三分离望远物镜的设计
光学课程设计方案-望远镜系统结构参数设计方案
光学课程设计——望远镜系统结构参数设计一设计背景：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……二设计目的及意义（1）、熟悉光学系统的设计原理及方法；（2）、综合应用所学的光学知识，对基本外形尺寸计算，主要考虑像质或相差；（3）、了解和熟悉开普勒望远镜和伽利略望远镜的基本结构及原理，根据所学的光学知识（高斯公式、牛顿公式等）对望远镜的外型尺寸进行基本计算；（4）、通过本次光学课程设计，认识和学习各种光学仪器（显微镜、潜望镜等）的基本测试步骤；三设计任务在运用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。
并介绍光学设计中的PW法基本原理。
同时对光学系统中存在的像差进行分析。
四望远镜的介绍1．望远镜系统：望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。
利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。
又称“千里镜”。
望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。
望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫M）粗得多的光束，送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。
2．望远镜的一般特性望远镜的光学系统简称望远系统，是由物镜和目镜组成。
当用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d＝o。
当月在观测有限距离的物体时，两系统的光学问隔是一个不为零的小数量。
作为一般的研究，可以认为望远镜是由光学问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9—9表示了一种常见的望远系统的光路图。
为了方便，图中的物镜和目镜均用单透镜表示。
这种望远系统没有专门设置孔径光阑，物镜框就是孔径光阑，也是入射光瞳，出射光瞳位于目镜像方焦点之外，观察者就在此处观察物体的成伤情况。
三片型望远镜物镜系统设计报告
三片型望远镜物镜系统设计报告物镜是望远镜中最重要的组件之一，它决定着望远镜的分辨率和光学性能。
设计一款高质量的物镜系统对于实现高清晰度和高放大倍数的观测是至关重要的。
在本报告中，将介绍一种三片型望远镜物镜系统的设计。
首先，我们选择了三片型物镜系统，因为它具有良好的光学性能和较小的色差。
它由三个镜片组成，分别称为目镜、中镜和物镜。
这种设计可以有效减少畸变和散光，提高图像的清晰度和准确性。
在设计物镜系统时，我们首先确定了光学焦距和口径。
光学焦距决定了望远镜的放大倍数，而口径则决定了光的收集能力。
为了实现高分辨率的观测，我们选择了较长的光学焦距和较大的口径。
然后，我们根据设计要求选择了合适的光学玻璃材料。
光学玻璃的折射率和色散性质会影响物镜系统的成像质量。
我们选择了具有较低色散率的特殊光学玻璃材料，以减少色差和散光现象。
接下来，我们进行了最佳的透镜曲率半径和厚度的选择。
透镜的曲率半径和厚度会影响光线的弯曲和聚焦，因此在设计过程中需要进行精确调整。
我们使用了光学设计软件进行模拟和优化，以确定最佳的透镜参数。
最后，我们进行了物镜系统的光学测试和校准。
通过使用干涉仪、散斑法和星光观测等方法，我们对物镜系统的成像质量进行了评估。
通过调整透镜的位置和角度，我们进一步优化了系统的光学性能。
通过上述设计和优化步骤，我们成功设计了一款高质量的三片型望远镜物镜系统。
该系统具有较高的分辨率、准确的成像和较小的色差。
我们将继续改进该系统的设计，并进行实际观测和测试，以验证其性能和可靠性。
总结起来，物镜是望远镜中最关键的组件之一，其设计需要考虑光学焦距、口径、材料和曲率半径等因素。
通过使用光学设计软件进行模拟和优化，并进行光学测试和校准，我们可以设计出高质量的物镜系统。
这种三片型望远镜的物镜系统具有较高的分辨率和准确的成像，适用于各种天文观测和科研应用。
望远物镜设计
f
/
D f
为
34 6
10
望远镜物镜的结构型式
(2)双－单
视场为2ω<5°; 相对孔径 D 为 1 ～ 1 ;
f 3 2
透镜口径D≤100mm
望远镜物镜的结构型式
(3)单-双
视场为2ω<5°;
相对孔径 D 为 1
f 3
～
1 2.5
;
透镜口径D≤100mm
r1=153.1 r2=-112.93 r3=-361.68
6 K9 4 ZF1
r
d
nD
1
153.10
6 1.5163
-112.93
4 1.6475
-361.68 50
