光学设计一

设计要求：

设计一望远镜的物镜，独立校正像差，评价函数可以采取自建模式或缺省模式。对像差参照2'm ''4L m U n λ

δ≤（边缘孔径球差）、2'FC ''L m U n λ≤?（0.7

孔径轴向色差）、0025.0SC 'm ≤（边缘孔径正弦彗差）进行评价。根据外型尺寸计算，对其提出光学特性要求为：

f ’=98mm, D/f ’=1/5, 2ω=2°，工作波段可见光。

1.透镜结构参数、视场、孔径等光学特性参数：

GENERAL LENS DATA:

Surfaces : 4

Stop : 1

系统光圈 : 入瞳直径 = 19.6

Glass Catalogs : CDGM200902

Ray Aiming : Off

变迹 : 均衡,统一的, 因子 = 0.00000E+000

有效的焦点长度: 98.00107 (系统温度和压力在空气中) 有效的焦点长度: 98.00107 (在像空间)

Back Focal Length : 95.22541

统计轨迹: 101.2254

图像空间F/# : 5.000055

离轴工作面F/# : 5.000055

工作面F/# : 5.00068

Image Space NA : 0.09950264

物空间NA : 9.8e-010

光阑半径: 9.8

离轴像高: 1.710615

近轴放大率: 0

入瞳直径: 19.6

入瞳区域: 0

入瞳直径: 19.81516

入瞳直径区域: -99.07689

Field Type : Angle in degrees

最大视场: 1

主光波长: 0.5875618

镜头单位: 毫米

角度放大率: 0.9891416

Fields : 3

Field Type: Angle in degrees

# X-Value Y-Value Weight

1 0.000000 0.000000 1.000000

2 0.000000 0.707000 1.000000

3 0.000000 1.000000 1.000000

Vignetting Factors

# VDX VDY VCX VCY V AN

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

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 STD 无限远无限远0 0

STO STD 61.03258 4 H-K11 19.62773 0

2 STD -44.8075

3 2.2 ZF11 19.43759 0

3 STD -127.093 99.22541 19.3462

4 0

IMA STD 无限远 3.432303 0

EDGE THICKNESS DATA:

Surf Edge

STO 2.139107

2 2.698058

3 95.594054

IMA 0.000000

INDEX OF REFRACTION DA TA:

Surf Glass Temp Pres 0.486133 0.587562 0.656273

0 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000

1 H-K11 20.00 1.00 1.53246341 1.52637858 1.52371361

2 ZF11 20.00 1.00 1.71545849 1.69894907 1.69221109

3 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000

4 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000 THERMAL COEFFICIENT OF EXPANSION DATA:

Surf Glass TCE *10E-6

0 0.00000000

1 H-K11 0.00000000

2 ZF11 0.00000000

3 0.00000000

4 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: 5.0044 5.0044 5.0007 5.0007 5.0026 5.0026

2 0.7070 deg: 5.0038 5.0041 5.0000 5.0004 5.0020 5.0023

3 1.0000 deg: 5.0031 5.0039 4.999

4 5.0001 5.0013 5.0021

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 : -98.006785 98.006785

Focal Planes : -96.961363 0.008752

Principal Planes : 1.045422 -97.998033

Anti-Principal Planes : -194.968148 98.015537

Nodal Planes : 1.045422 -97.998033

Anti-Nodal Planes : -194.968148 98.015537

W = 0.587562 (Primary)

