光学工程课程设计
第一部分:zemax 在光学设计中的应用
姓名：XXX 学号：20080030215 同组成员姓名：XXX
设计要求：焦距180f mm '=，视场角28ω= ，物镜相对孔径/16D f '=
像差要求0.005, 0.0, 0.001m
m FC L mm SC L mm δ'''=-=?=；
Date : SAT JAN 15 2011 GENERAL LENS DATA:
Surfaces : 15 Stop : 1
System Aperture : Entrance Pupil Diameter = 30 Glass Catalogs : SCHOTT Ray Aiming : Off
Apodization : Uniform, factor = 0.00000E+000
Effective Focal Length : 180 (in air at system temperature and pressure) Effective Focal Length : 180 (in image space) Back Focal Length : 71.05692 Total Track : 121.4952 Image Space F/# : 6 Paraxial Working F/# : 6 Working F/# : 5.98354
Image Space NA : 0.08304548
Object Space NA : 1.5e-009
Stop Radius : 15
Paraxial Image Height : 12.58683
Paraxial Magnification : 0
Entrance Pupil Diameter : 30
Entrance Pupil Position : 0
Exit Pupil Diameter : 30.30183
Exit Pupil Position : -180.2315
Field Type : Angle in degrees
Maximum Field : 4
Primary Wave : 0.5875618
Lens Units : Millimeters
Angular Magnification : 0.9900391
Fields : 3
Field Type: Angle in degrees
# X-Value Y-Value Weight
1 0.000000 0.000000 1.000000
2 0.000000 2.828000 1.000000
3 0.000000 4.000000 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 DETAIL:
Surface OBJ : STANDARD
Surface STO : STANDARD
Surface 2 : STANDARD
Surface 3 : STANDARD
Surface 4 : STANDARD
Aperture : Rectangular Aperture
X Half Width : 17.56091
Y Half Width : 17.56091
Surface 5 : COORDBRK Decenter X : 0
Decenter Y : 0
Tilt About X : -45
Tilt About Y : 0
Tilt About Z : 0
Order : Decenter then tilt Surface 6 : STANDARD Aperture : Rectangular Aperture X Half Width : 0
Y Half Width : 24.83272 Surface 7 : COORDBRK Decenter X : 0
Decenter Y : 0
Tilt About X : -45
Tilt About Y : 0
Tilt About Z : 0
Order : Decenter then tilt Surface 8 : STANDARD Aperture : Rectangular Aperture X Half Width : 17.56091
Y Half Width : 17.56091
Surface 9 : STANDARD Aperture : Rectangular Aperture X Half Width : 17.56091
Y Half Width : 17.56091
Surface 10 : COORDBRK Decenter X : 0
Decenter Y : 0
Tilt About X : 45
Tilt About Y : 0
Tilt About Z : 0
Order : Decenter then tilt Surface 11 : STANDARD Aperture : Rectangular Aperture X Half Width : 24.83272
Y Half Width : 24.83272
Surface 12 : COORDBRK Decenter X : 0
Decenter Y : 0
Tilt About X : 45
Tilt About Y : 0
Tilt About Z : 0
Order : Decenter then tilt
Surface 13 : STANDARD
Aperture : Rectangular Aperture
X Half Width : 17.56091
Y Half Width : 17.56091
Surface 14 : STANDARD
Surface IMA : STANDARD
COATING DEFINITIONS:
PHYSICAL OPTICS PROPAGA TION 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 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
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 COORDBRK
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 6 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 COORDBRK
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 COORDBRK
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 12 COORDBRK
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 13 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 14 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 X-Edge Y-Edge
STO 3.738682 3.738682
2 4.817907 4.817907
3 50.432086 50.432086
4 17.56090