1
0.00
150 1 1.521955 1.661196
1 1.521955
1
nC
1 1.513895 1.642076
反射式望远镜物镜的结构型式
对于反射面，通常都是利用等光程的 条件：
抛物面:到一条直线和一个定点的距离相等的点的轨 迹，是以该点为焦点，该直线为准线的抛物面。对 焦点和无限远轴上点符合等光程。
常用两镜系统
(1)经典卡塞格林系统
主镜为凹的抛物面， 副镜为凸的双曲面， 抛物面的焦点和双曲 面的的虚焦点重合， 经双曲面后成像在其 实焦点处。卡塞格林 系统的长度较短，主 镜和副镜的场曲符号 相反，有利于扩大视 场。
h 0.08; (h)2 0.0064 ; (h)3 0.000512
P P 0.00005 0.098
(h )3 0.000512
W W 0.00057 0.089
30 m望远镜三镜系统初步设计与分析
第44卷第3期 2018年3月北京工业大学学报J O U R N A L O F BEIJING UNIVERSITY O F T E C H N O L O G YVol.44 No.3Mar. 201830 m望远镜三镜系统初步设计与分析赵宏超，张景旭，杨飞，安其昌(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130033)摘要：为保证30 m望远镜（thirty-meter telescope，T M T)聚集的光线顺利进人各个终端设备，设计了一套适用于30 m望远镜的精密跟踪指向三镜系统.该系统包含有基于Whiffle-tree原理的三镜支撑系统设计和采用地平式结构的跟踪指向系统设计2两个部分.通过参数化建模手段，在A N S Y S中建立了系统的详细模型，联合Matlab完成 了98个主要工况下的静力学分析后，对镜面面形结果以及结构变形情况进行了统计总结.最后将面形误差引人到 Z E M A X中，分析了三镜面形变化对光学调制传递函数的影响.结果表明:98个工况下三镜位置与理想位置最大偏 差为1.28 m m，系统的第一阶谐振频率为15. 1 H z，各工况下三镜面形精度均满足指标要求.三镜面形误差对系统 M T F影响较大，但通过主镜主动光学校正后可以明显提髙成像质量，满足使用要求.通过分析可知，该方案能够满 足30 m望远镜项目的需求.探索与解决巨型望远镜的这些技术问题能够大大提髙中国在超大口径光学望远镜上 的设计和制造能力，并为建设中国下一代巨型望远镜积累丰富的经验.关键词：30 m望远镜；系统级分析；面形精度；调制传递函数中图分类号：T H751 文献标志码：A文章编号：0254 -0037(2018)03 -0357 -06doi： 10.11936/bjutxb201Design and Analysis of Tertiary Mirror System of a Thirty-MeterTelescope in Conceptual PhaseZ H A O H o n g c h a o，Z H A N G Jingxu，Y A N G Fei，A N Qichang(Changchun I nstitute of Optics，Fine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033，China) Abstract：A giant steerable tertiary mirror system was promoted to ensure that the light gathered by the thirty-meter telescope ( T M T)goes into the terminal equipment. This system contains two main assemblies：the mirror cell assembly and the positioner assembly. In the mirror cell assembly，both the axial support system and the lateral support system used the whiffle-tree structure. In the positioner assembly，an azimuth-altitude structure was used to solve the pointing problem. A detailed systemic parametric model was constructed in A N S Y S.With the help of M A T L A B and A N S Y S，analysis under 98 main work conditions was carried out to verify the M3S performance. S o m e statistical methods were applied to process the simulation results. T h e n，the surface figure error was induced into the optical analysis. Result shows that the m a x i m u m displacement is up to 1. 