Focal Length : -98.001070 98.001070

Focal Planes : -96.936933 0.000000

Principal Planes : 1.064137 -98.001070

Anti-Principal Planes : -194.938003 98.001070

Nodal Planes : 1.064137 -98.001070

Anti-Nodal Planes : -194.938003 98.001070

W = 0.656273

Focal Length : -98.064691 98.064691

Focal Planes : -96.993162 0.061745

Principal Planes : 1.071529 -98.002945

Anti-Principal Planes : -195.057853 98.126436

Nodal Planes : 1.071529 -98.002945

Anti-Nodal Planes : -195.057853 98.126436

2.像差指标数据：mm

Lδ

'm=

000467

mm 000128.0'''m ==y Ks SC mm 000792.0''707.0=?=?h FC FC L L

3.像差公差数据：球差公差：232.021x 5100058

.0x 4'm 2=???? ??≤L δ

正弦差公差：0025.0'm ≤SC

轴向色差公差：058.021x 5100058

.0'2=???? ??≤?FC L

(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

工程光学设计

摘要摘要：设计三片库克照相物镜，给出三片镜子的结构参数按照设计要求合理设计。近轴光路追迹求出设计系统的焦距和后焦距。然后利用zemax光学设计软件仿真验证设计结果。关键词：照相物镜；光学设计设计要求：设计要求：采用三片库克（cookie）结构，D/f=1/5，半像面尺寸：18mm 半视场角：20°设计波长：0.486um、0.587um、0.656um，口径D：10mm 计算：系统焦距f，，后焦距（BFL）第一章绪论我们设计光学系统采用光线模型方法，即利用几何光学和光学工程中涉及到的基本方法、基本公式设计三片库克照相物镜。利用光线模型设计光学系统是非常重要的方法。曾经有位美国学者在回答有关光线和波动理论应用问题时，睿智的说;“你用光线理论设计照相机镜头，尽管是近视理论，但你用一个星期可以完成；然而你若用衍射理论设计照相机镜头，虽然你用的理论很严格，也去你一辈子才能设计出一个镜头。”可见用几何光学和工程光学中的光线模型设计光学系统是多么的重要。而近轴光线的追迹公式又是利用光线理论设计光学系统的基础。根据近轴光学公式的性质，它只能适用于近轴区域，但是实际使用的光学仪器，无论是成像物体的大小，或者由一物点发出的成像光束都要超出近轴区域。这样看来，研究近轴光学似乎没有很大的实际意义。但是事实上近轴光学的应用并不仅限于近轴区域内，对于超出近轴区域的物体，仍然可以使用近轴光学公式来计算平面的位置和像的大小。也就是说把近轴光学公式扩大应用到任意空间。对于近轴区域以外的物体，应用近轴光学公式计算出来的像也是很有意义的：第一，作为衡量实际光学系统成像质量的标准。根据共轴理想光学系统的成像性质：一个物点对应一个像点；垂直于光轴的共轭面上放大率相同。如果实际共轴球面系统的成像符合理想则该理想像的位置和大小必然和用近轴光学公式计算所得结果相同。因为它们代表了实际近轴光线的像面位置和放大率。如果光学系统成像不符合理想，当然就不会和近轴光学公式计算出的结果一致。二者间的差异显然就是该实际光学系统的成像性质和理想像间的误差。也就是说，可以用它作为衡量该实际光学系统成像质量的指标。因此，通常我们把用近轴光学公式计算出来的像，称为实际光学系统的理想像。第二，用它近似地表示实际光学系统所成像的位置和大小。在设计光学系统或者分析光学系统的工作原理时，往往首先需要近似地确定像的位置的大小。能够满足实际使用要求的光学系统，它所成的像应该近似地符合理想。也就是说，它所成的像应该是比较清晰的，并且物像大体是相似的。所以，可以用近轴光学公式计算出来的理想像的位置和大小，近似地代表实际光学系统所成像的位置和大小。由此可见近轴光学系统具有重要的实际意义，它在今后的研究光学系统的成像原理时经常用到。

应用光学课程设计

上海电力学院《应用光学课程设计》课程设计报告课题名称应用光学课程设计课题代码132601904 院（系）计算机与信息工程学院专业班级学生指导教师时间 2011 /2012学年第 2学期