5 17.560905
5 0.000000 0.000000
6 0.000000 0.000000
7 -17.560905 -17.560905
8 -7.982230 -7.982230
9 -17.560905 -17.560905
10 0.000000 0.000000
11 0.000000 0.000000
12 17.560905 17.560905
13 69.477411 69.477411
14 0.000000 0.000000
IMA 0.000000 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 BK7 20.00 1.00 1.52237629 1.51680003
1.51432235
2 SF2 20.00 1.00 1.66123127 1.64768909 1.64209618
3 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000
4 BK7 20.00 1.00 1.52237629 1.51680003 1.51432235
5
6 MIRROR 20.00 1.00 1.52237629 1.51680003 1.51432235
7
8 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000
9 BK7 20.00 1.00 1.52237629 1.51680003 1.51432235
10
11 MIRROR 20.00 1.00 1.52237629 1.51680003 1.51432235
12
13 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000
14 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000
15 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000 THERMAL COEFFICIENT OF EXPANSION DATA:
Surf Glass TCE *10E-6
0 0.00000000
1 BK7 7.10000000
2 SF2 8.40000000
3 0.00000000
4 BK7 7.10000000
5
6 MIRROR 0.00000000
7
8 0.00000000
9 BK7 7.10000000
10
11 MIRROR 0.00000000
12
13 0.00000000
14 0.00000000
15 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, 0.0000 deg: 5.970
2 5.9702 5.9835 5.9835 5.9928 5.9928
2 0.0000, 2.8280 deg: 5.9580 5.9651 5.971
3 5.9785 5.9806 5.9877
3 0.0000, 4.0000 deg: 5.9458 5.9600 5.9592 5.973
4 5.9684 5.9826 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 : -179.550186 179.550186
Focal Planes : -177.776013 1.314680
Principal Planes : 1.774174 -178.235506
Anti-Principal Planes : -357.326199 180.864867
Nodal Planes : 1.774174 -178.235506
Anti-Nodal Planes : -357.326199 180.864867
W = 0.587562 (Primary)
Focal Length : -180.000000 180.000000 Focal Planes : -178.207043 1.579512 Principal Planes : 1.792957 -178.420488 Anti-Principal Planes : -358.207043 181.579512 Nodal Planes : 1.792957 -178.420488 Anti-Nodal Planes : -358.207043 181.579512
W = 0.656273
Focal Length : -180.296690 180.296690 Focal Planes : -178.496120 1.793372 Principal Planes : 1.800571 -178.503318 Anti-Principal Planes : -358.792810 182.090062 Nodal Planes : 1.800571 -178.503318 Anti-Nodal Planes : -358.792810 182.090062 1、 像差指标数据
球差=-0.005 彗差=-5.57e-009 轴向色差=0.001
2、 像差公差数据：2
40.01392m m L n u λ
δ'≤
='
' 正弦差公差：0.0025m
SC '≤ 轴向色差公差：2
0.00348FC m L n u λ
'?≤='
'
第二部分：双筒望远镜的组装
一.双筒望远镜的原理
双筒镜可分为伽利略式和开普勒式两种。伽利略式双筒镜结构简单，光能损失小、镜筒较短、价格也较低，但是，它的放大率一般不能超过6倍，放大率再增加，视场就会迅速减小，视场边缘变暗。成像质量也会下降，所以这种双筒镜用得较少。现在常见的是开普勒式双筒镜，它的视场比伽利略式的大，而且成像更加清晰，但开普勒式双筒镜成的是倒立的像，为了得到正像，在它的光路中加有转像棱镜或转像透镜。
光学性能
表示望远镜性能的参数有6个，它们是口径、放大率、视场、相对口径和分辨本领。口径和放大率用两组数字表示，例如“10×50”表示这架双筒镜的放大率为10倍。口径是50毫米；再如“7×～15×35”表示放大率在7倍至15倍之间可调，口径是35毫米。放大率和口径是反映双筒镜性能的最重要的参数。
现在市场上常见一种变倍双筒镜，它的放大率在一定范围内可连续变化，使用起来比较方便。变倍双简镜的缺点是视场小，结构复杂。成像质量不如定倍率的双筒镜。
视场是反映望远镜性能的另一个重要参数。双筒镜的视场经常不以“度”作单位给出，而是给出在1000米(码）处能看到的景物的最大宽度。如“131m/1000m”或“393Ft./1000Yd。”表示用这架双筒镜能看到1000米(码)处的景物的最大宽度为131米(393英尺)。习惯使用角度来表示视场的大小，它们之间很容易换算。对于上面的第一个表示式，视场：
θ＝131÷17.5＝7°.5
考虑到1码等于3英尺，对第二个表示式，视场：
θ＝393÷52.5＝7°.5
双筒镜的视场是由棱镜和目镜的设计决定的。口径和放大率相同的双筒镜视场往往不同，大视场能给观测带来不少方便。但视场边缘的像质往往较差，价格也较贵。
在许多双筒镜的说明书中经常提到“出瞳直径”。它是相对于入瞳直径(即望远镜的口径)而言的，它是由物镜汇集的光束进入观测者时的直径。在数值上等于物镜直径与放大率的比值，如10×50的双筒镜出瞳直径就是50mm/10＝5mm。出瞳直径越大．成像越亮。人眼瞳孔直径在完全黑暗的时候最大，为7毫米，所以出瞳直径不应大于7毫米，否则一部分光线就会因为无法进入瞳孔而白白损失掉。