28 m m with a first modal frequency of15. 1 Hz. In optical analysis，the surface figure error degrades the modulation transfer function (M T F)，h o w e v e r，the effect can be declined by active optics correction. Analysis results show that the proposeddesign can meet the requirements of the thirty-meter telescope project. Exploration of giant telescopes can significantly improve our country capabilities in telescope design and manufacture and accumulate experience for next generation of giant telescope construction.收稿日期：2017-11-08基金项目：国家自然科学基金资助项目（11403023)作者简介：赵宏超（1985—），男，助理研究员，主要从事大口径望远镜结构设计方面的研究，E-mail：zhaohcciomp@ 163. com358北京工业大学学报2018 年Key words：thirty-m eter telescope(TM T) ；systemic analysis；mirror surface figure；m odulation transfer function为了达到深空探测的目的以及高分辨率成像的其中，ro tato r角[5]可表示为需求，射电望远镜和光学望远镜正朝着愈来愈大的方向发展.口径的增大使望远镜成本呈现指数级的增长.为确保项目的顺利进行，优秀的设计及详尽的分析尤为必要•30m望远镜（thirty-m eter telescope，TM T)项目作为一个国际合作项目，长春光学精密机械与物理研究所承担了其三镜系统设计、加工制造以及装调的工作.T M T工作时，由于终端设备位于两侧奈氏平台上，经三镜反射后的光线不一定与望远镜俯仰轴轴线重合[1-2].所以三镜系统的位姿随望远镜姿态和仪器位置的变化而不断变化.因此，保证各个姿态下三镜的面形精度与精确指向给设计者带来的巨大挑战[34].本文从设计出发，提出了一套可行的设计方案.优先介绍了三镜支撑系统的优化与设计.然后利用联合仿真的方法分析了98个工况下的变形及面形情况.最后将最差工况下的面形代入到Z E M A X中，研究三镜面形误差在主镜主动光学校正后对系统成像产生的影响.1三镜系统设计方案三镜在望远镜中的位姿伴随望远镜姿态和仪器位置的变化而不断变化.这对三镜系统的支撑设计和跟踪架设计提出了严苛挑战.1.1三镜支撑系统T M T三镜为椭圆形平面镜，设计厚度为100m m，机械尺寸3 594mm X 2 536m m，选用低膨胀系数的微晶玻璃作为坯料加工成型，总质量1. 8t[5].为避免主动光学系统的相互干扰，T M T系统工程要求三镜系统采用被动支撑形式.为满足这一要求，基于运动学原理，本文创新性的将W hiffle- tre e结构同时使用在底支撑与侧支撑系统中[4-7].根据光学设计要求，望远镜成像工作过程中，三镜面形的斜率均方根（SlopeRM S)不大于1滋rad.1.2指向跟踪系统为满足2维调整需要，三镜指向跟踪系统选择了地平式望远镜的结构形式.为区别于望远镜自身，将三镜系统方位轴命名为rotator，水平轴命名为tilt.在天顶角0。
望远物镜设计的特点
l2 f1'
2l2 r1
h2 h1
l2' l2
u2 u2'
r2
1
r1
其中，α表示次镜离第一焦点的距离，也决定了次镜的 遮光比，β表示次镜的放大倍数。主镜的焦距乘以β即为系 统的焦距，或主镜的F数乘以β的绝对值即为系统的F数。