一、课程设计目的： 1、通过本课程的学习，学会使用ZEMAX 软件，了解并掌握使用该软件绘制光路原理图和光路优化的方法。 2、同时学会使用该软件设计、绘制以及添加各种元器件的基本技巧、基本方法和步骤。二、课程设计要求：（1）请建立一个以“学号+姓名”为文件名建立一个文件夹，用来存放所有文件，报告中的截图采用“学号+姓名”为名。（2）绘制光学系统图；绘制优化前后的像差曲线图。（3）熟悉ZEMAX 软件光学设计的步骤和方法（4）熟悉各种像差产生的原因（5）能够在软件中察看7种像差的大小（6）完成设计内容，提交设计报告，通过答辩。三、设计内容与过程: mm f 180'=，?=82ω，6/1'/=f D ，mm D 30=∴ 083.012 118015'1',152 ====== f h u mm D h 58.124tan 180tan ''+=?+=+=ωf y 04.158.12083.01'''=??==y u n J ' 'u in Si -=∴2 ()083.02'?-=L δ2()106088005.0?=-?-5 ''u n Sic -=2()083.0'-=?FC L 21088.6001.0?=?-6 1088.6p 15?=?== n p Si -5 0=Sii ()15=Sic 2Ci 1088.6?=-6 1058.4?=p -6 0=W 1005.3?=Ci -8 108?=∞p -5 0=∞W 105.5?=Ci -6 ()1 .085.00+?-=∞W P P 2 00842 .0-=

(完整版)光学系统设计(一)答案

光学系统设计（一）参考答案及评分标准 20 分）二、填空题（本大题14小题。每空1分，共20 分） 21.球心处、顶点处、齐明点处（r n n n L '+=） 22.%100y y y q z ?''-'=' 23.0 24.球差 25.冕牌、火石 26.?ννν?2111-=、?ννν?2 122--= 27.两面的公共球心处、两面的公共球心处 28.阿贝常数、C F D D n n 1n --= ν 29.畸变 30.圆 31.0 32.二级光谱 33.f 00052.0L FCD '='? 34.EFFL 三、名词解释（本大题共5 小题。每小题2 分，共 10 分） 35．像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异称为像差。评分标准：主要意思正确得2分。 36．子午场曲：某一视场的子午像点相对于高斯像面的距离称为子午像面弯曲，简称子午场曲。评分标准：答对主要意思得2分。 37．二级光谱：如果光学系统已对两种色光校正了位置色差，这两种色光的公共像点相对于第三种色光的像点位置仍有差异，该差异称为二级光谱。评分标准：答对主要意思得2分。 38.色球差：F 光的球差和C 光的球差之差，称为色球差，该差值也等于边缘光和近轴光色差之差。评分标准：答对得2分。 39．渐晕：轴外点成像光束的宽度较轴上点成像光束的宽度要小，造成像平面边缘部分照度要比像平面中心部分照度低的现象，称为渐晕。评分标准：答对主要意思得2分。

