光学系统设计作业
光学系统设计-习题
nr1r2 f' ( n 1 ) n( r2 r1 ) ( n 1 )d 149.27mm
n 1 l'H f ' d 13.99mm nr1 n 1 lH f ' d 5.25mm nr2
l l lH 5005.25mm
6、设计照相物镜的焦距等于75mm，底片尺寸正方形， 边长为55mm，求该照相物镜的最大视场角等于多数？ 解：
' 1 ' 2
3
f f f2 f 0
' 1 ' 2 ' 2
28.87
d 1 f 1' f 2' 28 .87 78.87 d 2 f 1' f 2' 28 .87 21.13
173.19 f 1' f 2' f ' { 173.19
0, 若能成实像，则 l2 则成实像的条件是 2 x1 又 x2 所以， 2 x1 f 2
2
由于实物成实像的情况 ，所以对于 1来说， l1 x1 f1 0 即 x1 f1 f1
由于
f1 0 而 1
所以对于这两个条件不 能同时满足
得到
f ' 100mm
4.一薄透镜组焦距为100 mm，和另一焦距为50 mm的薄透镜 组合，其组合焦距仍为100 mm，问两薄透镜的相对位置。 解：
5、一块厚透镜，n=1.6，r1=120mm，r2=-320mm， d=30mm，试求该透镜焦距和基点位置。如果物距 l1=-5m时，问像在何处？ 解：
d 1 78.87 f ' 173.19 28.87
光学设计实验报告范文(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解光学系统设计的基本原理和方法。
2. 掌握光学设计软件的使用，如ZEMAX。
3. 学会光学系统参数的优化方法。
4. 通过实验，加深对光学系统设计理论和实践的理解。
二、实验器材1. ZEMAX软件2. 相关实验指导书3. 物镜镜头文件4. 目镜镜头文件5. 光学系统镜头文件三、实验原理光学系统设计是光学领域的一个重要分支，主要研究如何根据实际需求设计出满足特定要求的成像系统。
在实验中，我们将使用ZEMAX软件进行光学系统设计，包括物镜、目镜和光学系统的设计。
四、实验步骤1. 设计物镜（1）打开ZEMAX软件，创建一个新的光学设计项目。
（2）选择物镜类型，如球面镜、抛物面镜等。
（3）设置物镜的几何参数，如半径、厚度等。
（4）优化物镜参数，以满足成像要求。
2. 设计目镜（1）在ZEMAX软件中，创建一个新的光学设计项目。
（2）选择目镜类型，如球面镜、复合透镜等。
（3）设置目镜的几何参数，如半径、厚度等。
（4）优化目镜参数，以满足成像要求。
3. 设计光学系统（1）将物镜和目镜的镜头文件导入ZEMAX软件。
（2）设置光学系统的其他参数，如视场大小、放大率等。
（3）优化光学系统参数，以满足成像要求。
五、实验结果与分析1. 物镜设计结果通过优化，物镜的焦距为100mm，半视场角为10°，成像质量达到衍射极限。
2. 目镜设计结果通过优化，目镜的焦距为50mm，半视场角为10°，成像质量达到衍射极限。
3. 光学系统设计结果通过优化，光学系统的焦距为150mm，半视场角为20°，成像质量达到衍射极限。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了光学系统设计的基本原理和方法。
2. 学会了使用ZEMAX软件进行光学系统设计。
3. 加深了对光学系统设计理论和实践的理解。
4. 提高了我们的动手能力和团队协作能力。
5. 为今后从事光学系统设计工作打下了基础。
注：本实验报告仅为示例，具体实验内容和结果可能因实际情况而有所不同。
光学设计岗位职责
光学设计岗位职责光学设计是光学行业中的一项技术工作，主要负责光学元件和光学系统的设计与优化。
光学设计岗位的职责包括以下几个方面：1.光学元件设计：光学设计师需要根据产品要求，设计各种光学元件，如透镜、棱镜、光栅等。
在设计过程中，需要考虑元件的曲率、折射率、形状等参数，以及光学特性，如焦距、光学畸变、透过率等。
设计师需要利用光学软件进行光学元件的建模和优化，以满足产品需要。
2.光学系统设计：光学设计师还需要设计光学系统，如光学显微镜、望远镜、摄像头等。
在进行系统设计时，需要考虑光路设计、光学元件的组合和位置等因素，以实现所需的成像效果。
设计师还需进行系统的整体损耗和性能的优化，以提高系统的成像质量。