出瞳距离
出瞳距离是能够看清整个视场时眼睛与目镜的最后一片镜片间的距离。它的大小对于戴眼镜的近视患者非常重要，虽然摘掉眼镜重新调焦后仍能看到清晰的像，但当需要用肉眼和双筒镜反复交替观测星空的时候就很不方便了。另外戴散光眼镜的人如果摘掉眼镜，无论怎么调焦也是无法看到清晰的像的。
要戴着眼镜看清整个视场，出瞳距离予少应为14～15毫米。当出瞳距离少于8毫米时，即使不戴眼镜的人使用起来也会感到不方便。
增透膜
当光线由空气进入玻璃或由玻璃进入空气时，大约有5％被反射掉。双筒镜每个镜筒的物镜、棱镜和目镜加在一起，一般有10～16个与空气接触的表面。如果这些表面未经任何处理，那么入射光线因反射就要损失50％左右。为减少这种有害的反射，现代的折射望远镜在各光学表面都镀有单层或多层增透膜。多层增透膜的材料是氟化镁。单层增透膜只对一种特定波长的光有最佳增透效果，对其他波长的光增透效果稍差，它可使每个表面光的反射减至1.5％，如用于双筒镜的所有表面，光的透过率可超过80％。好的多层膜每个表面光的反射率只有约0.25％，如用于双筒镜的所有表面，光的透过率可达90～95％。
一般情况下，目视望远镜的单层增透膜对5500埃的黄绿光增透效果最佳，因为人眼对这种光最敏感。远离这一波长的蓝光和红光的反射就多一些，因此我们看镀了单层膜的镜片是蓝紫色或红色的。镀多层膜的镜片呈淡淡的绿色或暗紫色，太厚的单层膜看起来也会呈现出绿色。
有人会觉得大口径的双筒镜即使镀膜质量差一些也没关系，它的口径可以弥补光线的损失。其实不然，双筒镜内部各表面的反射光会形成杂散光，降低景物的反差，使像变得模糊不清，在日光下观察阴影中的物体时，这种现象尤为明显。在镀膜质量差的双筒镜中消失在眩目的光辉里的目标，用镀膜质量好的双筒镜就很容易看到。
根据质量不同，增透膜可分为以下几种，它们一般都标在镜身明显的位置上。
镀膜：因为没有一家正规的制造商出售完全不镀膜的双筒镜，所以这实际是一种最低级的增透膜。它只表示至少在一个表面上镀有单层增透膜，通常是在两个物镜和两个目镜的外表面镀膜，而内部的镜片和棱镜都没有镀膜。
全表面镀膜：所有的镜片和棱镜表面都镀了单层膜，但如在目镜中使用了光学塑料镜片，则可能并未镀膜。
多层镀膜：至少在一个表面上镀有多层膜，其他表面可能镀了单层膜，也可能根本没镀膜，通常只在物镜和目镜的外表面镀多层膜。
多层全表面镀膜：所有的表面部镀有增透膜，一些制造商在所有的表面都镀了多层膜，而另外一些只在部分表面镀多层膜，其他表面仍镀单层膜。
棱镜系统
开普勒式双筒镜一般靠转像棱镜得到正像，常用的如下两种：
普罗棱镜是最常用的一种棱镜。用普罗棱镜的双筒镜较宽，两块物镜的间距大于目镜的间距，这样在观察近处物体时立体感强。有些紧凑的双筒镜采用倒置的普罗棱镜，物镜的间距小于目镜间距，立体感也就减弱了。普罗棱镜易了制造，比同等光学质量的屋脊棱镜便宜。
屋脊棱镜体积较小而且可以使物镜和目镜位于一条直线上，因此常用于极紧凑的双筒镜。与普罗棱镜相比，屋脊棱镜有两个主要的缺点，一是光线的损失多，成像较暗；二是对装配精度要求高，难于制造，价格也较贵，制造精良的屋脊棱镜在性能方面可以赶上但不会超过普罗棱镜。
可用于制造棱镜的光学玻璃型号很多。廉价的双筒镜常用BK-7玻璃。较高级的用Bak一4玻璃。对着明亮的背景(如天空)观察双筒镜的出瞳，如果像的四周被“切掉”了，它用的就是BK-7玻璃；Bak-4棱镜可以看到边缘清晰而明亮的圆形。
调焦方式
折射望远镜常用的调焦方式有外调焦和内调焦两种，让目镜沿光轴方向相对于物镜运动，称为外调焦，外调焦的优点是简单，像质较好；但是仪器的外型尺寸较大，密封性也较差，折射天文望远镜经常采用的就是外调焦。内调焦是通过移动物镜组中的一块或一组透镜来得到清晰物像的。它的优点是结构尺寸小，携带方便，而且物镜的焦平面对任何距离处的景物都是不变的，这一点对于安装分划板十分介便，所以大地测量仪器一般采用内调焦。它的另一优点是使仪器有较好的密封性，这有利于保持仪器内部的清洁。目前，大部分双筒镜采用的是外调焦，少数高级品采用内调焦。
很多双筒镜(标有CF)使用一个中心调焦旋钮同时调节两个镜筒的焦距。另一些双简镜(标有IF)，多为防水型双筒镜，每个镜简上设有单独的调焦装置，CF 双筒镜使用方便。IF双筒镜机械结构简单
二.望远镜的组装流程
望远镜组装步骤：
1.组装物镜：将物镜片装到物镜座上用物镜压圈固定，在安装到镜筒的物镜端，在小孔上插入物镜推杆，卡环安装在推杆上，再安装上物镜盖。
2.组装目镜：将目镜镜片放入目镜座，用挡圈，隔圈固定安装进目镜内筒，左目镜安装有视度调节窗。套上左右镜盖。
3.组装棱镜：在棱镜座上依次由下向上放入下棱镜、隔片、上棱镜，在安上压盖。棱镜固定后放入镜筒。
4.整体组装：将目镜安装在镜筒的目镜一端，两镜筒间安装大小挡板和调焦螺丝，用螺丝钉和小钢珠固定使两筒连接为整体。
三.心得体会
这次课程设计主要是学习光学系统设计以及ZEMEX的使用，最后还亲自组装了一台望远镜。通过几天的学习，收获很大。
功能很强大，刚开始的时候对它不了解，觉得很复杂。但经过一段时间的听讲和练习，可以运用ZEMAX设计各种不同规格的望远镜的目镜和物镜，并且进行优化，最终得到我们想要的成像系统。
组装望远镜让我们了解了望远镜的内部结构和成像原理，知道了最简单的光学系统工程的组成和光路。通过将一堆最原始的零件组装成一个完整的望眼镜，提高了我们对望远镜的结构和原理的认知，通过与我们所学知识的结合，进一步加深了我们对《应用光学》中学的知识的理解和运用能力，同时也能锻炼我们的动手操作能力和独立思考的能力。的别是在组装望远镜的过程中，最难的是滚珠的安装，不能使用蛮力，要慢慢来。
这次课设虽然结束了，但是对这个软件的使用还不是很熟练。ZEMAX在光学系统设计中十分有用，在今后要加强这个软件的学习。
工程光学课程设计报告
姓名：XXX
班级：T803-2
学号：20080030215
专业：光信息科学与技术
2011/1/17
扬大工程光学课程设计20140412
工程光学课程设计 班级 学号 姓名 一、目的 了解光学系统外形尺寸计算在光学系统设计中的作用，学习和掌握外形尺寸计算的内容和一般方法。根据使用要求确定光学系统整体结构尺寸的设计过程称为光学系统的外形尺寸计算。光学系统的外形尺寸计算要确定的结构内容包括系统的组成、各光组元的焦距、各光组元的相对位置和横向尺寸。 外形尺寸计算基本要求： 第一，系统的孔径、视场、分辨率、出瞳直径和位置； 第二，几何尺寸，即光学系统的轴向和径向尺寸，整体结构的布局； 第三，成像质量、视场、孔径的权重。 二、要求 对题中所涉及的光学系统 ⑴按照工作原理正确作出光路图并能正确描述； ⑵完整叙述及列举计算的过程，步骤要详细不能省略中间中程； ⑶完成设计报告 三、内容 （一）只包括物镜和目镜的望远系统 计算一个镜筒长L=f1′+f2′=200+（学号最后两位）mm，放大率Γ= -24+（学号最后一位），视场角2ω=1°40′的刻普勒望远镜的外形尺寸。 1、求物镜和目镜的焦距；
