课程设计报告望远物镜设计(双胶合镜结构)
双胶合望远物镜 ZEMAX 设计
2.要求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：设计过程： 1.求h ，h z ，J1006.14365.7148.01'''4365.7)tan(''0621.335/5tan 58.12'/'tan 148.0502/tan 8.147.34'/tan '/'tan =⨯⨯===--==⇒==⇒===⨯==⨯=Γ=⇒=Γ==y u n J mmw f y mm h h mmh f h u D u mm D D D D uf h u z z o入入出入计算平行玻璃板的像差和数S 1、S 2、S 3 平行板入射光束的有关参数为：5912.0,0875.0)5tan(,148.0-=-=-==u u u u zz根据已知条件，平行玻璃板本身参数为：64.11.5163,n 31mm,d ===υ则平行平板的初级像差为：3.列出初级像差方程式求解双胶合物镜的C W P ,,∞∞ 根据整个系统物镜的像差要求：mmL SC mm L FC m m 05.0,001.0,1.0'''=∆-==δ系统的像差和数为：0010952.000220.0)(2200438.02S '2'''3''''''''2''''1-=∆-==-=-=-=-=FC m s m L u n S y SC u n k u n S L u n δ 由于S 系统=S 物镜+S 棱镜，双胶合物镜的像差和数为：0.00128480.00238-0.001095S -0.0010750.003275-0.0022S 0.001160.00554-0.00438S =+====+=I ∏I C列出初级像差方程，求P,W,C00238.0n1-n -dS 0.0032765/u)(u S S 00554.0n1-S 223z 124321-====-=⨯-=u du n υ00000812.0001285.000123.0001075.00000922.00016.058.1223=⇒===⇒-=-==⇒===∏I C C h S W JW P h S P P hP S z由P,W,C,求C W P ,,∞∞ 由于''1,85,58.12f f h ===ϕ所以00069.005591.0)(02846.0)('23======Cf C h WW h PP ϕϕ由于望远镜物镜对无限远物平面成像，无须对平面位置再进行优化。
光学课程设计望远镜系统结构设计.docx
光学课程设计望远镜系统结构设计姓名：学号：班级：指导老师:、设计题目：光学课程设计设计目的：运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上, 完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。
了解光学设计中的PV法基本原理。
二、设计原理:光学望远镜是最常用的助视光学仪器，常被组合在其它光学仪器中。
为了观察远处的物体，所用的光学仪器就是望远镜,望远镜的光学系统简称望远系统•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•其系统由物镜和目镜组成，当观察远处物体时，物镜的像方焦距和目镜的物方焦距重合，光学间距为零•在观察有限远的物体时，其光学间距是一个不为零的小数量，- 般情况下，可以认为望远镜是由光学间距为零的物镜和目镜组成的无焦系统常见望远镜按结构可简单分为伽利略望远镜，开普勒望远镜，和牛顿式望远镜。
常见的望远镜大多是开普勒结构，既目镜和物镜都是凸透镜（组），这种望远镜结构导致成像是倒立的，所以在中间还有正像系统。
上图为开普勒式望远镜，折射式望远镜的一种。
物镜组也为凸透镜形式，但目镜组是凸透镜形式。
为了成正立的像，采用这种设计的某些折射式望远镜，特别是多数双筒望远镜在光路中增加了转像稜镜系统。
此外，几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开普勒式。
伽利略望远镜是以会聚透镜作为物镜、发散透镜作为目镜的望远镜（会聚透镜的焦距要大于发散透镜的焦距），当远处的物体通远物镜（u>2f ）在物镜后面成一个倒立缩小的实像，而这个象一个要让它成现在发散透镜（目镜）的后面即靠近眼睛这一边，当光线通过发散透镜时，人就能看到一个正立缩小的虚象。
伽利略望远镜的优点是结构紧凑，筒长较短，较为轻便，光能损失少，并且使物体呈正立的像，这是作为普通观察仪器所必需的。
望远镜设计计算指导和双胶合物镜设计
《应用光学》课程设计—望远镜设计计算指导说明：1、本指导将全面介绍带有普罗I型转像棱镜系统的望远镜设计过程以及计算，作为《应用光学》课程设计的实习范例。
实验报告需在此基础上完善和修改，严禁全盘抄袭本指导，否则作0分处理！2、本指导省略了理论分析部分，计算依据请参考有关资料。
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）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我们的工作将按照以下步骤进行：1、系统外形尺寸的计算：根据需求确定像差，选型；2、使用PW法进行初始结构的计算：确定系统的r、d、n；3、像差的校正：通过修改r、d、n，调整像差至容限之内；4、进行像质评价，总结数据图表，完成设计。