3.光学模拟与分析：光学设计师需要利用光学软件进行光学模拟与分析，以评估光学元件和系统的性能。
通过模拟，可以预测光学系统的成像效果、光学畸变等问题，并进行优化。
此外，还可以通过模拟分析光学元件对光学系统性能的影响，确定元件的设计参数。
4.光学制造与测试支持：光学设计师需要与光学制造和测试团队密切合作，提供设计图纸和技术支持。
设计师需要了解光学制造的工艺和要求，以确保设计的可制造性，并根据制造过程中的限制进行相应的优化。
设计师还需要参与光学元件和系统的测试，验证设计的性能和指标，确保产品的质量。
5.技术研究与创新：光学设计师需要关注最新的光学技术发展和创新成果，与同行进行交流与讨论，以保持技术的更新和提高设计的水平。
设计师还需要进行相关技术的研究，探索新的设计方法和算法，以提高设计效率和成像质量。
6.解决问题与项目管理：光学设计师需要解决设计中遇到的各种问题，如成像质量不达标、光学畸变等。
设计师需有较强的问题分析和解决能力，能够找到问题的根本原因和解决方案。
此外，对于大型项目，设计师还需要进行项目管理，包括项目进度的把控、团队协作与沟通等，以保证项目的顺利进行。
总之，光学设计岗位的职责涵盖了光学元件和系统的设计与优化、模拟与分析、制造与测试支持、技术研究与创新，以及问题解决与项目管理等方面。
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. ∑''-='I2S u n 21L δ24.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 28.21221r r d n)1n ()r 1r 1)(1n (-+--=ϕ29.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 、∑IIIS、∑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，此波面可看作是无缺陷的。
斯托列尔准则：成像衍射斑中心亮度和不存在像差时衍射斑中心亮度之比8.0..≥D S 时，认为光学系统的成像质量是完善的。
几何光学.像差.光学设计部分习题详解
1.人眼的角膜可认为是一曲率半径r=7.8mm的折射球面，其后是n=4/3的液体。
如果看起来瞳孔在角膜后3.6mm处，且直径为4mm，求瞳孔的实际位置和直径。
2.在夹锐角的双平面镜系统前，可看见自己的两个像。
当增大夹角时，二像互相靠拢。
设人站在二平面镜交线前2m处时，正好见到自己脸孔的两个像互相接触，设脸的宽度为156mm，求此时二平面镜的夹角为多少3、夹角为35度的双平面镜系统，当光线以多大的入射角入射于一平面镜时，其反射光线再经另一平面镜反射后，将沿原光路反向射出4、有一双平面镜系统，光线以与其中的一个镜面平行入射，经两次反射后，出射光线与另一镜面平行，问二平面镜的夹角为多少5、一平面朝前的平凸透镜对垂直入射的平行光束会聚于透镜后480mm处。
如此透镜凸面为镀铝的反射面，则使平行光束会聚于透镜前80mm处。
求透镜的折射率和凸面的曲率半径（计算时透镜的厚度忽略不计）。
解题关键：反射后还要经过平面折射6、人眼可简化成一曲率半径为5.6mm的单个折射球面，其像方折射率为4/3，求远处对眼睛张角为1度的物体在视网膜上所成像的大小。
7、一个折反射系统，以任何方向入射并充满透镜的平行光束，经系统后，其出射的光束仍为充满透镜的平行光束，并且当物面与透镜重合时，其像面也与之重合。
试问此折反射系统最简单的结构是怎样的。
8、一块厚度为15mm的平凸透镜放在报纸上，当平面朝上时，报纸上文字的虚像在平面下10mm处。
当凸面朝上时，像的放大率为β＝3。
求透镜的折射率和凸面的曲率半径。
9、有一望远镜，其物镜由正、负分离的二个薄透镜组成，已知f1’=500mm, f2’=－400mm, d=300mm，求其焦距。
若用此望远镜观察前方200m处的物体时，仅用第二个负透镜来调焦以使像仍位于物镜的原始焦平面位置上，问该镜组应向什么方向移动多少距离，此时物镜的焦距为多少10、已知二薄光组组合，f’=1000，总长（第一光组到系统像方焦点的距离）L=700，总焦点位置lF’=400, 求组成该系统的二光组焦距及其间隔。
数学光学系统教案设计模板
一、课题：数学光学系统二、课型：新授课三、课时：2课时四、教学目标：知识与技能：1. 了解光学系统的基本组成和原理。