图1只包括物镜和目镜的望远系统结构图 2、求物镜的通光孔径D1。可根据望远系统的有效放大率求出D1。 3、求出瞳直径D1’； 4、视场光阑的直径D3； 5、目镜的视场角2ω′； 6、求出瞳距lz′； 7、求目镜的口径D2； 8、目镜的视度调节（目镜相对视场光阑的移动量x）； 9、选取物镜和目镜的结构。 （二）带有棱镜转像系统的望远镜 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＝8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＝10°； 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 要求计算棱镜转像望远镜的各类尺寸
微波光学实验 实验报告
近代物理实验报告 指导教师：得分： 实验时间：2009 年11 月23 日，第十三周，周一，第5-8 节 实验者：班级材料0705 学号200767025 姓名童凌炜 同组者：班级材料0705 学号200767007 姓名车宏龙 实验地点：综合楼503 实验条件：室内温度℃，相对湿度%，室内气压 实验题目：微波光学实验 实验仪器：（注明规格和型号） 微波分光仪，反射用金属板，玻璃板，单缝衍射板 实验目的： 1.了解微波分光仪的结构,学会调整并进行试验. 2.验证反射规律 3.利用迈克尔孙干涉仪方法测量微波的波长 4.测量并验证单缝衍射的规律 5.利用模拟晶体考察微波的布拉格衍射并测量晶格数 实验原理简述： 1.反射实验 电磁波在传播过程中如果遇到反射板,必定要发生反射.本实验室以一块金属板作为反射板,来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上时所遵循的反射规律。 2.迈克尔孙干涉实验 在平面波前进的方向上放置一块45°的半透半反射版,在此板的作 用下,将入射波分成两束,一束向A传播,另一束向B传播.由于A,B 两板的全反射作用,两束波将再次回到半透半反板并达到接收装置 处,于是接收装置收到两束频率和振动方向相同而相位不同的相干 波,若两束波相位差为2π的整数倍,则干涉加强;若相位差为π的奇 数倍,则干涉减弱。 3.单缝衍射实验 如图,在狭缝后面出现的颜射波强度并不均匀,中央最强,同时也最 宽,在中央的两侧颜射波强度迅速减小,直至出现颜射波强度的最小 值,即一级极小值,此时衍射角为φ=arcsin(λ/a).然后随着衍射角的增
大衍射波强度也逐渐增大,直至出现一级衍射极大值,此时衍射角为 Φ=arcsin(3/2*λ/a ),随着衍射角度的不断增大会出现第二级衍射极小值,第二级衍射极大值,以此类推。 4. 微波布拉格衍射实验 当X 射线投射到晶体时,将发生晶体表面平面点阵散射和晶体内部平面点阵的散射,散射线相互干涉产生衍射条纹,对于同一层散射线,当满足散射线与晶面见尖叫等于掠射角θ时,在这个方向上的散射线,其光程差为0,于是相干结果产生极大,对于不同层散射线,当他们的光程差等于波长的整数倍时,则在这个方向上的散射线相互加强形成极大,设相邻晶面间距为d,则由他们散射出来的X 射线之间的光程差为CD+BD=2dsin θ,当满足 2dsin θ=K λ,K=1,2,3…时,就产生干涉极大.这就是布拉格公式,其中θ称为掠射角,λ为X 射线波长.利用此公式,可在d 已测时,测定晶面间距;也可在d 已知时,测量波长λ,由公式还可知,只有在 <2d 时,才会产生极大衍射 实验步骤简述： 1. 反射实验 1.1 将微波分光仪发射臂调在主分度盘180°位置,接收臂调为0°位置. 1.2 开启三厘米固态信号发射器电源,这时微安表上将有指示,调节衰减器使微安表指示满刻度. 1.3 将金属板放在分度小平台上,小分度盘调至0°位置,此时金属板法线应与发射臂在同一直线上, 1.4 转动分度小平台,每转动一个角度后,再转动接收臂,使接收臂和发射臂处于金属板的同义词,并使接收指示最大,记下此时接收臂的角度. 1.5 由此,确定反射角,验证反射定律,实验中入射角在允许范围内任取8个数值,测量微波的反射角并记录. 2. 迈克尔孙干涉实验 2.1 将发射臂和接收臂分别置于90°位置,玻璃反射板置于分度小平台上并调在45°位置,将两块金属板分别作为可动反射镜和固定反射镜. 2.2两金属板法线分别在与发射臂接收臂一致,实验时,将可动金属板B 移动到导轨左端,从这里开始使金属板缓慢向右移动,依次记录微安表出现的的极大值时金属板在标尺上的位置. 2.3 若金属板移动距离为L,极大值出现的次数为n+1则,L )2 ( λn ,λ=2L/n 这便是微波的波长,再令金属板反向移动,重复上面操作,最后求出两次所得微波波长的平均值. 3. 单缝衍射实验 3.1 预先调整好单缝衍射板的宽度(70mm),该板固定在支座上,并一起放到分度小平台上,单缝衍射板要和发射喇叭保持垂直, 3.2 然后从衍射角0°开始,在单缝的两侧使衍射角每改变1°,读一次表头读数,并记录.
工程光学课程设计.
实习报告 实习名称：工程光学课程设计院系名称：电气与信息工程专业班级：测控12-1 学生姓名：张佳文 学号：20120461 指导教师：李静
黑龙江工程学院教务处制2014 年 2 月
工程光学课程设计任务书
目录 1摘要 ...................................................................... 错误！未定义书签。2物镜设计方案 . (1) 3物镜设计与相关参数 (2) 3.1物镜的数值孔径 (2) 3.2物镜的分辨率 (3) 3.3物镜的放大倍数 (4) 3.4物镜的鉴别能力 (4) 3.5设计要求参数确定 (4) 4 显微镜物镜光学系统仿真过程 (5) 4.1选择初始结构并设置参数 (5) 4.2自动优化 (5) 4.3物镜的光线像差(R AY A BERRATION)分析 (6) 4.4物镜的波像均方差(OPD)分析 (7) 4.5物镜的光学传递函数(MTF)分析 (8) 4.6物镜的几何点列图(Stop Diagrams)分析 (10) 4.7仿真参数分析 (11) 5心得体会 (11) 6参考文献 (12)
1摘要 ZEMAX是Focus Software 公司推出的一个综合性光学设计软件。这一软件集成了包括光学系统建模、光线追迹计算、像差分析、优化、公差分析等诸多功能，并通过直观的用户界面，为光学系统设计者提供了一个方便快捷的设计工具。十几年来，研发人员对软件不断开发和完善，每年都对软件进行更新，赋予ZEMAX更为强大的功能，因而被广泛用在透镜设计、照明、激光束传播、光纤和其他光学技术领域中。 ZEMAX采用序列和非序列两种模式模拟折射、反射、衍射的光线追迹。序列光线追迹主要用于传统的成像系统设计，如照相系统、望远系统、显微系统等。这一模式下，ZEMAX 以面作为对象来构建一个光学系统模型，每一表面的位置由它相对于前一表面的坐标来确定。光线从物平面开始，按照表面的先后顺序进行追迹，追迹速度很快。许多复杂的棱镜系统、照明系统、微反射镜、导光管、非成像系统或复杂形状的物体则需采用非序列模式来进行系统建模。这种模式下，ZEMAX以物体作为对象，光线按照物理规则，沿着自然可实现的路径进行追迹，可按任意顺序入射到任意一组物体上，也可以重复入射到同一物体上，直到被物体拦截。与序列模式相比，非序列光线追迹能够对光线传播进行更为细节的分析。但此模式下，由于分析的光线多，计算速度较慢。 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光学设计程界面中。而且工作界面简单，快捷，很方便的就能找到我们想哟实现的功能，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。 2物镜设计方案 消色差物镜(Achromatic)是较常见的一种物镜，由若干组曲面半径不同的一正一负胶合透镜组成，只能矫正光谱线中红光和蓝光的轴向色差。同时校正了轴上点球差和近轴点慧差，这种物镜不能消除二级光谱，只校正黄、绿波区的球差、色差，未消除剩余色差和其他波区的球差、色差，并且像场弯曲仍很大，也就是说，只能得到视场中间范围清晰的像。使用时宜以黄绿光作照明光源，或在光程中插入黄绿色滤光片。此类物镜结构简单，经济实用，常和福根目镜、校正目镜配合使用，被广泛地应用在中、低倍显微镜上。在黑白照相时，可采用绿色滤色片减少残余的轴向色差，获得对比度好的相片。消色差通常由两个分离的双胶组合透镜组成，这类物镜也称为里斯特物镜，它的倍率一般在6×至30×