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 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） 问题：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%。
毕业设计_光学软件课程设计报告-双胶合透镜优化设计论文
各专业全套优秀毕业设计图纸《光电系统》课程设计报告姓名：唐晋川班级：0211102学号：2011210818一、设计题目——双胶合透镜优化设计双胶合透镜优化设计双胶合透镜是一种常用的望远物镜，它结构简单、光能损失小，合理选择玻璃和弯曲能校正球差，慧差、色差和像差，但不能消除象散、场曲与畸变。
根据上述原理使用OSLO软件进行双胶合透镜的设计并对其中一种特性进行优化设计，使得双胶合透镜的参数比较理想。
二、设计原理双胶合透镜优化设计：双胶合透镜是一种常用的望远物镜，它结构简单、光能损失小，合理选择玻璃和弯曲能校正球差，慧差、色差和像差，但不能消除象散、场曲与畸变。
优化是光学系统设计过程中最重要的一步，一般来说初始结构的像质并不是很理想的，只有经过优化才能使光学系统的性能达到我们需要的状态。
通过初始设计的双胶合透镜像差不符合要求，所以要对其进行优化。
优化之前要进行两个必要的步骤：要确定优化变量和选用评价函数。
理论上讲，透镜组的全部结构参数都可以作为优化变量参与优化，光学系统中影响像质的因素是曲率半径r，折射率n和厚度d。
三、实验日志：1、使用oslo软件对双胶合透镜进行设计。
2、使用oslo软件对双胶合透镜进行优化设计。
四、实验步骤双胶合透镜设计并优化（1）双胶合透镜设计○1新建镜头文件○2输入透镜光学特性参数○3输入镜面数据○4保存透镜数据（2）双胶合透镜优化○1打开透镜文件并另存○2设置优化变量○3设置误差函数○4进行优化五、实验结果与分析双胶合透镜优化设计我对双胶合透镜所进行的优化是从透镜的像差着手进行的，从后面的数据中我们可以看出通过改变透镜的曲率半径、光圈大小和透镜的厚度都可以明显改善透镜的像差，从而提高透镜的成像质量。
综合考虑，我进行了三次优化，分别通过优化曲率半径、优化光圈大小和优化透镜的厚度来达到设计的目的。
双胶合透镜的原始最小RMS值为4.252773，像差值为-0.031841。
经过优化曲率半径后的最小RMS值为2.506337，像差值为-0.018681，经过优化透镜的厚度的最小RMS 值为1.8，像差值为-0.17142，最后经过优化光圈大小得出了经过三次优化的透镜的最小RMS值为1.639445，像差值为-0.014059，显然我们得出了很好的效果使得仿真比较成功。
望远镜设计计算指导和双胶合物镜设计
1
f眼 '
48.83mm 13.415mm 8.615mm
2
f眼 '
，取 d1 1.5, d2 4.5
3
双胶合结构参数求完！
3、设计场镜
场镜在此处的作用是帮助光瞳衔接，改变出瞳的位置。 正的场镜能使后面光组的通光口径减小，使物镜出瞳更靠近 目镜，负场镜则反之。 设计思路： 1）我们前提已知系统出瞳的位置 lz ' 10mm ，现在采取反追方 法，所以出瞳就变成了目镜的入瞳； 2）该入瞳通过接眼镜成的像与物镜框是共轭的，但此时还 不重合； 3）在接眼镜后加上场镜，使之前的像再通过场镜成像到物
S
IIp
S IIp (
up u
) 0.003404 ；
C
Ip
d (n 1) 2 u 0.003670 n2
3、双胶合物镜像差
双胶合物镜像差应该与平行平板像差等值反号，据此提 出物镜像差。 （若不需平衡平板像差的话， 取物镜像差都为 0）
S I 0.006906 即双胶合像差 S II 0.003404 C 0.003667 I
所以接着计算：
r1 Q 1.789 1 2 1 2 0.4915 ，所以 r2 1 n1 1 1 1 2.7857 r3 3 2 n2 1 f眼 '
Ks ' S ' c 'y 0 . 0 02 5 8. 3 9 1 2 0.02
589.32
n 'sin 2 um
=0.0377；
小于 0.02 即可。
修改 r1 、 r2 、 r3 达到以上要求！ 请看范例 物镜.zmx
设计双胶合望远物镜
设计双胶合望远物镜设计性实验一、实验目的掌握zemax光学设计软件的使用，能进行光学器件的设计和仿真，理解各种光学设计的基本分析原理，了解像差的基本概念、意义。
二、实验内容1．设计要求：焦距：f’＝250 mm通光孔径：D＝35 mm视场角：2ω＝6°，工作中心波长为在可见光波段，入瞳与物镜重合，物镜后棱镜系统的总厚度为150 mm，要求：δL’m＝0.1 5mm，SC’m、＝－0.003，ΔL’FC＝0.05 mm2．给出设计结果，并对设计结果进行分析和评价。
三．实验1.总体思路和基本方法与其他光学自动设计软件相似，Zemax软件进行光学系统设计时的基本流程如图1-1其中，光学系统模型的建立是光学系统设计的第一步。
其中各个参数的取值可以采用标准的PW算法，同时也可以通过查阅光学设计的镜头手册来选择一组合理的初始化数据。