2. 掌握光学系统的基本公式和计算方法。
3. 能够运用光学知识解决实际问题。
过程与方法：1. 通过实验观察，培养学生观察、分析、归纳的能力。
2. 通过小组合作，培养学生的团队协作能力和交流表达能力。
3. 通过问题解决，培养学生的创新思维和解决问题的能力。
情感、态度、价值观：1. 激发学生对光学学习的兴趣，培养严谨的科学态度。
2. 培养学生团结互助、乐于探究的精神。
3. 增强学生的科学素养，树立正确的价值观。
五、教学重点和难点：教学重点：1. 光学系统的基本组成和原理。
2. 光学系统基本公式的应用。
教学难点：1. 光学系统公式的推导过程。
2. 复杂光学系统问题的解决方法。
六、教学方法：讲授法、实验法、讨论法、案例分析法。
七、教具准备：多媒体课件、光学实验器材、教科书。
八、教学过程：第一课时（一）创设情境，导入新课1. 展示光学系统在实际生活中的应用案例，如相机、望远镜等。
2. 提问：这些光学设备是如何工作的？引出课题：数学光学系统。
（二）讲授新知1. 讲解光学系统的基本组成和原理，如透镜、反射镜等。
2. 介绍光学系统基本公式，如透镜成像公式、反射镜成像公式等。
3. 通过实例分析，让学生了解光学系统的应用。
（三）课堂练习1. 布置与光学系统相关的练习题，巩固所学知识。
2. 学生独立完成练习，教师巡视指导。
第二课时（一）复习导入1. 回顾上一节课所学内容，提问学生光学系统的基本组成和原理。
2. 引导学生思考光学系统在实际生活中的应用。
（二）讲解难点1. 详细讲解光学系统公式的推导过程，帮助学生理解公式的来源。
2. 通过实例分析，让学生掌握复杂光学系统问题的解决方法。
（三）实验演示1. 演示光学实验，让学生观察实验现象，加深对光学系统原理的理解。
2. 学生分组进行实验操作，教师巡视指导。
（四）课堂练习1. 布置与光学系统相关的练习题，巩固所学知识。
10倍望远镜光学系统设计（普罗型）
10倍望远镜光学系统设计（普罗型）10倍望远镜光学系统设计（普罗型）摘要⽬前国内⽣产望远镜的⼚家（公司）较多，产品⼤部分销于国外，⽽对产品的性能精度要求越来越⾼，为适应社会要求，为使学⽣初步掌握光学仪器设计过程，光学系统是在透镜的基础上，以不同的组合来实现的，深⼊研究了正负透镜的成像规律和组合光路的成像特性，才能更好的研究复杂的光学系统，为⾼科技普及于民打下坚实基础。
进⼊⼆⼗⼀世纪，科学技术飞速发展，对应⽤软件的开发和使⽤，成为社会发展的重要途径。
本课题研究的主体是10倍普罗型望远镜光学系统。
普罗棱镜⼜叫直⾓棱镜，是传统的经典设计，⽐较常见的设计是由两个完全相同的直⾓棱镜构成，优点是形状简单，容易加⼯和装配，缺点是相对屋脊棱镜，重量和体积较⼤。
设计出10倍普罗型望远镜的技术指标：放⼤率10* D/f＇=1:6 视场2w =5°正像视度调节范围±5折光度. 分别计算出物镜、⽬镜的焦距，出瞳、⼊瞳的直径，视场光阑的直径，⽬镜的视场⾓，瞳距，⽬镜⼝径，⽬镜的视度调节范围。
将所得数据输⼊ZEMAX软件实现像差的校正与平衡。
最终设计出合格望远镜，画出零件图。
关键词：光学系统设计；望远镜；透镜成像；像差T en times the optical telescopes system design（porro）AbstractThe current domestic production of a telescope of the manufacturer said that most of the foreign product to sell, with the product and higher accuracy, in order to adapt to society, to prepare students to master optical instrument for the preliminary design process 。
工程光学习题参考答案解析第三章平面和平面系统设计
第三章 平面与平面系统1. 人照镜子时，要想看到自己的全身，问镜子要多长？人离镜子的距离有没有关系？ 解：镜子的高度为1/2人身高，和前后距离无关。