两镜系统的最大优点是主镜的口径可能做得较大，远超 过透镜的极限尺寸，镀反射膜后，使用波段很宽，没有色差， 同时采用非球面后，有较大的消像差的能力。因此，两镜系 统结构比较简单，成像质量优良。但是，两镜系统也有一些 缺点，例如不容易得到较大成像质量优良的视场，次镜会引 起中心遮拦，有时遮拦比还较大，非球面与球面相比制造难 度加大。但现在非球面加工技术越来越成熟，因此在空间光 学系统中，两镜系统仍然是一个很好的选择。
50/ 1 ;150/ 1 ;300/1 ;1000/ 1
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望远镜物镜的结构型式
(2)双－单
视场为2ω<5°; 相对孔径 D 为 1 ～ 1 ;
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透镜口径D≤100mm
望远镜物镜的结构型式
(3)单-双
视场为2ω<5°;
相对孔径 D 为 1
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透镜口径D≤100mm
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光学设计-第15章--望远镜物镜设计
第十五章 望远镜物镜设计望远镜一般由物镜、目镜、棱镜或透镜式转像系统构成。
望远镜物镜的作用是将远方的物体成像在目镜上，经目镜放大后供人眼观察。
如图15－1所示。
图15－1 望远镜系统§1 望远镜物镜的光学特性一 望远镜物镜的光学特性参数望远镜物镜的光学特性由焦距、相对孔径、视场等参数表示。
1 焦距望远镜物镜的焦距／物f 等于目镜焦距／目f 与望远镜倍率的乘积，因而，一般望远镜的倍率越高，物镜的焦距越长。
高倍望远镜物镜焦距可达到一米左右，天文望远镜物镜焦距可达到数米。
望远镜物镜的焦距大多在mm 500~100之间。
2 相对孔径在望远系统中，入射的平行光束经过系统后仍然为平行光束，因此物镜的相对孔径／物f D 与目镜的相对孔径／目f D /是相等的。
目镜的相对孔径主要由出射光瞳直径/D 和出射光瞳距离/p l 决定，目镜的出射光瞳直径一般为mm 4左右，出射光瞳距离/p l 一般要求mm 20。
为保证出射光瞳距离，目镜的焦距／目f 一般大于或等于mm 25，这样，目镜的相对孔径约为71~41。
所以，物镜的相对孔径不大，一般小于51。
但当物镜的焦距很长时，物镜的光瞳口径却可以很大，如天文望远镜中有口径为几米的物镜。
3 视场望远镜物镜的视场ω2与目镜的视场/2ω以及系统的视放大率Γ之间有如下关系：ωωtg tg ⋅Γ=/目镜视场因受结构限制，目前/2ω大多在070以下，这就限制了物镜的视场不会很大，一般在012以下。
二 望远镜物镜像差校正要求由于望远镜物镜的相对孔径和视场都不大，同时允许视场边缘成像质量适当降低，因此它的结构型式比较简单，故望远镜物镜要求主要校正球差、慧差、轴向色差，而不校正对应于像高/y 二次方的各种单色像差（像散、场曲、畸变）和倍率色差。
由于望远镜要与目镜、棱镜或透镜式转像系统组合起来使用，所以在设计望远镜物镜时，应考虑到它与其他部分之间的像差补偿关系。
在物镜光路中有棱镜的情况下，物镜的像差应当与棱镜的像差互相补偿，即棱镜的像差要靠物镜来补偿，由物镜来校正棱镜的像差。
大口径望远镜三镜结构设计及优化
大 口径 望 远 镜 三镜 结 构 设 计 及 优化
朱 波 。 杨 洪 波 ， 景 旭 ， 丽 敏 ， 张 张
（ ．中 旧科 学 院 长春 光学 精 密 机械 与物 理 研 究 所 ， 林 长 春 １ ０ ３ １ 吉 ３０３ ２ 中 国科 学 院 研 究 生 院 ， 京 １ ０ ３ ） ． 北 ０ ０ ９
ｐ ｒ ｅ ｈｏ ｒ ｎａ ｙ ｅ ｏ ａ ｈ ｅ ｅ ｍ ｏ ｅ ａ ｃ ｒ ｔ ３ ｔ ｕｃ ｕ ｅ Ｔ ｈｅ ｕ ｏ ｔｐｏ ｎｔ ｔ ｃ ｏ ｔ ｍ ｔ ｄｓ ｗｅ ｅ ａ ｌ ｚ ｄ ｔ ｃ ｉ ｖ ｒ ｃ ｕ ａ ｅ Ｍ ｓ ｒ ｔ ｒ ． ｓ ｐｐ ｒ ｉ ｓ， ｈｉｋ— ｎ ｓ ｆｈｏ ｅ，ｐｌ ｎ ｅ ｓｏ ｌ ａ ｅ， ｒｂ， ｒｍ ｎ ｉ ｃ ｍ ｆ ｒ ｏ ３ ｉ ｉ ａ ｄ ｒｍ ｈａ ｅ ｆ Ｍ ｗ ｅ ｅ ｏ ｉ ｉ ｅ ｙ ｍ ｅ ｎｓ ｏ ｉ ｔ ｌｍ ｅ ｔ ｒ ｐｔｍ ｚ ｄ ｂ ａ ｆ ｆｎｉｅ ｅｅ ｎ
摘
要 ： 三反射镜（ 第 简称 ｊ 镜 ） 大 口径 地 基 光 电 望 远 镜 系 统 中 作 为 关 键 部 件 之 一 ， 面 形 精 度 直 接 影 响着 望 ． 准 确 设 计 出 符 合 工 程 实 际 的 三 镜 结 构 ， 三 镜 镜 体 几 何 尺 寸 、 坯 材 料 、 量 化 孔 结 构 形 为 从 镜 轻
（１ Ｃｈ ｎ ｈｕ ｎｓｉｕ ｅ ｏ ｐ ｉｓ ． ａ ｇｅ ｎ Ｉ ｔｔ ｔ ｆＯ ｔｃ ，Ｆｉ ｅ Ｍ ｅ ｈａ ｃ ｎ ｎ ｃ ｎｉｓ ａ ｄ Ｐｈｙ ｉｓ ｓｃ ，Ｃｈｉｅ ｅ Ａｃ ｄ ｍ ｙｏｆＳ ｉｎｃ ｓ ｎ ｓ ａ ｅ ｃｅ ｅ ，Ｃｈ ｎ ｃ ｎ １ ００ ３，Ｃｈｉ ａ ｇ ｈｕ ３ ３ ｎａ