工程光学课程设计
工程光学课程设计 设计名称：工程光学课程设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： XXX教务处制 20 13 年12 月
工程光学课程设计评分表 最后成绩的以优（90~100）、良（80~89）、中（70~79）、及格（60~69）和不及格（少于60分）五级给出。
第1章引言 1.1 简单介绍 对于实际的光学系统来说，它的成像往往是非完善成像，对于怎样来判断一个光学系统的性能的优劣，是光学设计中遇到的一个重要问题.在当前计算机辅助科研、教学的迅猛发展过程中，计算机辅助光学系统设计已成为光学设计不可缺少的一种重要手段.其中，由美国焦点软件公司所发展出的光学设计ZEMAX，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，是可以运算Sequential及Non-Sequential的软件.其主要特色有分析：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，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。 但是，这里必须强调一点的是，ZEMAX软件只是一个光学设计辅助软件，也就是说，该软件不能教你怎么去进行光学设计，而只是能对你设计的光学系统进行性能的优化以达最佳成像质量所以，在应用本教程进行光学辅助设计之前，您最好先学习一下光学设计的有关知识：首先是几何光学基础，几何光学是光学设计的基础，要做光学设计必须懂得各种光学仪器成像原理，外形尺寸计算方法，了解各种典型光学系统的设计方法和设计过程.实际光学系统大多由球面和平面构成。记住共轴球面系统光轴截面内光路计算的三角公式，了解公式中各参数的几何意义是必要的，具体公式可参考有关光学书籍，在此就不一一介绍了。对于平面零件有平面反射镜和棱镜，它们的主要作用多为改变光路方向，使倒像成为正像，或把白光分解为各种波长的单色光.在光学系统中造成光能损失的原因有三点：透射面的反射损失、反射面的吸收损失和光学材料内部的吸收损失。其次是像差理论知识，对于一个光学系统，一般存在7种几何像差，他们分别是球差、彗差、像散、场曲、畸变和位置色差以及倍率色差.另外，还必须了解一点材料的选择和公差的分配方面的知识，以及一些光学工艺的知识，包括切割，粗磨，精磨，抛光和磨边，最后还有镀膜和胶合等。
傅里叶光学实验报告
实验原理：（略） 实验仪器： 光具座、氦氖激光器、白色像屏、作为物的一维、二维光栅、白色像屏、傅立叶透镜、小透镜 实验内容与数据分析 1．测小透镜的焦距f 1 （付里叶透镜f 2=45.0CM ） 光路：激光器→望远镜（倒置）（出射应是平行光）→小透镜→屏 操作及测量方法：打开氦氖激光器，在光具座上依次放上扩束镜，小透镜和光屏，调节各光学元件的相对位置是激光沿其主轴方向射入，将小透镜固定，调节光屏的前后位置，观察光斑的会聚情况，当屏上亮斑达到最小时，即屏处于小透镜的焦点位置，测量出此时屏与小透镜的距离，即为小透镜的焦距。 112.1913.2011.67 12.3533 f cm ++= = 0.7780cm σ= = 1.320.5929 p A p t t cm μ=== 0.68P = 0.0210.00673 B p B p t k cm C μ?==?= 0.68P = 0.59cm μ== 0.68P = 1(12.350.59)f cm =± 0.68P =
2．利用弗朗和费衍射测光栅的的光栅常数 光路：激光器→光栅→屏（此光路满足远场近似） 在屏上会观察到间距相等的k 级衍射图样，用锥子扎孔或用笔描点，测出衍射图样的间距，再根据sin d k θλ=测出光栅常数d （1）利用夫琅和费衍射测一维光栅常数； 衍射图样见原始数据； 数据列表： sin || i k Lk d x λλ θ= ≈ 取第一组数据进行分析： 2105 13 43.0910******* 4.00106.810d m ----????==?? 210 523 43.0910******* 3.871014.110d m ----????==?? 2105 33 43.0910******* 3.95106.910d m ----????==?? 210 543 43.0910******* 4.191013.010 d m ----????==?? 554.00 3.87 3.95 4.19 10 4.0025104 d m m --+++= ?=? 61.3610d m σ-=? 忽略b 类不确定度：
光学课程设计 ——望远镜系统
望远镜系统结构设计 指导教师： 张 翔 专 业：光信息科学与技术 班 级：光信息08级1班 姓 名： 学 号： 20080320 光学课程设计
目录 第一部分设计背景 (1) 第二部分设计目的及意义 (1) 第三部分望远镜介绍 (1) 3.1望远镜定义 (1) 3.2望远镜分类及相应工作原理 (2) 第四部分望远镜系统设计 (3) 4.1开普勒望远镜 (3) 4.2望远镜系统常用参数 (4) 4.3外形尺寸计算 (6) 4.4伽利略望远镜 (8) 4.5物镜组的选取 (9) 4.6望远镜像差类型及主要结构 (10) 4.7双胶物镜与双分离物镜分析 (12) 4.8内调焦望远物镜分析 (14) 4.9目镜组的选取 (14) 4.10目镜主要像差及分析 (17) 4.11棱镜转像系统 (17) 4.12转折形式望远镜系统 (18) 4.13光学系统初始结构参数计算方法 (18) 4.14应用光学系统中的光栅 (20) 第五部分设计总结 (21) 第六部分参考文献 (21)
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】
光学课设报告
光学课设报告
燕山大学 光学系统设计课程 设计说明书 题目：基于Zemax的潜望镜的设计 学院(系)： 年级专业：电子科学与技术 学号： 学生姓名： 指导教师： 共12页第2页
1.课程设计目的与意义 目的：让学生从书面理论知识，转接到实践解决具体的问题，理解潜望镜的设计原理，以及对即将继续深造考研的同学提前了解和熟悉光学设计的流程和相关应用软件的使用。 意义：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，真理是实践出来的。课程设计教学是把理论和实践相互结合，如此可让学生真正理解所学学科之作用，激发学生向更深层次追求的动力，知行合一，教学才真正完整。 2.课程设计的内容简介 课程设计内容分为三个任务，第一个任务是设计单透镜并研究其球差特性，及优化双胶合结构的球差和轴向色差。第二个 共12页第3页