2有一双面镜系统，光线平行于其中一个平面镜入射，经两次反射后，出射光线与另一平面镜平行，问两平面镜的夹角为多少？ 解：OA M M //32 3211M M N M ⊥∴1''1I I -= 又 2''2I I -=∴α同理：1''1I I -=α 321M M M ∆中 ︒=-+-+180)()(1''12''2I I I I αO︒=∴60α 答：α角等于60︒。
3. 如图3-4所示，设平行光管物镜L 的焦距'f =1000mm ，顶杆离光轴的距离a =10mm 。
如果推动顶杆使平面镜倾斜，物镜焦点F 的自准直象相对于F 产生了y =2mm 的位移，问平面镜的倾角为多少？顶杆的移动量为多少？ 解：θ'2f y = rad 001.0100022=⨯=θ αθx=mm a x 01.0001.010=⨯=⨯=∴θ图3-44. 一光学系统由一透镜和平面镜组成，如图3-29所示。
平面镜MM 与透镜光轴垂直交于D点，透镜前方离平面镜600mm 有一物体AB ，经透镜和平面镜后，所成虚像''A ''B 至平面镜的距离为150mm,且像高为物高的一半，试分析透镜焦距的正负，确定透镜的位置和焦距，并画出光路图。
图3-29 习题4图解： 由于平面镜性质可得''B A 及其位置在平面镜前150mm 处 ''''B A 为虚像,''B A 为实像则211-=β 21'1-==L L β 450150600'=-=-L L 解得 300-=L 150'=L 又'1L -L 1='1f mm f 150'=∴ 答：透镜焦距为100mm 。
光学设计实例(完整版)--zhengliban
p: 优化函数结果，v: 变量；
为了使残余结果的平方和最小(最小二乘法)，对每 个变量联立方程求解；
重复上述过程直至实现最优化。
光学设计人员的任务
1. 获得并考虑技术要求（需求分析）
2. 选择具有代表性的切入点
前期设计、专利、建立联系、原始推导
3. 建立变量和约束
变量包括：曲率半径-r、厚度-d、空气隙-d、玻璃特性-n、 约束可能是相关结构，如长度、半径等，或者是光线角度、F数等具体的参量
约束可能是相关结构如长度半径等或者是光线角度f数等具体的参量使用程序对结果进行优化评价设计结果重复步骤3和4直至满足设计要求如果结果不满足条件通过添加或分离元件变化玻璃种类等来修改设计然后返回步骤4另一种方法是返回步骤2选择的初始结构可能不合理达不到预期要求进行公差分析估计结果误差透镜加工机械结构与装校要求光学设计软件zemax简介优化实例1单透镜2双胶合透镜3非球面单透镜4激光扩束镜5显微镜物镜6双高斯照相物镜公差计算目的1如果初始结构选不好则再简单的系统也难得到好的结果
按Button Opt ，按出dialog box，预定优化次数，即可进行优化，但之前须 规定Merit Function （优化目标函数）及变量。关于变量，将结构数据框作double click，得有关dialog box，就可以将此结构数据作为变量（variable）或改为Fixed 不变。
关于Merit Function，最简单的做法是用程序内的Default Merit Function，通过 下列方法，即可调用适当的Default Merit Function：
所以这里没有计算能量集中度 Enc 及Huygens Point Spread function, 为 能容易完成这类计算，波像差（OPD，不是RMS）宜小于一个波长，否则必须加 大Sampling 点数，增长时间。
毕业论文(设计)基于zemax的光学系统设计报告—内调焦望远物镜的设计
目录一、前言 (1)二、设计技术参数 (1)三、外形尺寸计算 (2)四、初始结构的选型和计算 (6)五、利用zemax优化及评价 (8)六、设计心得体会 (12)七、参考文献 (13)内调焦望远物镜的设计一、前言内调焦望远镜是一种具有多种用途、使用方便的光学检调仪器,它可以作为自准直仪和可调焦望远镜使用。
因此它广泛地应用于光学实验室、光学加工车间和光学装校车间作为检验和调校工具。
例如,作为内调焦望远镜使用时：可以用来检验导轨、平面或直尺的“直线性”,基面之间的“垂直性”,平面之间的“平行性”以及不同直径孔径之间的“同轴性”；作为自准直仪使用时：可检测平面间的角度,光学平行平板两表面的楔角以及观测星点等等。
内调焦是针对外调焦而言的，外调焦是指通过直接移动目镜或者物镜进行调焦，内调焦是指移动镜头组之间的一组镜片来调焦.内调焦广泛运用在某类结构的防水产品上，优点是密封性好一些，但是若设计不当视野会相对窄。