四、简答题（本大题共 6 小题。每小题 5 分，共30 分） 40．一物体的峰-谷比（peak to valley ）是λ23.0，问是否满足Rayleigh 条件？答：满足Rayleigh 条件，因为根据Rayleigh 判断，实际波面和参考波面之间的最大波像差(峰谷比)不超过0.25λ时，此波面可看作是无缺陷的成像质量较好。评分标准：答对主要意思得5分。 41．在七种几何像差中，仅与孔径有关的像差有哪些？仅与视场有关的像差有哪些？与视场和孔径都有关系的又有哪些？答：仅与孔径有关的像差有：球差、位置色差；仅与视场有关的像差有：像散、场曲、畸变、倍率色差；与视场和孔径都有关系的有：彗差评分标准：第一问中每个答案正确得1分，第二问中每个答案正确得0.5分，第三问中每个答案正确得1分。 42．一物体置于折射球面的球心处，其像在哪？放大倍率多少？若物在球面顶点，其像又在何位置？放大倍率多少？答：像分别在球心处和顶点处，放大倍率分别为n 1和1。评分标准：两位置答对各得1分，第一个放大倍率答对得2分，第二个得1分。 43. 什么是焦深，若像面向前或向后离焦半倍焦深，引起的波像差多大？答：（1）实际像点无论在高斯像点之前或之后'?0l 范围内，波像差都不会超过1/4 波长，所以把'02l 定义为焦深，即20u n l 2''='λ （2）引起的波像差为4/λ。评分标准：第一问答对大意得3分，第二问答案正确得2分。 44. 近视眼应佩戴何种透镜加以矫正？为什么？答：应佩戴凹透镜加以矫正，使光线经过水晶体后发散，重新汇聚到视网膜上。评分标准：答对大意得5分。 45. 在对称式光学系统中，当1-=β时，哪几种初级像差可以得到自动校正？其它初级像差有何特性？答：垂轴像差：彗差、畸变、倍率色差均为0。轴向像差：球差、像散、场曲、位置色差均为半部系统相应像差的两倍。评分标准：第一问每个答案正确得1分，共3分；第二问每个答案正确得0.5分，共2分。五、计算题（每题10分，共20分） 46．设计一齐明透镜，第一面曲率半径95m m r 1-=，物点位于第一面曲率中心处，第二球面满足启明条件，若该透镜厚度5mm d =，折射率5.1n =，该透镜位于空气中，求（1）该透镜第二面的曲率半径；（2）该启明透镜的垂轴放大率。解：（1）根据题意得，物点发出光线经第一面后按直线传播，相对于第二面，其物距100m m 595l 2-=--=，根据齐明条件100mm r n n n l 22 222-='+=，可得

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：

应用光学设计

双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I 型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝6倍； 2、物镜的相对孔径D/f ′＝1：4（D 为入瞳直径，D ＝30mm ）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°； 4、仪器总长度在110mm 左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm ，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm 。 6、lz ′>8～10mm 一、物镜的外形尺寸计算及选型已知τ =× 6，物镜D /'1f =1/4, D =30mm, K =50%, 2w =8。. 1、求 '1f ，'2f . '1f ＝4×D ＝120mm ，τ ＝－ '1f /'2f ＝6，'2f ＝20mm 2、' D （出瞳直径） 'D = D τ =5mm. 3、视场半径' y （视场半径） 'y ＝'1f ×' 1tan( w )='1f ×1tan( w )＝8.3912 4、目镜视场2' w τ= ' 11tan( w )tan( w ) 2'w =45.522。 5、目镜的放大率目τ

目τ＝250/'2f ＝250/20=×12.5 6、棱镜的通光口径 h=7.5 1h 'y (分划板) 取a ＝15 则有 ( '1f -a)/ '1f =(1h -h)/( 'y -1h ) 1h =8.2798 棱镜的通光口径棱镜D ＝21h ＝16.5596 展开的长度 d ＝2 棱镜D ＝33.1192 加压圈，取d ＝34.6 用9K 玻璃，n ＝1.5163 ，_ d ＝d/n=22.8(等效空气平板厚度) C= 1=56.4 棱镜不拦轴上点的光的条件：('1f -_ c ) /' 1f =1h /(D/2) _c =53.8 C>=_ c 7、目镜的口径D 目=[( '1f +'2f )tan(w)+ D 出瞳/4] =[(120+20)*tan 4。 +5/4] 8、正视图