任务是人眼的几何光学仿真及远视校正。第三个任务就是潜望镜的设计。 3. 课程设计步骤 （1）熟悉和理解设计题目的要求。（2）熟悉如何使用ZEMAX软件。（3）掌握各种操作数的使用，以及分析窗口的使用。 （4）设计结构以及优化参数。 3.1潜望镜的设计 设计要求：EFL=200mm，前透镜到光阑的距离为90mm，光阑到后透镜的距离也为90mm。透镜材料为SF2，波长为0.55um。前后透镜厚度均为15mm,视场角分别设ο0、ο5.10、ο15。选择近轴工作F数为10（既数值孔径为20mm），物距800mm。 共12页第4页
共12页 第5页 图1.1 初始的LDE 表图 其中，曲径半径关系为面4“pick up ”面2值做-1值，面5“pick up ”面1做+1值跟随。厚度是STO 面对面2做+1值跟随。 此时打开3D Layout 如图： 图1.2 潜望镜的初始结构图 然后设置MFE 操作数，如图所示：
光学课程设计望远镜系统结构参数设计
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；地基空间目标探测及识别；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。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
光学课程设计大纲
《光学软件课程设计》教学大纲 适用专业：光电、通信工程、电子信息工程专业 （学分：1学分，学时：20学时） 一、课程的性质和任务 光学软件课程设计是在学习工程光学，光学等基础课程的基础上，基于光学软件进行光学系统的设计，让学生了解光学设计中的主要环节，掌握光学系统的设计、开发的基本方法，以便今后从事光学仪器的设计、研发工作。 通过光学软件课程设计,以求达到如下目的： 1）要求综合运用工程光学课程中所学到的理论知识，独立完成一个设计课题。 2）通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析和解决实际问题的能力。 3）培养学生严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。 二、课程的教学内容 题目1：双高斯物镜的优化设计 设计一组双高斯物镜镜头，镜头的技术指标要求如下： 1、焦距：f’=40mm； 2、相对孔径D/f’不小于1/2 ； 3、视场 5、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)； 6、成像质量，MTF 轴上>35% @100 lp/mm，轴外0.707 >25%@100 lp/mm。 7、校正球差、色差、场曲、像散。 在满足前面要求的前提下，尽可能减少镜头的片数，在相同的结构情况下，MTF值越高越好。 题目2：摄影物镜的优化设计 镜头的技术指标要求如下 1、焦距：f’=12mm； 2、相对孔径D/f’不小于1/2.8； 3、图像传感器为1/2.5英寸的CCD，成像面大小为4.29mm×5.76mm； 4、后工作距>6mm
5、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)； 6、成像质量，MTF 轴上>40% @100 lp/mm，轴外0.707 >35%@100 lp/mm。 7、最大畸变<1% 在满足前面要求的前提下，尽可能减少镜头的片数，在相同的结构情况下，MTF值越高越好。 三、课程的教学基本要求 1)要独立完成设计任务，通过课程设计，锻炼自己综合运用所学知识的能力，并 初步掌握镜头优化设计的方法和步骤。 2)学会查阅资料和手册,根据我们的设计目标，选择合适的初始结构。 3)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、公差以及报表集中在一起，学生可以运用是ZEMAX进行镜头的优化设计，并对设计的镜头系统进行像质评价。 4)学会进行镜头优化设计及像差分析，并得出像质评价报告。 5)能够写出完整的课程设计总结报告。 四、课程的学时分配 教学内容进度 布置任务，仿真软件介绍第一周 学习ZEMAX像差控制和优化方法第一周 查询资料，确定初始结构，并进行优化设计第二周 验收设计结果第三周 验收课程设计报告第四周 五、实践性教学环节（含实验、设计、实习等）的内容安排及要求 （1）设计报告需包含：设计要求、初始结构选择与分析、像差校正、评价函数的设置、优化方法的选择、像差结果分析与评价报告、总结与体会、参考文献和辅助软件。 ①说明设计题目及要求。 ②对题目进行剖析并选择合适的初始结构。 ③对初始结构的像差结果进行分析，与我们设计目标进行比较。 ④根据选择的初始结构，进行像差控制和优化设计 ⑤对设计优化结果给出像质评价报告并与我们的设计目标进行比较。 ⑥写出自己在仿真的过程中遇到的问题、如何排除故障以及仿真结果。
光学课程设计报告
光学课程设计报告 姓名: 班级: 学号:
一．设计目的 （1）重点掌握设计光学系统的思路。初步掌握简单的、典型的系统设计的基本技能，熟练掌握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，如数据结果处理、像差曲线绘制、光学零件技术要求等。 （2）在熟练掌握基本理论知识的基础上，通过上机实训，锻炼自己的动手能力。在摸索的过程中，进一步培养优化数据的能力和理论联系实际的能力。 （3）巩固和消化应用光学和本课程中所学的知识，牢固掌握典型光学系统的特点，并初步接触以后可能用到的光学系统，为学习专业课打下好的基础。 二．设计题目 双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计） 三．技术要求 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。
七．上机结果 1．物镜 （1）优化前数据 程序注释： 设计时间：2013年4月10日星期三 08:59:50 下午 -------输入数据-------- 1.初始参数 物距半视场角(°) 入瞳半径 0 4 15 系统面数色光数实际入瞳上光渐晕下光渐晕 7 3 0 1 -1 理想面焦距理想面距离 0 0 面序号半径厚度玻璃 STO 84.5460 5.741 1 2 -44.9920 2.652 K9 3 -134.9690 56.800 F5 4 0.0000 33.500 1 5 0.0000 4.000 K9 6 0.0000 33.500 1 7 0.0000 12.630 K9 ☆定义了下列玻璃:
华中科技大学光学课程设计报告
光学课程设计报告 姓名：罗风光 学号：U201013534 班级：光电1005
一、课程设计要求 (3) 二、设计步骤 (3) 1. 外形尺寸计算 (3) 2. 选型 (5) 3. 物镜设计 (5) （1）初始结构计算 (5) i. 求h、hz、J (5) ii. 平板的像差 (5) iii. 物镜像差要求 (6) ?求P、W (6) ?归一化处理 (6) ?选玻璃 (7) ?求Q (7) ?求归一化条件下透镜各面的曲率及曲率半径 (7) ?玻璃厚度 (8) （2）像差容限计算 (8) （3）像差校正 (9) （4）物镜像差曲线 (11) 4. 目镜设计 (12) （1）初始结构计算 (12) i. 确定接眼镜结构 (12) ii. 确定场镜结构 (14) （2）像差容限计算 (15) （3）像差校正 (16) 三、光瞳衔接 (19) 四、像差评价 (20) 五、总体评价 (20) 六、零件图、系统图 (20) 七、设计体会 (23) 八、参考资料 (24)