二、设计技术参数技术条件如下：相对孔径D/f’=1/6.58合成焦距f’=250mm物镜筒长L=165mm（薄透镜筒长）物方半视场角w=-2°三、外形尺寸计算根据上图进行光路计算2'(101)12012/'l f d d L f Q ϕϕϕϕϕϕ=-=+-=式中，L ，f ’已知，当假设d0后便可由上述三式求得φ1、φ2、和l2’。
相应地，φ1、φ2可按下述二式求得11/1'1/0/0'1/'21/2'(')/0(0)f d L d f f f f L d d L ϕϕ==-+==--计算结果如表所示 d0/mm 25 50 75 82.5 100 125 150 165 f1’/mm56.81892.595117.18123.13135.14148.81159.57165f2’/mm-41.17-67.65-79.41-80.10-76.47-58.82-26.47由上表知，当Q 给定后，f1’随d0的增加而增加，-f2’开始随d 的增加而增加，到L/2时随d0的增大而减小。
光学设计课程设计题目
光学设计课程设计题目一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握光学设计的基本原理和方法，能够运用光学知识解决实际问题。
具体目标如下：1.知识目标：学生能够理解光学的基本概念、原理和定律，掌握光学设计的基本方法和流程。
2.技能目标：学生能够运用光学知识进行简单的光学设计，能够使用光学设计软件进行实践操作。
3.情感态度价值观目标：培养学生对科学的热爱和探索精神，提高学生解决实际问题的能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光学基本原理、光学设计和光学实验三个部分。
具体安排如下：1.光学基本原理：包括光的传播、反射、折射、干涉、衍射等基本现象和规律。
2.光学设计：包括光学系统的设计原理、光学元件的选择和设计方法、光学成像质量的评估等。
3.光学实验：包括光学仪器的使用和维护、光学实验的操作方法和技巧等。
三、教学方法为了实现教学目标，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
具体应用如下：1.讲授法：用于传授光学基本原理和知识，通过讲解和示例使学生理解光学的基本概念和规律。
2.讨论法：用于引导学生深入思考和探讨光学问题，通过小组讨论和课堂讨论激发学生的学习兴趣和主动性。
3.案例分析法：用于分析实际光学设计案例，使学生能够将理论知识应用于实际问题。
4.实验法：用于验证光学原理和培养学生的实践能力，通过实验操作和观察使学生深入理解光学现象和规律。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本课程将准备以下教学资源：1.教材：选用权威的光学设计教材，提供全面系统的光学知识。
2.参考书：提供相关的光学设计和实验方面的参考书籍，供学生深入学习和参考。
3.多媒体资料：制作课件和教学视频，通过图文并茂的方式生动展示光学原理和设计方法。
4.实验设备：提供必要的实验设备和器材，保证学生能够进行实验操作和观察。
以上是本课程的教学设计，希望能够帮助学生全面掌握光学设计知识，培养学生的实践能力和创新精神。
现代光学设计作业
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。
光学设计和光学系统设计
光学设计和光学系统设计嘿，朋友们！今天咱来聊聊光学设计和光学系统设计呀。
你说这光学设计，就好比是给光搭舞台的建筑师。
咱得好好琢磨怎么让光在这个舞台上尽情表演，展现出最美最妙的效果。
想象一下，光就像个调皮的小孩子，到处乱跑乱撞。
而我们这些光学设计师呢，就得想办法给它规划好路线，让它乖乖听话，按照我们的要求来行动。
比如说，我们要设计一个镜头，那可就得考虑怎么让光乖乖地透过这个镜头，聚焦在我们想要的地方，呈现出清晰又漂亮的图像。
这可不是一件容易的事儿啊！再说说光学系统设计，这可就更复杂啦！这就像是组建一个超级团队，里面有各种各样的角色，而每个角色都得发挥自己的作用，相互配合，才能达到最佳效果。
比如说，在一个复杂的光学系统里，可能有透镜啦、反射镜啦、棱镜啦等等好多好多的元件。
这些元件就像是团队里的成员，它们都有自己的本事，可怎么让它们协同工作，那可就得好好下一番功夫啦！你看那显微镜，就是一个很棒的光学系统设计的例子。
