theta_r$为反射角。
实验装置：1. 光源2. 凸透镜3. 平凸透镜4. 焦平和焦凸透镜5. 光学试验座6. 刻度尺7. 透明直尺8. 光屏实验步骤：1. 将光源放置在光学试验座上，并确保它位于中心位置。
用凸透镜将光源的光线汇聚到屏幕上，调整凸透镜的位置和光屏的位置，使得在屏幕上得到一个清晰的光圈。
2. 将光学试验座上的平凸透镜置于凸透镜的前面，并调整平凸透镜的位置，使得凸透镜的焦点与平凸透镜的顶点重合，从而达到呈现清晰图像的目的。
3. 将光学试验座上的焦平和焦凸透镜置于凸透镜的前方，并调整焦平和焦凸透镜的位置，观察并记录图像的变化。
4. 使用刻度尺测量凸透镜、平凸透镜和焦平、焦凸透镜的顶点到屏幕的距离，并记录相关数据。
5. 使用透明直尺测量凸透镜、平凸透镜和焦平、焦凸透镜的顶点到凸透镜的距离，并记录相关数据。
实验结果与分析：根据实验步骤所得数据，我们可以观察到不同组合下的光学图像的变化。
通过调整透镜的位置和距离，我们可以将光线进行折射和反射，从而形成不同的光学图像。
根据光的性质和相关定律，我们可以解释实验中观察到的现象。
结论：通过本实验，我们深入理解了光的折射、反射等光学现象，并将其应用于光学图像的设计。
光学性设计实验报告
一、实验目的1. 了解光学系统的基本组成和光学元件的基本特性；2. 掌握光学系统设计的基本步骤和方法；3. 通过实验验证光学系统的设计原理和计算方法；4. 培养实验操作能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理光学系统设计主要包括光学元件的选择、光学系统结构设计、光学参数计算、光学系统调试等步骤。
本实验主要验证光学系统的设计原理和计算方法。
1. 光学元件的选择：根据实验要求，选择合适的透镜、棱镜等光学元件。
2. 光学系统结构设计：根据光学元件的焦距、尺寸等参数，设计光学系统的结构，确定光学元件的相对位置。
3. 光学参数计算：根据光学系统的结构，计算光学系统的成像质量、光通量等参数。
4. 光学系统调试：通过实验调整光学元件的位置，使光学系统达到最佳成像效果。
三、实验器材1. 透镜：焦距分别为f1、f2、f3的凸透镜；2. 棱镜：两块不同折射率的棱镜；3. 平面镜；4. 光具座；5. 光源；6. 调焦装置；7. 测量工具：尺子、游标卡尺等。
四、实验步骤1. 光学元件的选择：根据实验要求，选择合适的透镜、棱镜等光学元件。
2. 光学系统结构设计：确定光学元件的相对位置，设计光学系统的结构。
3. 光学参数计算：根据光学系统的结构，计算光学系统的成像质量、光通量等参数。
4. 光学系统调试：通过实验调整光学元件的位置，使光学系统达到最佳成像效果。
5. 实验数据记录：记录实验过程中观察到的现象和数据。
五、实验结果与分析1. 光学系统成像质量分析：根据实验数据，分析光学系统的成像质量，如像差、分辨率等。
2. 光学系统光通量分析：根据实验数据，分析光学系统的光通量。
3. 光学系统调试效果分析：分析光学系统调试后的成像效果，如清晰度、亮度等。
六、实验总结通过本次实验，我们了解了光学系统的基本组成和光学元件的基本特性，掌握了光学系统设计的基本步骤和方法。
在实验过程中，我们学会了如何选择光学元件、设计光学系统结构、计算光学参数和调试光学系统。
光学设计实验报告
光学设计实验报告光学设计实验报告引言：光学设计是一门关于光学系统设计和优化的学科，它的目标是设计出满足特定需求的光学系统，如相机镜头、显微镜、望远镜等。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，深入了解光学设计的基本原理和方法。
实验一：透镜的成像特性在这个实验中，我们使用凸透镜和凹透镜，通过调节物距和像距，观察成像特性的变化。
实验结果表明，凸透镜成像为正立、实像，凹透镜成像为倒立、虚像。
通过测量物距和像距的关系，我们可以得到透镜的焦距。
实验二：光学系统的光路追迹在这个实验中，我们使用光路追迹方法，通过绘制光线追踪图来分析光学系统的成像原理。
通过绘制光线追踪图，我们可以清楚地看到光线的传播路径，进而理解光学系统的成像特性。