一、 课程设计要求 设计要求：双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I 型棱镜转像。 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、l z ′>8～10mm 二、 设计步骤 1. 外形尺寸计算 物镜焦距' 14120f D mm =?= 出瞳直径' 5D D mm = =Γ 目镜焦距'' 12120206 f f mm ===Γ 分划板直径' 21216.7824D f tg mm =ω= 分划板半径2 8.39122 D = 由设计要求：视场边缘允许50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%的光，利用平板拦去透镜上部的25%的光，这样仅有透镜中间的50%的光能通过望远系统。 7.51208.39127.5120 h a --= -
光学设计三分离物镜
燕山大学 课程设计说明书题目：照相物镜设计 学院（系）：电气工程学院 年级专业：仪表二班 学号： 学生姓名： 指导教师：王志斌 教师职称：副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书 2013年 7 月 10 日
目录 一、引言 (4) 二、设计过程 (4) 2.1初始结构的选择 (5) 2.2输入参数和缩放 (6) 2.3在ZEMAX中进行优化 (9) 2.4优化结果 (12) 三、心得体会 (15) 四、参考文献 (16)
引言 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 (1-1) 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 l f '=β Ⅱ）当物体处于无限远时，β→∞像高为 y ’=ωtan 'f （1-2） 因此半视场角 ω=atan ' ' f y （1-3） 表1-1中列出了照相物镜的焦距标准： 即通常所说的截止频N λ λ u f D N == （1-4） 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 ’=1/4πL τ(D/f ’)2 (1-5) 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
光学设计
大连民族学院 工程光学课程设计（论文）平行光管物镜设计 学院（系）：物理与材料工程学院 专业：光电子技术科学 学生姓名：任增鑫 学号：2010053216 指导教师：芦永军 完成日期：2013-11-18 大连民族学院
摘要 平行光管是通过它取得来自无限远的光束，此光束谓之平行光。是装校调整光学仪器的重要工具，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，连同测微目镜头，或显微镜系统，则可以测定透镜组的焦距，鉴别率，及其他成像质量。将附配的调整式平面反光镜固定于被检运动直的工件上，用附配于光管的高斯自准目镜头，通过光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。在实际成像过程中，物体成的像应该与设计的光学系统一致，达到设计要求的放大倍数。所以，可以通过近轴光学公式计算出理想成像的位置和大小，近似地代表实际光学系统中所要求成的像的位置和大小。近轴光学公式对于工程光学设计有着重要的意义和作用，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。平行光管物镜物镜采用双胶合结构。双胶合结构能够很好的校正几种初级像差，而且结构简单，所以大多用此结构进行设计。 关键词：平行光管物镜；微小角度；近轴光学公式；双胶合结构
目录 摘要...........................................................................................I 设计要求： (2) 第一章绪论 (2) 第二章Zmeax光学设计软件简介 (3) 第三章平行光管物镜参数的手工计算 (5) 第四章课程设计结果Zmeax验证 (7) 致谢 (9)
浙江大学物理光学实验报告
本科实验报告 课程名称：姓名：系：专业：学号：指导教师： 物理光学实验郭天翱 光电信息工程学系信息工程（光电系） 3100101228 蒋凌颖 2012年1 月7日 实验报告 实验名称：夫琅和弗衍射光强分布记录实验类型：_________ 课程名称：__物理光学实验_指导老师：_蒋凌颖__成绩： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1．掌握单缝和多缝的夫琅和费衍射光路的布置和光强分布特点。 2．掌握一种测量单缝宽度的方法。 3．了解光强分布自动记录的方法。 二、实验内容 一束单色平面光波垂直入射到单狭缝平面上，在其后透镜焦平面上得到单狭缝的夫琅禾费衍射花样，其光强分布为： i?i0( 装 式中 sin? ? ) 2 （1） 订 ?? 线 ??sin?? （2） ?为单缝宽度，?为入射光波长，?为考察点相应的衍射角。i0为衍射场中心点（??0处）的光强。如图一所示。 由（1）式可见，随着?的增大，i有一系列极大值和极小值。极小值条件 asin??n?(n?1,n?2) （3） 是： 如果测得某一级极值的位置，即可求得单缝的宽度。 如果将上述单缝换成若干宽度相等，等距平行排列的单缝组合——多缝，则透镜焦面上得到的多缝夫琅禾费衍射花样，其光强分布： n? sin?2 )2 i?i0()( ?
2 （4） sin 式中 ?? sin??2???dsin? ? ?? （5） ?为单缝宽度，d为相邻单缝间的间距，n为被照明的单缝数，?为考察点相应的衍射角；i0为衍射中心点（??0处）的光强。 n? )2 (sin?2() 2称?为单缝衍射因子，为多缝干涉因子。前者决定了衍射花 sin （干涉）极大的条件是dsin??m?(m?0,?1,?2......)。 dsin??(m? m )?(m?0,?1,?2......;m?1,2,.......,n?1)n 样主极大的相对强度，后者决定了主极大的位置。 （干涉）极小的条件是 当某一考虑点的衍射角满足干涉主极大条件而同时又满足单缝衍射极小值条件，该点的光强度实际为0/，主极大并不出现，称该机主极大缺级。显然当d/??m/n为整数时，相应的m 级主极大为缺级。 不难理解，在每个相邻干涉主极大之间有n-1个干涉极小；两个相邻干涉极小之间有一个干涉次级大，而两个相邻干涉主级之间共有n-2个次级大。 三、主要仪器设备 激光器、扩束镜、准直镜、衍射屏、会聚镜、光电接收扫描器、自动平衡记录仪。 四、操作方法和实验步骤 1．调整实验系统 （1）按上图所示安排系统。 （2）开启激光器电源，调整光学元件等高同轴，光斑均匀，亮度合适。（3）选择衍射板中的任一图形，使产生衍射花样，在白屏上清晰显示。 （4）将ccd的输出视频电缆接入电脑主机视频输出端，将白屏更换为焦距为100mm的透镜。 （5）调整透镜位置，使衍射光强能完全进入ccd。 （6）开启电脑电源，点击“光强分布测定仪分析系统”便进入本软件的主界面，进入系统的主界面后，点击“视频卡”下的“连接视频卡”项，打开一个实时采集窗口，调整透镜与ccd的距离，使电脑显示屏能清晰显示衍射图样，并调整起偏/检偏器件组，使光强达到适当的强度，将采集的图像保存为bmp、jpg两种格式的图片。 2．测量单缝夫琅和费衍射的光强分布（1）选定一条单狭缝作为衍射元件（2）运用光强分布智能分析软件在屏幕上显示衍射图像，并绘制出光强分布曲线。 （3）对实验曲线进行测量，计算狭缝的宽度。 3．观察衍射图样 将衍射板上的图形一次移入光路，观察光强分布的水平、垂直坐标图或三维图形。