三片分离式照相物镜优化设计
三片分离式照相物镜优化设计The latest revision on November 22, 2020三片分离式照相物镜的优化设计(1)光学特性：f ’=12mm,D/f ’=1/3.5,2w=40°（2）像质主要以调制传递函数MTF 衡量，具体要求是：全视场在50lp/mm 处，MTF>0.4。
任务：1、简述照相物镜的设计原理和类型；2．确定照相物镜的基本性能要求，并确定恰当的初始结构；3．输入镜头组数据，设置评价函数操作数，进行优化设计和像差结果分析；4．给出像质评价报告，撰写课程设计论文照相物镜的简介照相物镜的基本光学性能主要由三个参数表征。
即焦距f ’、相对孔径D/f ’和视场角2w 。
照相物镜的焦距决定所成像的大小Ⅰ）当物体处于有限远时，像高为y ’=(1-ωβtan ')f式中，β为垂轴放大率，l l y y ''==β。
对一般的照相机来说，物距l 都比较大，一般l >1米，f ’为几十毫米，因此像平面靠近焦面，''f l ≈，所以Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为y ’=ωtan 'f因此半视场角 ω=actan ''f y 下表中列出了照相物镜的焦距标准：相对孔径决定其受衍射限制的最高分辨率和像面光照度，在此的分辨率亦即通常所说的截止频N照相物镜中只有很少几种如微缩物镜和制版物镜追求高分辨率，多数照相物镜因其本身的分辨率不高，相对孔径的作用是为了提高像面光照度E’=1/4πLτ(D/f’)2照相物镜的视场角决定其在接受器上成清晰像的空间范围。
按视场角的大小，照相物镜又分为a）小视场物镜：视场角在30°以下；b）中视场物镜：视场角在30°~60°之间；c）广角物镜：视场角在60°~90°之间；d）超广角物镜：视场角在90°以上。
照相物镜按其相对孔径的大小，大致分为a）弱光物镜：相对孔径小于1：9；b）普通物镜：相对孔径为1：9~1：3.5；c）强光物镜：相对孔径为1：3.5~1：1.4；d）超强光物镜：相对孔径大于1：1.4；照相物镜没有专门的视场光阑，视场大小被接受器本身的有效接受面积所限制，即以接收器本身的边框作为视场光阑。
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燕山大学课程设计说明书题目:三分离望远物镜的设计学院（系）：电气工程学院年级专业： 09级仪表1班学号：学生姓名：指导教师：教师职称：副教授电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：光学仪器基础课程设计说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。
2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。
电气工程学院教务科燕山大学课程设计评审意见表摘要望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。
利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。
又称“千里镜”。
望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。
望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼，使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。
随着科学技术的发展光学仪器已普遍应用在社会的各个领域。
我们知道，光学仪器的核心部分是光学系统。
然而一个高质量的成像光学系统是要好的光学设计来实现的，所以说，光学设计是实现各种光学仪器的基础。
光学设计要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。
所谓光学设计就是根据系统所提出的使用要求，来决定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的性能参数、外形尺寸、各光组的结构等。
大体可以分为两个阶段。
第一阶段根据仪器总体的要求，从仪器的总体出发，拟定出光学系统原理图，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等。
第二阶段是根据初步计算结果，确定每个透镜组的具体结构参数，以保证满足系统光学特性和成像要求。
这一阶段的设计成为“相差设计”，一般简称光学设计。
评价一个光学系统的好坏，一方面要看它的性能和成像质量，另一方面要系统的复杂度。