光学系统设计

光学系统设计(五) 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．对于密接双薄透镜系统，要消除二级光谱，两透镜介质应满足 ( )。 A.相对色散相同，阿贝常数相差较小 B.相对色散相同，阿贝常数相差较大 C.相对色散相差较大，阿贝常数相同 D.相对色散相差较小，阿贝常数相同 2．对于球面反射镜，其初级球差表达公式为 ( )。 A.?δ2h 81L =' B. ?δ2h 81L -=' C. ?δ2h 41 L =' D. ?δ2 h 41 L -=' 3．下列光学系统中属于大视场大孔径的光学系统是 ( )。 A.显微物镜 B.望远物镜 C.目镜 D. 照相物镜 4．场曲之差称为 ( )。 A.球差 B. 彗差 C. 像散 D. 色差 5．初级球差与视场无关，与孔径的平方成 ( )。 A.正比关系 B.反比关系 C.倒数关系 D.相反数关系 6．下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有( )。 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 ( )。 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 ( )。 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 ( )。 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 ( )。：1 ：1 C.5：1 ：1 11．光阑与相接触的薄透镜重合时，能够自动校正 ( )。 A.畸变 B.场曲 C.球差 D.二级光谱 12．在子午像差特性曲线中，坐标中心为z B '，如0B '位于该点左侧，则畸变值为 ( )。 A.正值 B.负值 C.零 D.无法判断 13．厚透镜之所以在校正场曲方面有着较为重要的应用，是因为 ( )。 A.通过改变厚度保持场曲为零 B.通过两面曲率调节保持光焦度不变 C.通过改变厚度保持光焦度不变 D.通过两面曲率调节保持场曲为0 14．正畸变又称 ( )。 A.桶形畸变 B.锥形畸变 C.枕形畸变 D.梯形畸变 15．按照瑞利判断，显微镜的分辨率公式为 ( )。 A.NA 5.0λσ= B. NA 61 .0λ σ= C.D 014' '=? D. D 012' '=? 16．与弧矢平面相互垂直的平面叫作 ( )。 A.子午平面 B.高斯像面 C.离焦平面 D.主平面 17．下列软件中，如今较为常用的光学设计软件是 ( )。软件软件软件软件 18．光学传递函数的横坐标是 ( )。 A.波长数 B.线对数/毫米 C.传递函数值 D.长度单位 19．星点法检验光学系统成像质量的缺陷是 ( )。

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

应用光学课程设计-1-40

视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.54 棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: 施密特屋脊棱镜(k = 3.04) 材料：k9 目镜：2-35 N0.2 10 倍炮对镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.55 棱镜出射面与分划板距离：a = 42mm；棱镜和材料: 靴型屋屋脊棱镜(k = 2.98)，材料：k9 目镜：2-35 N0.3 10 倍潜望镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.55 棱镜出射面与分划板距离：a = 45 mm；潜望高：300 mm 棱镜和材料: 普罗11型棱镜(k = 3.0)，材料：k9 目镜：2-35 N0.4 10 倍潜望镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.575 ，棱镜出射面与分划板距离：a = 45 mm；潜望高：300 mm 棱镜和材料: 五角屋脊棱镜(k = 4.233)，材料：K9 目镜：2-35

视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.64 棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-450屋脊棱镜(k = 3.552)，材料：Bak7 目镜：2-35 N0.6 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.64 棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-600屋脊棱镜(k = 2.646)，材料：k9 目镜：2-35 N0.7 10 倍观察镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.64 棱镜出射面与分划板距离：a = 10 mm；棱镜和材料: D1J-800屋脊棱镜(k = 1.96)，材料：Bak7 目镜：2-35 N0.8 10 倍双目望远镜：视场：; 出瞳直径：d = 5mm ; 镜目距：p = 25mm 分辨率：; 渐晕系数：k = 0.54 棱镜出射面与分划板距离：a = 28 mm；棱镜和材料: 普罗1型棱镜(k = 4)，材料：k9 目镜：2-35