实验结果表明，光线经过透镜后会发生折射，根据透镜的形状和位置，我们可以预测成像的性质。
实验三：光学系统的畸变分析在这个实验中，我们使用畸变分析方法，通过绘制畸变曲线来评估光学系统的畸变程度。
实验结果表明，光学系统在成像过程中会出现畸变，主要包括球差、彗差和像散等。
通过分析畸变曲线，我们可以了解光学系统的畸变特性，并进行优化设计。
实验四：光学系统的色差分析在这个实验中，我们使用色差分析方法，通过测量不同波长光线的聚焦位置来评估光学系统的色差程度。
实验结果表明，光学系统在成像过程中会出现色差，主要包括色焦差和色散等。
通过测量聚焦位置的变化，我们可以了解光学系统的色差特性，并进行优化设计。
实验五：光学系统的光学传递函数分析在这个实验中，我们使用光学传递函数分析方法，通过测量系统的点扩散函数来评估光学系统的分辨率和模糊程度。
实验结果表明，光学系统的分辨率受到衍射限制，通过分析点扩散函数，我们可以了解光学系统的分辨率特性，并进行优化设计。
结论：通过本次实验，我们深入了解了光学设计的基本原理和方法。
光学设计是一门复杂而有趣的学科，它不仅涉及到光学的物理性质，还需要考虑到实际应用的需求。
通过实验的操作和数据分析，我们可以更好地理解光学系统的成像特性、畸变特性、色差特性和分辨率特性，并进行相应的优化设计。
光学系统设计实验报告
光学系统设计实验报告光学系统设计实验报告摘要：本实验旨在通过设计和搭建一个光学系统，探究光的传播规律和光学元件的特性。
通过实验，我们成功设计了一个光学系统，并对其进行了测试和分析。
实验结果表明，光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响。
引言：光学系统是由光源、光学元件和光学器件组成的系统，用于控制光的传播和成像。
光学系统设计是光学学科的重要分支，广泛应用于光学仪器、通信技术、光学显微镜等领域。
本实验旨在通过设计和搭建一个光学系统，探究光的传播规律和光学元件的特性。
实验方法：1. 准备实验所需材料和仪器，包括光源、透镜、反射镜、光屏等。
2. 搭建光学系统，根据实验要求确定光源和光学元件的位置和方向。
3. 调整光学系统，使光线聚焦在光屏上，并记录调整过程中的观察结果。
4. 测量光学系统的参数，如焦距、放大倍数等，并进行数据分析。
实验结果：通过实验，我们成功设计了一个光学系统，并对其进行了测试和分析。
实验结果表明，光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响。
首先，我们调整了光源的位置和方向，使光线能够尽可能均匀地照射到光学元件上。
然后，我们调整了透镜的位置和方向，使光线能够聚焦在光屏上。
在调整的过程中，我们发现透镜的位置和方向对于光的聚焦效果有着显著影响。
当透镜与光源的距离增加时，光线的聚焦效果会变差；而当透镜与光源的距离减小时，光线的聚焦效果会变好。
其次，我们测量了光学系统的参数，如焦距和放大倍数。
通过测量，我们发现透镜的焦距与其形状和材料有关。
不同形状和材料的透镜具有不同的焦距，从而影响光的聚焦效果。
此外，我们还测量了光学系统的放大倍数，发现放大倍数与透镜的焦距和物距有关。
当透镜的焦距增大或物距减小时，放大倍数会增大。
讨论：通过本实验，我们深入了解了光学系统的设计和调整原理，以及光的传播规律和光学元件的特性。
光学系统的设计和调整对于光的传播和成像具有重要影响，合理的设计和调整可以提高光学系统的性能和效果。
光学实验综合设计报告南邮
光学实验综合设计报告南邮1. 实验目的本实验旨在通过对光的传播与干涉现象的研究，加深对光学原理的理解，掌握光学实验的基本操作技巧，并提高实验设计与数据处理能力。
2. 实验原理本实验主要包括两个部分：自制光栅的制备与激光干涉实验。
2.1 自制光栅制备为了实现自制光栅的制备，我们首先需要设计并制作一个微细的光栅模板。
具体步骤如下：1. 准备一片亲水性材料（如玻璃），清洁并晾干。
2. 在浓度适宜的光刻胶溶液中浸泡玻璃片，使其均匀地附着一层薄膜。
3. 使用偏振镜来形成光栅样例，例如制作等间距、等宽度的直线或点阵。
4. 用热压机将光刻胶固化，得到光栅模板。