它能让我们看到微小的世界，这得多厉害呀！这背后可都是光学设计师们的心血和智慧呢。
他们得考虑怎么让光线穿过那些小小的镜片，怎么增强对比度，怎么提高分辨率，哎呀，真是伤脑筋又充满挑战呢！还有啊，咱平时用的相机、望远镜，这些可都离不开光学设计和光学系统设计。
没有它们，咱怎么能拍出美美的照片，怎么能看到遥远的星星呢？这就好像是给我们的眼睛加上了翅膀，让我们能看到更多更美的世界。
光学设计和光学系统设计可不是一蹴而就的事儿，那得不断尝试，不断改进。
有时候可能会遇到各种各样的难题，就像爬山的时候遇到陡峭的山坡一样。
但咱可不能退缩呀，得鼓起勇气往上爬，说不定山顶上就有最美的风景在等着我们呢！你说，要是没有这些厉害的光学设计和光学系统设计，我们的生活得少多少乐趣呀？咱可得好好珍惜这些成果，也得给那些默默付出的光学设计师们点个赞！这不就是科技的魅力所在嘛，能让我们的生活变得更加丰富多彩，不是吗？所以呀，让我们一起期待光学设计和光学系统设计能给我们带来更多的惊喜吧！。
光学设计案例范文
光学设计案例范文
一种小型望远镜的光学设计案例
本文介绍了一种小型望远镜的光学设计案例，包括了望远镜的选型、
光学系统的配置以及最终系统的成象性能等细节。
首先，本案例的望远镜选型采用Ritchey-Chrétien型，其拥有高抗
异性象差的能力，较为合适本案例的要求。
该望远镜的参数设置为：望远镜初步参数：焦距：650mm；折射镜及反射镜尺寸：Φ100mm；
光道长度：650mm。
其次，根据望远镜的参数选择，本案例的光学系统配置采用的是一种
简单的全场图像系统，光学系统的组件包括：
1、正反射镜：选用的是高质量的反射镜，其像差特性高，表面光度
均一，折射率为95％。
2、双环镜：选用的是安裝正反射镜后的双环镜，采用的是双环设计，以提高系统的像差抑制能力和色差表现能力。
3、补偿片组：采用的是全玻片补偿片组，可以有效补偿系统的异性
象差，以及使系统具有良好的不变曲率特性。
4、全场图像：选用的是全场视场视力，可以有效抑制象差，并保证
视场均匀度。
最后根据光学系统的配置和参数，可以计算出最终的系统性能，包括
视场视觉能力、象差抑制能力以及色差表现能力等。
光学系统设计-习题
n 1 1 1 n r1 r2
。
同心透镜的特点：球心 由透镜主面公式：
C1 , C2 重合在一起， d r1 r2
dr (r1 r2 )r1 1 lH r1 n(r2 r1 ) n 1d n(r2 r1 ) n 1(r1 r2 ) dr2 (r1 r2 )r2 r2 n(r2 r1 ) n 1d n(r2 r1 ) n 1(r1 r2 )
该透镜为双凸透镜
d 15mm
n1 1 n 2 n 1 .5 n1 n 1.33 2
由 f1 而 f2
n1r1 20 40m m n1 n1 1.5 1
f1 f 2
r1 n1 1.5 20 60m m n1 1.5 1 n1
x 8m x 6m x 4m x 2m
x' 0.703mm x' 0.9375mm x' 1.406mm x' 2.813mm
2. 已知一个同心透镜r1=50mm，厚度d=10mm，n=1.5163，求 它的主平面和焦点位置。
解：
1 1 ( n 1) 2 d 1 0.51632 10 ( n 1) 0.5163 (1 / 50 1 / 60) f' nr1 r2 1.5163 50 40 r1 r2
n2 r2 1.5 （ 15 ） 132.35m m n2 n2 1.33 1.5
r2 n2 1.33 （ 15 ） 117.35m m n2 n2 1.33 1.5
光学系统设计典型成像光学系统
（25％） （25％）
• 上机考核
• 1、考核练习的例子
• 2、考核设计作业
• 考试内容
• 1、计算题（3０％）
• 2、问答题（7０％）
• 设计作业内容
• 测量显微镜光学系统
• （设计说明书和镜头文件。镜头文件包括物镜镜头文 件、目镜镜头文件和光学系统镜头文件 ）
•
设计作业:测量显微镜光学系统设计
分辨率和瞄准精度
1）眼睛能分辨两个很靠近的点的能力称为眼睛的分辨 率。极限分辨角为1’,在明视距离处对应的线距离约为 0.0725毫米。 2）在光学测量中，常用某种标志对目标在垂直于光轴 的方向上进行重合或置中，这一过程称为瞄准，此标志 即瞄准标志。瞄准后，偏离完全重合或置中的程度称为 瞄准精度 .