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

MATLAB应用下的光学设计

课程设计说明书题目：MATLAB应用下的光学设计所属课程：应用光学姓名：学号：班级：指导教师：

中文摘要：本论文是在现有光学理论分析的基础上，利用MATLAB编程语言进行常见的光学仿真实验，旨在以一种更加直观的形式对现有理论和现象进行对比分析与研究。具体内容如下：（1）利用MATLAB绘制一个球面；（2）根据应用光学近轴光路计算公式，编写一个从轴上点光源发出的11条特征光线(u=±1.0, ±0.85, ±0.707, ±0.5, ±0.3,0)的近轴成像光线追迹；（3）利用过渡公式，设计一个透镜（由两个单球面组成），并画出其光线追迹图；（4）在2-3的基础上，编写实际光线的追迹，分析轴上物点的球差；（5）利用MATLAB的GUI(图形用户界面），设计一个可实时改变光路参数的GUI界面；（6）画出理想焦点附近的星点图，理解球差的存在；（7）用uitable函数以列表的形式给出参数和结果说明。关键词：MATLAB；光线追迹；球差；GUI界面；unitable函数 Abstract：This thesis is based on the analysis of the existing theory of optical, using MATLAB programming language to simulate several kinds of familiar optical experiments. The purpose of it is to make comparative study and analysis of existing theory and phenomenon by a more intuitive form. Specific content as follows: (1) Using MATLAB to draw a spherical surface; (2) According to paraxial optical path calculation formula, write a program to draw 11 special paraxial light ray tracing from epaxial point light(u=±1.0, ±0.85, ±0.707, ±0.5, ±0.3,0 ). (3) Depend on transition formula, design a optical lens(include two single spherical surface) and drawing light ray tracing; (4) Based on 2 and 3, write a program about actual light ray tracing, and analyzing epaxial point’s spherical aberration; (5) According to MATLAB, design a GUI (Graphical User Interface) can change the parameters of optical path; (6) Understand the exist of spherical aberration by drawing comet around ideal focus; (7) Give the results and parameters in a list by uitable function. Key words：MATLAB; light ray tracing;spherical aberration; GUI; unitable function

应用光学习题解答

一、填空题 1、光学系统中物和像具有共轭关系的原因是。 2、发生全反射的条件是。 3、光学系统的三种放大率是、、，当物像空间的介质的折射率给定后，对于一对给定的共轭面，可提出种放大率的要求。 4、理想光学系统中，与像方焦点共轭的物点是。 5、物镜和目镜焦距分别为mm f 2'=物和mm f 25'=目的显微镜，光学筒长△= 4mm ，则该显微镜的视放大率为，物镜的垂轴放大率为，目镜的视放大率为。 6、某物点发出的光经理想光学系统后对应的最后出射光束是会聚同心光束，则该物点所成的是 (填“实”或“虚”)像。 7、人眼的调节包含调节和调节。 8、复杂光学系统中设置场镜的目的是。 9、要使公共垂面内的光线方向改变60度，则双平面镜夹角应为 30 度。 10、近轴条件下，折射率为1.4的厚为14mm 的平行玻璃板，其等效空气层厚

度为10 mm。 11、设计反射棱镜时，应使其展开后玻璃板的两个表面平行，目的是保持系统的共轴性。 12、有效地提高显微镜分辨率的途径是提高数值孔径和减小波长。 13、近轴情况下，在空气中看到水中鱼的表观深度要比实际深度小。一、填空题 1、光路是可逆的 2、光从光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角I0，其中，sinI0=n2/n1。 3、垂轴放大率；角放大率；轴向放大率；一 4、轴上无穷远的物点 5、－20；－2；10 6、实 7、视度瞳孔 8、在不影响系统光学特性的的情况下改变成像光束的位置，使后面系统的通光口径不致过大。 9、30 10、10 11、 12、 13、小二、简答题 1、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间？