2.2 激光干涉实验激光干涉实验主要包括两个部分：Young双缝干涉实验和迈克尔逊干涉仪。
1. Young双缝干涉实验：在一个光学平台上设置两个细缝，利用光的干涉现象观察到干涉条纹的形成，并测量干涉条纹的间距。
2. 迈克尔逊干涉仪：使用一束激光垂直射入半透镜后，分为两束，分别经过两个反射镜反射，最后重新合束成一束，形成干涉现象。
通过调节反射镜的位置，观察到明暗条纹的变化，并测量反射镜光程差的变化。
3. 实验过程及结果3.1 自制光栅制备通过上述步骤，我们成功制备了一片自制光栅模板。
使用显微镜观察模板表面，发现其具有规整的光栅结构。
3.2 激光干涉实验在激光干涉实验中，我们首先进行了Young双缝干涉实验。
通过调节两个细缝的间距，我们观察到了明暗条纹的出现。
使用测微计测量得到的干涉条纹间距与理论值相符合，验证了实验的正确性。
接着，我们进行了迈克尔逊干涉仪实验。
通过调节反射镜的位置，我们观察到了明暗条纹的变化。
根据条纹的变化情况，我们可以计算出反射镜光程差的变化。
实验结果与理论值吻合度较高，验证了实验的准确性。
4. 实验总结通过本次光学实验，我们深入学习了光的传播与干涉现象的理论知识，并通过实验加深了对这些知识的理解。
在实验中，我们也掌握了自制光栅制备与激光干涉实验的基本操作技巧，并通过对实验数据的处理，提高了实验设计与数据分析的能力。
光学设计 研究报告
光学设计研究报告
光学设计研究报告
一、研究背景
光学设计是指通过计算机辅助工具和光学原理，设计和优化光学系统的过程。
在现代科技和工程领域，光学设计被广泛应用于激光器、光通信、光学传感、成像设备等领域。
二、研究目标
本研究的目标是设计和优化一个光学系统，以达到特定的性能要求。
通过合理地选择光学元件（如透镜、反射镜等）的参数和配置，使得系统能够实现特定的成像、聚焦等功能。
三、研究方法
在光学设计中，通常采用光线追迹法进行建模和优化。
首先，需要确定光学系统的几何参数和光学材料的光学性质。
然后，使用光线追迹法模拟光线在系统中的传播路径，并计算出输出光的特性。
接下来，通过连续改变系统的参数，比如光学元件的曲率半径、厚度等，使用优化算法寻找最优解。
最后，根据实际要求和约束，选择最佳的设计方案。
四、研究结果
通过光学设计软件的辅助，本研究获得了一个光学系统的最佳
设计方案，实现了预期的性能要求。
该系统具有良好的成像质量、聚焦能力等特点，为实际应用提供了可行方案。
五、研究意义与应用
光学设计在现代科技和工程领域有着广泛的应用。
它不仅能够提高光学系统的性能和效率，还能够节省成本和资源。
在激光器、光通信、成像设备等领域，光学设计能够实现更精确的聚焦、成像和光束控制，为相关技术和产业的发展提供强大支持。
六、研究展望
光学设计是一个不断发展和探索的领域。
未来的研究可以通过优化算法的改进和新型光学元件的应用，进一步提高光学系统的性能。
同时，结合人工智能和机器学习的方法，可以实现更自动化和智能化的光学设计过程，提高效率和精度。
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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 ''=⨯=•= ωf y0871.0''==f h u648.0'''==y u n J(2)计算平行玻璃板的像差和数CS S S I I I I ，，平行玻璃板入射光束的有关参数为0871.0=u0875.0)5tan(-=-= z 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×-311324432-==--=I du n n S0.0006682=(-1.005)×-0.000665=u u ×=zI I I S S000824.0087.05163.11.6415163.13112222-=⨯⨯-⨯-=--=I u n n dS C υ(3)根据整个系统的要求，求出系统的像差和数S Ⅰ，S Ⅱ，C SⅠ：为了保证补偿目镜的像差，要求物镜系统（包含双胶合物镜和棱镜）的像差为：'m δL =0.1mm ，'0.001m SC =-，'0.05FC L mm ∆=(4)列出初级像差方程式求解双胶合物镜的C W P ，，∞∞由于棱镜物镜系统S S S +=所以双胶合物镜的像差和数为000852.0-棱镜系统-==I I I S S S0019642.0-棱镜系统-==II II I I S SS000444.0-棱镜系统==I I I C CS SS C(5)列出初级像差方程求P ，W ，C(6)由P ，W ，C 求C W P ，，∞∞由于h=，f ’=85，因此有进而可得：174.0)(3==ϕh P P3994.0)(2==ϕh W W由于望远镜本身对无限远物平面成像，因此无需再对物平面位置进行归化：174.0==∞P P 3994.0==∞W W将∞∞W P ，带入公式求0P根据，查找玻璃组合。
最后选择K10-ZF3。
其参数为： K10： ZF3：(7)求透镜组半径）（）（2121111νννϕ--=C以上半径对应焦距等于1，将它们乘以焦距,得到最后要求的半径为(8).确定透镜厚度透镜厚度除了和球面半径和透镜直径有关外，同是要考虑到透镜的固定方法，质量要求，加工难易等因素，参考光学设计手册中的规定，我们取，。
这样，双胶合物镜的全部结构参数为r d Glass4 K10 2 ZF3至此，双胶合望远物镜的初级像差求解全部完成了，物镜系统的全部结构参数如下：r d n0(光阑) 35 14 (K10)2 (ZF3)40 10 31 (K9)3、zmax初始结构输入将数据输入zmax后，输入结果如图系统二维结构图系统二维点列图初始光线扇形图初始结构的光学特性参数System/Prescription DataFile : C:\Users\weihua\Desktop\周视Title:Date : WED JAN 14 2015GENERAL LENS DATA:Surfaces : 7Stop : 1系统光圈: 入瞳直径=Glass Catalogs : SCHOTT CHINARay Aiming : Off变迹: 均衡,统一的, 因子= +000有效的焦点长度: (系统温度和压力在空气中)有效的焦点长度: (在像空间)Back Focal Length :统计轨迹:图像空间F/# :离轴工作面F/# :工作面F/# :Image Space NA :物空间NA :光阑半径:离轴像高:近轴放大率: 0入瞳直径:入瞳区域: 0入瞳直径:入瞳直径区域:Field Type : Angle in degrees最大视场: 5主光波长:镜头单位: 毫米角度放大率:Fields : 6Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight123456Vignetting Factors# VDX VDY VCX VCY VAN123456Wavelengths : 3Units:# Value Weight1234、zmax优化优化过程中采用EFFL评价函数来控制透镜焦距，将双胶合物镜的半径作为自变量。
优化后最终结果如下所示：优化后的系统参数系统二维图系统点列图系统光线扇形图优化后系统光学参数System/Prescription DataFile : C:\Users\weihua\Desktop\周视Title:Date : WED JAN 14 2015GENERAL LENS DATA:Surfaces : 7Stop : 1系统光圈: 入瞳直径=Glass Catalogs : SCHOTT CHINARay Aiming : Off变迹: 均衡,统一的, 因子= +000有效的焦点长度: (系统温度和压力在空气中)有效的焦点长度: (在像空间)Back Focal Length :统计轨迹:图像空间F/# :离轴工作面F/# :工作面F/# :Image Space NA :物空间NA :光阑半径:离轴像高:近轴放大率: 0入瞳直径:入瞳区域: 0入瞳直径:入瞳直径区域:Field Type : Angle in degrees最大视场: 5主光波长:镜头单位: 毫米角度放大率:Fields : 6Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight123456Vignetting Factors# VDX VDY VCX VCY VAN123456Wavelengths : 3Units:# Value Weight123通过对于点列图等其他报告的比较，可以看出系统的像差有了极大的改善，达到了系统所要求的像差范围。