分辨率和瞄准精度
3）分辨率 和瞄准精度 的关系
K
K =(1～12) 不同瞄准方式有不同的 K 值。
4）分辨率概念适用于观察仪器，而瞄准精度概念适用于 测量仪器。
视觉放大率
1）定义
tg/tg
是直接看物体时物体对眼睛的张角， 是通过目视光
学系统观察物体时，其像对眼睛的张角。
应用在目视光学系统。
例 天文望远镜物镜口径D=1000mm，问视觉放大率应取多少？
解：
D1000435 2.3 2.3
实际放大率可取该值的两倍，
800
望远镜的物镜
1) 望远物镜的光学特性 望远物镜的光学特性用焦距 f o 相对孔径 D / fo
视场角2
2) 望远物镜的类型：
折射式望远物镜 反射式望远镜物镜 折反射式望远物镜
5）工作距离s
常用目镜型式：
冉斯登目镜
开涅尔目镜
对称式目镜
光学设计作业
现代光学系统设计一、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。
若和分别表示F 与C 两种波长光线的近轴像距，则近轴轴向色差为'''F C F Cl 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。
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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 ϕ=-=-=
2.397505A =， 1.698752K =
3）求形状系数Q
1,20 4.295252Q Q ==-
解得 1 3.849150Q =-，2 4.741352Q =-
0300.8832450.060241
4.295252 4.7797281.698752
W W Q Q K ∞--+=±=-±=-
取两个相近结果的平均值
4.76054Q =-
4）求各球面的曲率半径 在规化条件下 '
1f =
由公式 1111211212
1223322221
11
1
1111111
n Q r n n Q r n Q r r n n n ϕϕρρρϕϕϕρ==+=+--==+-==-=+---- 可得 123 1.067869
2.6473331.099948
ρρρ==-=-
则焦距'
43.33f mm =时对应的曲率半径为
'
11
40.576f r ρ=
= '
22
16.367f r ρ=
=- '
33
39.393f r ρ=
=-
5）对薄透镜加厚
213D h mm ==
采用压圈法固定，查表得 1.5mm ∆= 则 透镜的全直径 14.5D mm φ=+∆= 故该显微物镜的外径 14.5mm φ= 透镜的中心厚度公式 21d t x x =-+ 其中
i i x r =代入1r 、2r 、3r 数值 可得
10.232x = 20.584x =- 30.239x =-
查表知正透镜边缘最小厚度
10.8
t≥
负透镜中心最小厚度
21.0
d≥
代入可得
11.616
d≥
21.0
d≥
可取
12.0
d mm
=
21.5
d mm
=
该物镜的参数为
r d D n F n
C
n
40.576 2.05688
.1575969
.1565821
.1
16.367
-5.17172
.1734681
.1710371
.1
39.393
-111三．光学系统初始结构优化
利用Zemax软件的自动优化功能进行像差优化设计
初始参数录入如图
自变量选取各球面的曲率半径
对共轭距进行缩放缩放值为195/198.50.9823677
=
缩放后得
此时保留物距不变其余设为变量进行优化。
在评价函数中加入的操作数有焦距EFFL,目标值为43.33，垂轴放大率PMAG，目标值为-0.5，操作数TOTR，目标值为71，控制色差加入操作数AXCL,目标值为0。
最终优化后的光学系统参数如下图，共轭距为195.00011mm。
四、光学系统的主要像差分析
该光学系统的像差结果（赛的和数）如下所示：
该光学系统的点列图及传递函数曲线如下图所示：对传递函数曲线选取主频率为80Hz
五．光学系统的色差分析
光学系统的色差曲线如下图所示：
优化后的焦距43.33272mm
则二级光谱色差为 ''
0.000520.022533FCD L f ∆==
光学系统设计
专业：光学工程
姓名：马芬
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