一个系统设计的好坏应该是在满足使用要求的情况下，结构设计最简单的系统。
关键字：望远镜三分离物镜ZEMAX 缩放法目录第一章光学概述 (3)第二章ZEMAX软件介绍 (4)第三章缩放法的简介 (4)第四章初始结构的参数及曲线 (5)第五章优化后的光学系统参数及曲线 (11)第六章学习心得 (13)第七章参考文献 (13)第一章光学概述光学(optics)是研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。
传统的光学只研究可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。
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。
狭义来说，光学是关于光和视见的科学，optics(光学)这个词，早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。
而今天，常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线的宽广波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和显示，以及跟物质相互作用的科学。
光学是物理学的一个重要组成部分，也是与其他应用技术紧密相关的学科。
系统设计及其仿真我们通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学。
几何光学是从几个由实验得来的基本原理出发，来研究光的传播问题的学科。
它利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各种媒质中传播的途径，它得出的结果通常总是波动光学在某些条件下的近似或极限。
物理光学是从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。
它可以比较方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向异性的媒质中传插时所表现出的现象。
波动光学的基础就是经典电动力学的麦克斯韦方程组。
波动光学不详论介电常数和磁导率与物质结构的关系，而侧重于解释光波的表现规律。
波动光学可以解释光在散射媒质和各向异性媒质中传播时现象，以及光在媒质界面附近的表现；也能解释色散现象和各种媒质中压力、温度、声场、电场和磁场对光的现象的影响。
量子光学是以辐射的量子理论研究光的产生、传输、检测及光与物质相互作用的学科。
1900年普朗克在研究黑体辐射时，为了从理论上推导出得到的与实际相符甚好的经验公式，他大胆地提出了与经典概念迥然不同的假设，即“组成黑体的振子的能量不能连续变化，只能取一份份的分立值”。
光的这种既表现出波动性又具有粒子性的现象既为光的波粒二象性。
后来的研究从理论和实验上无可争辩地证明了：非但光有这种两重性，世界的所有物质，包括电子、质子、中子和原子以及所有的宏观事物，也都有与其本身质量和速度相联系的波动的特性。
应用光学光学是由许多与物理学紧密联系的分支学科组成；由于它有广泛的应用，所以还有一系列应用背景较强的分支学科也属于光学范围。
例如，有关电磁辐射的物理量的测量的光度学、辐射度学；以正常平均人眼为接收器，来研究电磁辐射所引起的彩色视觉，及其心理物理量的测量的色度学；以及众多的技术光学：光学系统设计及光学仪器理论，光学制造和光学测试，干涉量度学、薄膜光学、纤维光学和集成光学等；还有与其他学科交叉的分支，如天文光学、海洋光学、遥感光学、大气光学、生理光学及兵器光学等。
第二章ZEMAX软件介绍ZEMAX是美国Focus Software Inc.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Seqential及Non-Seqential的软件。
ZEMAX 是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。
ZEMAX 不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是 ZEMAX 的CAD 转文件程序都是双向的，如IGES、STEP、SAT等格式都可转入及转出。
而且 ZEMAX可仿真Sequential 和Non-Sequential 的成像系统和非成像系统。
ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，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。
包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。
ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。
ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。
ZEMAX 能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。
ZEMAX 的界面简单易用，只需稍加练习，就能够实现互动设计。
ZEMAX 中有很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。
同时，也提供快捷键以便快速使用菜单命令。
手册中对使 ZEMAX 时的一些惯用方法进行了解释，对设计过程和各种功能进行了描述。
ZEMAX目前已经是被光电子领域熟知的光学设计的首选软件。
该软件拥有两大特点，就是可以实现序列和非序列分析。
在全球范围内，这款软件已经被广大的应用在设计显示系统，照明，成像的使用系统，激光系统以及漫射光的设计应用方面。
第三章缩放法的简介所谓缩放，即根据对光学系统的要求，找出性能参数比较接近的已有结构，将其各尺寸乘以缩放比K,，得到所求的系统结构，并估计像差的大小或变化趋势。
具体步骤如下：（1）根据所设计的外部参数，由手册等资料选取比较接近的现有结构。
外部参数指D 、f ’、2w 等。
其中主要是f'不能相差太大，相差太大即失去了原有数据的参考价值。
（2）根据焦距计算缩放比K ：现有焦距设计焦距f f =K（3）将现有结构中的所有线量放大K 倍，角量和相对量不变。
（4）估计使用条件下的相差和瞳孔位置的变化，所选的结构被放大后，所有线量相差进而也随之放大，原有结构的使用条件不可能与现在的使用条件完全相同，但可以根据原来使用的孔径和视场及相差曲线的趋势，推算出新的使用条件下的相差值等。
（5）检查和调整间隔（中心厚或边缘厚），以满足工艺要求，必要时更换玻璃材料。
（6）上机计算。
首先检查焦距是否为预想值，若相差太远，可复查缩放过程或原始值。
再查其他值，或作像差矫正等。
第四章 初始结构的参数及曲线根据缩放法的设计步骤，查阅老师所给资料的光学设计手册得到三分离物镜的类似结构系统，参数如下：在ZEMAX软件中输入上述参数，按照ZEMAX设计光学系统的一般步骤，新建一个光学系统，先设计入瞳直径。
D=45.63mm。
然后再选定视场角。
w=0.65，0.707w=0.46。
接着选好F、C、D三个波长的可见光线。
随后输入六个曲面的r、d、n，得到最原始的数据。
.根据缩放法，求出缩放比K=0.8766，将原始数据缩放，得到缩放后的数据。
优化前的Layouts (外形图)优化前的Ray Fan（光线曲线）优化前的Optical Path Difference (OPD) Fans（光程差曲线）优化前的Spot Diagrams (点列图) 优化前的MTF分析曲线第五章优化后的光学系统参数及曲线：设定默认优化函数：选择工具栏Editors→Merit Function→Tools→Default Merit Function，在该选项框中选择RMS, Spot Radius, Centroid, 其它项默认即可，选择确定。
为避免焦距变化过大，将其确定为初始值，即设定有效焦距EFFL为120，权重为1。
查看工具栏Analysis→Aberration Coefficients→Seidel Diagram （或Seidel Coeffients），比较直观地观察系统各表面对各种像差的影响，鉴于显微物镜主要校正轴上点球差、色差和正弦差，因此可以选择红颜色的Spherical Aberration 作为主要观测对象。
经观察发现，第5、6这两个表面对球差影响较大，因此可以尝试这两个个半径组合作为变量进行自动优化。
每次优化在之前基础上增加两三个半径作为变量，不要一次增加太多变量，否则效果不一定好。
优化后参数如下：优化后的Layouts (外形图)结构合理。
优化后的Ray Fan（光线曲线）优化后的Optical Path Difference (OPD) Fans（光程差曲线）优化后的Spot Diagrams (点列图)通过观察图像及数据，除去个别数据，发现各项误差均有所减小，基本达到了优化要求。
第六章学习心得光学设计课程结课已过去很长时间，重新学习起来稍有困难，在开始的前两天通过上网查阅关于课程设计的资料，初步掌握缩放法的基本步骤，ZEMAX是设计给光学系统的专业软件，仔细阅读老师给的资料以及向周围的同学的学习，慢慢地知道了设计的基本过程，光学系统看似简单，其实是一门学问很深的课程，优化的过程很是考验耐力，因为各种参数的变化，加上自己的知识又不充分，学习起来很是吃力。
总的来讲，这次课程设计使我懂得了ZENAX的一些基本知识以及设计光学系统的基本过程，加深了我对光学设计知识的理解，提高了动手操作能力。