二、摄远物镜设计1、设计要求焦距,通光口径,视场，像距>54mm r d13 (BAK3)5 (ZF6)1 1 18 (ZK7)1 1 14 (BAF8)(ZK8)1 1 1(1)输入摄远物镜的半径、厚度和玻璃材料；(2)输入光学特性参数：入瞳口径、视场角和三种波长；(3)确定孔径光阑位置，光阑与第一面重合；(4)将像距设定为理想像距；(5)画二维或三维图，观察是否正确；(6)对像质进行评价，计算扇形像差、点列图、波像差和MTF;(7)将所有半径（光阑面除外）和厚度间隔设为变量；(8)建立评价函数，反复进行优化；(9)评价成像质量2、zmax初始结构系统参数系统二维图点列图扇形像差系统的MTF 系统的结构参数System/Prescription DataFile : C:\Users\weihua\Desktop\桌面\zmax光学\Title:Date : WED JAN 14 2015GENERAL LENS DATA:Surfaces : 9Stop : 1系统光圈: 入瞳直径= 60Glass Catalogs : SCHOTT CHINARay Aiming : Off变迹: 均衡,统一的, 因子= +000有效的焦点长度: (系统温度和压力在空气中)有效的焦点长度: (在像空间)Back Focal Length :统计轨迹:图像空间F/# :离轴工作面F/# :工作面F/# :Image Space NA :物空间NA : 3e-009光阑半径: 30离轴像高:近轴放大率: 0入瞳直径: 60入瞳区域: 0入瞳直径:入瞳直径区域:Field Type : Angle in degrees最大视场:主光波长:镜头单位: 毫米角度放大率:Fields : 4Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight1234Vignetting Factors# VDX VDY VCX VCY VAN 1234Wavelengths : 3Units:# Value Weight1233、zmax系统优化优化后的系统结构参数优化后的二维结构图优化后的扇形像差系统的结构参数System/Prescription DataFile : C:\Users\weihua\Desktop\Title:Date : WED JAN 14 2015GENERAL LENS DATA:Surfaces : 9Stop : 1系统光圈: 入瞳直径= 60Glass Catalogs : SCHOTT CHINARay Aiming : Off变迹: 均衡,统一的, 因子= +000有效的焦点长度: (系统温度和压力在空气中)有效的焦点长度: (在像空间)Back Focal Length :统计轨迹:图像空间F/# :离轴工作面F/# :工作面F/# :Image Space NA :物空间NA : 3e-009光阑半径: 30离轴像高:近轴放大率: 0入瞳直径: 60入瞳区域: 0入瞳直径:入瞳直径区域:Field Type : Angle in degrees最大视场:主光波长:镜头单位: 毫米角度放大率:Fields : 4Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight1234Vignetting Factors# VDX VDY VCX VCY VAN1234Wavelengths : 3Units:# Value Weight123由上面可以看出，经过对系统的结构进行优化，系统的焦距达到了预期，并且成像质量也得到了很大的改善，系统的像差得到了极大的优化，通过观察点列图和MTF函数可以看出成像质量达到了预期。