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。

ZEMAX光学设计超级学习手册-第1章

第1章ZEMAX入门 ZEMAX是一款使用光线追迹的方法来模拟折射、反射、衍射、偏振的各种序列和非序列光学系统的光学设计和仿真软件。ZEMAX有3种版本：ZEMAX-SE（标准版）、ZEMAX-XE（扩展版）、ZEMAX-EE（工程版），其中ZEMAX-EE的功能最为全面。 ZEMAX的界面设计得比较简洁方便，稍加练习就能很快地进行交互设计使用。ZEMAX的大部分功能通过都能选择弹出或下拉式菜单来实现，键盘快捷键可以用来引导或略过菜单，直接运行。本章将要讲述ZEMAX中的有关约定的解释，界面功能的习惯用法，以及一些常用窗口操作的快捷键。一旦学会了在整个软件中通用的、简单的习惯用法，ZEMAX用起来就很容易了。学习目标：（1）了解界面主窗口菜单的各项功能。（2）熟练运用快捷工具栏。（3）熟练掌握大量光学行业中约定的解释，如优化、公差分析等。（4）熟练掌握各对话窗口的操作，如镜头数据、波长数据等。 1.1 ZEMAX的启动与退出安装ZEMAX软件后，系统自动在桌面上产生了ZEMAX快捷图标。同时，“开始”菜单中也自动添加了ZEMAX命令。下面讲解ZEMAX的启动与退出。 1．ZEMAX安装成功后，需要启动ZEMAX，才能使用该软件进行设计工作。ZEMAX 的启动有4种方式。（1）选择“开始”菜单命令启动。选择“开始→ZEMAX”命令，启动ZEMAX，如图1-1所示。（2）选择桌面快捷方式图标。安装完成，系统会在桌面上自动创建ZEMAX的快捷方式图标，双击图标便可启动ZEMAX，如图1-2所示；右键单击快捷方式图标后单击“打开”也可以启动，如图1-3所示。如果桌面上没有快捷方式图标，可以从“开始”菜单中找到相应的程序命令发送到桌面快捷方式，如图1-4所示。

光学设计任务书

燕山大学课程设计说明书题目：摄远物镜设计学院（系）：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：

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

目录第1章摘要 (3) 第2章 ZEMAX软件和设计方法 (4) 2.1 ZEMAX软件介绍 (4) 2.2 设计方法 (5) 第3章设计过程 (6) 3.1初始结构的选择 (6) 3.2 ZEMAX的设计 (8) 3.3 ZEMAX软件优化 (8) 第4章心得体会 (14) 参考文献 (15)

第一章摘要本课程的任务是在学习工程光学基础、光学测试技术等技术基础课程的基础上，进行光学仪器的设计，目的是了解光学设计中主要的环节，掌握光学仪器设计、开发的基本方法，以便今后能从事光学仪器的设计、研发工作。本课程主要研究光学仪器设计中的基本部分，如：光源、目镜、物镜、分化板等，以及光学仪器设计中考虑的基本问题，如：物象位置关系、5系统放大倍数、系统分辨率、相差等。课程涉光学基础、光学测试技术、误差理论及数据处理、精密仪器设计等多方面。了解光学系统的光学特性、光学系统的设计过程。初级像差理论与像差的校正和平衡方法，像质评价与像差公差，光学系统结构参数的求解方法。望远物镜设计的特点、双胶合物镜结构参数的求解和光学特性。目镜设计的特点、常用目镜的型式和像差分析。关键词：光学系统成像质量像差像距摄远物镜

第二章ZEMAX软件和设计方法 2.1 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。 ZEMAX 有三种不同的版本：ZEMAX-SE（标准版）；ZEMAX-XE（扩展版）；ZEMAX-EE（工程版）。