单透镜——应用光学课程设计报告
广东海洋大学 《工程光学》课程设计 题目：单透镜设计 姓名：李力飞 学号：201211911114 学院：理学院 班级：电科1121 指导老师：陈劲民
广东海洋大学 一.设计目的 查阅光学设计软件ZEMAX资料，初步了解ZEMAX在光学系统设计中实现建模、分析的功能；对上学期《应用光学》课程作一扼要系统的复习。根据设计要求，运用ZEMAX进行辅助设计按要求给出设计结果及撰写设计报告和个人心得总结。 二.设计要求 入瞳直径:30mm 曲率半径:75,-85mm 厚度5mm 材质为BK7玻璃 光源为可见光(F,d,C) 视场角为0°、7°、10° 三.设计思路 直接将要求作为初始结构参数，输入 ZEMAX，并得出初始结果 选取透镜两面半径，焦距作为变量进 行优化 对第一次优化结果进行像质评价，针对 不同像差用对应的评价函数优化，直到 像差符合要求 1
李力飞 四.设计过程 1）入瞳设置 入瞳直径为30mm 2）视场设置 视场角为0度，7度，10度 2
广东海洋大学 3）波长设置 波长为F光（0.486），D光（0.587），C光（0.656）单位：um 4）透镜参数设置 OBJ 和IMA分别为物面，像面。物面厚度（Thickness）为无穷远，即物距为无穷远。 1.在光阑面（STO）后插入一个新的面2，作为透镜的第二个面。 2.透镜第一面，第二面半径分别为75mm和-85mm。 3.由公式f’=nR1R2/(n-1)[n(R2-R1)+(n-1)d],得出透镜焦距f’=78mm，并将f’作为第二面厚度；透镜厚度d=5mm作为第一面厚度。（BK7玻璃折射率：1.5168） 3
工程光学课程设计双胶合透镜的镜片
工程光学课程设计双胶合透镜的镜片
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工程光学课程设计 姓名： 班级： 学号：
设计题目一 设计一个望远镜系统，如图所示。D/f ’=1/4,f ’=100,光阑在物镜上，视场为2° 20 一 计算过程 1 求棱镜的尺寸跟象差： 通光口径D=100/4=25mm 像方孔径角u ’=y/f ’=0.5×25/100=0.125 视场角u ’p =tan2°=0.035 取直角屋脊棱镜的玻璃材质为k9玻璃，其等价玻璃板光路长 L=p ·Dm=1.732Dm D m1=D0+d(2u ’p –D0/f) ≈21.4 D m2=p p pfu pD nf fd u d D f D n '0'002)2(-++-≈17.75 Dm 取二者中较大的，即Dm=21.4mm 。 光路长度L=p*Dm ≈37.06mm 求棱镜的初级像差系数 S Ⅰ=L ·(1－n 2) ·u ’4/n 3 =－0.00337, S Ⅱ=L ·(1－n 2) ·u ’3·u ’p /n 3 =－0.000943, S Ⅲ=L ·(1－n 2) ·u ’2·u ’2p /n 3=－0.000264 其中n=1.5163，L=37.06，u ’=0.125，u ’p =0.035 棱镜的初级色差为C Ⅰ=d ·(1－n)·u 21/vn 2≈－0.00203 C Ⅱ=d ·(1－n)·u ’p ·u ’/vn 2≈－0.000567。 其中 d=L=37.06, u 1= u ’=0.125 2根据对物镜像差的要求，可以求得P ∞,W ∞, C Ⅰ。 直角屋脊棱镜的像差由物镜补偿 S Ⅰ=y ·P ∞=0.00337 P ∞= S Ⅰ/y ≈0.00027 S Ⅱ=y p ·P ∞+j ·W ∞ j=y ’·n ’·u ’p －n ’·u ’·y ’p =0.4365 所以W ∞= S Ⅱ/j=0.002158 3可求得P,W, C Ⅰ的归化值 y ψ=12.5*0.01=0.125则P ∞= P ∞/（y ψ）3=0.13824 W ∞= W ∞/（y ψ）2=0.13811， C Ⅰ= C Ⅰ/y 2ψ=0.001299。 4求得P 0值，选择冕牌在前 P 0= P ∞－0.85（W ∞－0.1）2≈0.137。 由P 0=0.137，C Ⅰ=0.0013查P 0表，找出合适的双胶合透镜的玻璃组合。选择的玻璃种类是BaK7和ZF3
光学课程设计报告——华中科技大学
光学课程设计报告 姓名：糜健 班级：光信0802 学号：U200813208
目录 1.设计任务及要求 (2) 1.1设计任务 (2) 1.2设计技术要求 (2) 2.设计步骤 (2) 2.1总体设计流程图 (2) 2.2光学系统外形尺寸的计算 (3) 2.2.1 望远镜基本结构参数的确定 (3) 2.2.2普罗Ⅰ型转向棱镜外形尺寸的计算 (3) 2.2.3物镜的选型及初始结构参数的计算 (5) 2.2.4目镜的选型及其初始结构参数的计算 (8) 2.3像差调节 (10) 2.3.1物镜的调节： (10) 2.3.2目镜的调节： (12) 2.3.3像质评价 (15) 4.附录：零件图与系统图 (16) 4.1双胶合物镜正透镜零件图 (17) 4.2光学系统图 (18)
1.设计任务及要求 1.1设计任务 双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计）1.2设计技术要求 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。 2.设计步骤 2.1总体设计流程图
2.2光学系统外形尺寸的计算 2.2.1 望远镜基本结构参数的确定 焦距：由D/f1’=1：4，f1’=4D=120mm。又因为Γ=f1’/f2’，f2’=f1’/Γ=20mm。 出瞳大小：D’=D/Γ=5mm。 分划板口径：D分=2f1’tanω=16.7824mm。 出瞳的视场角：因为Γ=tanω’/tanω ，ω=4°，2ω’=45.522°。 2.2.2普罗Ⅰ型转向棱镜外形尺寸的计算 普罗Ⅰ型转向棱镜基本结构如下： 普罗Ⅰ型转向棱镜是由两块等腰直角棱镜所构成的，具有转向的功能，可以解决开普勒望远镜成倒像的问题，使其成正立的实像，在本双筒望远镜系统中，棱镜位于目镜与分划板之间，对一块等腰直角棱镜进行棱镜的展开如下： D L 如图，D为棱镜的通光口径，L为棱镜的展开长度，由几何关系可知：L=2D。即可以将一块等腰直角棱镜展开为厚度为L的玻璃平板，玻璃平板又可以等效为厚度d=L/n的空气平板，其中 n为玻璃平板的折射率。因此系统可以等效为由物镜、目镜、分划板、两空气平板所组成得系统。将两空气平板放置在物镜与分划板之间，结构图如下：