光学系统设计(四)答案

光学系统设计（四）参考答案及评分标准 20 分）二、填空题（本大题11小题。每空1分，共20 分） 21.彗差、像散、畸变 22.圆、彗星 23. ∑' '- ='I 2 S u n 21L δ 24.细光束像散 25.位置色差、倍率色差 26.视场、孔径 27.-20mm 、-13.26mm 或-13.257mm 、-33.36mm 或-33.3586mm 28.2 12 2 1 r r d n )1n ()r 1r 1)( 1n (-+ --=? 29.齐明透镜、球差 30.边缘、0.707 31.位置色差三、名词解释（本大题共5 小题。每小题2 分，共 10 分） 32．调制传递函数：由于光学系统像差及衍射等原因，会造成像的对比度低于物的对比度。将像的对比度与物的对比度的比值，称之为调制传递函数。评分标准：答对主要意思得2分。 33．赛得和数：赛得推导出仅有五种独立的初级像差，即以和数∑I S 、∑II S 、 ∑III S 、∑IV S 、∑V S 分别表示初级球差、初级彗差、初级像散、初级场曲、初级畸变，统称为赛得和数。评分标准：答对主要意思得2分。 34．出瞳距：光学系统最后一个面顶点到系统出瞳之间的距离，称为出瞳距。评分标准：主要意思正确得2分。 35．像差容限：根据瑞利判断，当系统的最大波像差小于λ41 时，认为系统像质是完善的，当系统满足这一要求时，各像差的最大允许值称为像差容限，又称像差允限。评分标准：主要意思正确得2分。 36．复消色物镜：校正了系统二级光谱的物镜，称为复消色物镜。评分标准：答对主要意思得2分。四、简答题（本大题共 6 小题。每小题 5 分，共30 分） 37．简述瑞利判断和斯托列尔准则，二者有什么关系？答：瑞利判断：实际波面与参考球面波之间的最大波像差不超过4/λ时，此波面

应用光学-北京理工大学

《应用光学》课程编号：****** 课程名称：应用光学学分：4 学时:64 (其中实验学时：8) 先修课程：大学物理一、目的与任务应用光学是电子科学与技术（光电子方向）、光信息科学与技术和测控技术与仪器等专业的技术基础课。它主要是要让学生学习几何光学、典型光学仪器原理、光度学等的基础理论和方法。本课程的主要任务是学习几何光学的基本理论及其应用，学习近轴光学、光度学、平面镜棱镜系统的理论与计算方法，学习典型光学仪器的基本原理，培养学生设计光电仪器的初步设计能力。二、教学内容及学时分配理论教学部分（56学时）第一章:几何光学基本原理(4学时) 1.光波和光线 2.几何光学基本定律 3.折射率和光速 4.光路可逆和全反射 5.光学系统类别和成像的概念 6.理想像和理想光学系统第二章:共轴球面系统的物像关系(14学时) 1.共轴球面系统中的光路计算公式 2.符号规则 3.球面近轴范围内的成像性质和近轴光路计算公式 4.近轴光学的基本公式和它的实际意义 5.共轴理想光学系统的基点——主平面和焦点 6.单个折射球面的主平面和焦点 7.共轴球面系统主平面和焦点位置的计算 8.用作图法求光学系统的理想像 9.理想光学系统的物像关系式 10.光学系统的放大率

11.物像空间不变式 12.物方焦距和像方焦距的关系 13.节平面和节点 14.无限物体理想像高的计算公式 15.理想光学系统的组合 16.理想光学系统中的光路计算公式 17.单透镜的主面和焦点位置的计算公式第三章:眼睛的目视光学系统(7学时) 1.人眼的光学特性 2.放大镜和显微镜的工作原理 3.望远镜的工作原理 4.眼睛的缺陷和目视光学仪器的视度调节 5.空间深度感觉和双眼立体视觉 6.双眼观察仪器第四章:平面镜棱镜系统(9学时) 1.平面镜棱镜系统在光学仪器中的应用 2.平面镜的成像性质 3.平面镜的旋转及其应用 4.棱镜和棱镜的展开 5.屋脊面和屋脊棱镜 6.平行玻璃板的成像性质和棱镜的外形尺寸计算 7.确定平面镜棱镜系统成像方向的方法 8.共轴球面系统和平面镜棱镜系统的组合第五章:光学系统中成像光束的选择(5学时) 1.光阑及其作用 2.望远系统中成像光束的选择 3.显微镜中的光束限制和远心光路 4.场镜的特性及其应用 5.空间物体成像的清晰深度——景深第六章:辐射度学和光度学基础(10学时) 1.立体角的意义和它在光度学中的应用