在Zemax中，光学系统建模分为两个方面：系统特性参数的输入和初始结构的输入。
Zemax软件同时还具有非常强大的像质分析功能。
可以在主窗口中的Analysis下拉菜单中选择相应的像质评价工具。
一些常用的分析功能也能通过工具栏中的图标按钮来快速选择。
使用者可以通过对这些图形和文本窗口提供的菜单命令进行操作，设置需显示或计算的内容。
Zemax中的分析窗口都具有“Update(刷新）”菜单命令，当系统特性参数或结构参数改变时，可以通过刷新命令使Zemax重新计算并重新显示当前窗口中的数据。
Zemax的优化功能可以根据设定的一系列目标值去自动改变光学系统的曲率﹑厚度﹑玻璃﹑二次曲面系数及其他附加参数和多重结构数据等，以满足光学系统的光学特性和像差的要求。
在优化过程中，使用者可以根据需要，对系统设定约束条件和目标。
Zemax通过构造评价函数（Merit function)，并采用一定的算法计算评价函数的取值，由取值的大小判断实际系统是否满足约束条件及目标的要求。
2.初始结构的选择Surf:Type Radius Thickness Glass Semi-Diameter OBJ Standard Infinity Infinity InfinitySTO Standard 153.10000 6.0000000 K9 20.0692362 Standard -112.93000 4.0000000 ZF1 20.0391343 Standard -361.6800 50.000000 20.0633294 Standard Infinity 150.00000 K9 18.6284755 Standard Infinity Infinity M 15.818629IMA Standard Infinity 13.2204113.优化函数的确立及Zemax实现（一）建立光学系统的模型（1）初始结构的输入；其中因为没有告诉后工作距，将厚度设为Marginal Ray Height（边缘光线高度）（2）系统特性参数的输入；（主要是对孔径﹑视场﹑波长进行设定）（二）像质评价(1) 焦距：（2）球差：Analysis—Miscellaneous—Longitudinal aberration—text所以可得δL’m=-0.06974mm；（3）正弦差：根据初级彗差和初级正弦差的关系SC’m= K’s/y’=-6.276404μm/13.154mm=-0.000477K’s:y’(4)轴向色差ΔL’FC一般指0.707h的轴向色差，可以由Chormatic Focal Shift 获得，即ΔL’FC= L’F-L’C设置Setting中的孔径：观察text：所以可得ΔL’FC= L’F-L’C=0.17395333-0.08541441=0.08853892mm（三）优化(1)像差控制：显然我们所得的像差与要求的像差数据有差距，所以必须要进行进一步的像差优化。
双胶合望远物镜 ZEMAX 设计
2.要求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：设计过程： 1.求h ，h z ，J1006.14365.7148.01'''4365.7)tan(''0621.335/5tan 58.12'/'tan 148.0502/tan 8.147.34'/tan '/'tan =⨯⨯===--==⇒==⇒===⨯==⨯=Γ=⇒=Γ==y u n J mmw f y mm h h mmh f h u D u mm D D D D uf h u z z o入入出入计算平行玻璃板的像差和数S 1、S 2、S 3 平行板入射光束的有关参数为：5912.0,0875.0)5tan(,148.0-=-=-==u u u u zz根据已知条件，平行玻璃板本身参数为：64.11.5163,n 31mm,d ===υ则平行平板的初级像差为：3.列出初级像差方程式求解双胶合物镜的C W P ,,∞∞ 根据整个系统物镜的像差要求：mmL SC mm L FC m m 05.0,001.0,1.0'''=∆-==δ系统的像差和数为：0010952.000220.0)(2200438.02S '2'''3''''''''2''''1-=∆-==-=-=-=-=FC m s m L u n S y SC u n k u n S L u n δ 由于S 系统=S 物镜+S 棱镜，双胶合物镜的像差和数为：0.00128480.00238-0.001095S -0.0010750.003275-0.0022S 0.001160.00554-0.00438S =+====+=I ∏I C列出初级像差方程，求P,W,C00238.0n1-n -dS 0.0032765/u)(u S S 00554.0n1-S 223z 124321-====-=⨯-=u du n υ00000812.0001285.000123.0001075.00000922.00016.058.1223=⇒===⇒-=-==⇒===∏I C C h S W JW P h S P P hP S z由P,W,C,求C W P ,,∞∞ 由于''1,85,58.12f f h ===ϕ所以00069.005591.0)(02846.0)('23======Cf C h WW h PP ϕϕ由于望远镜物镜对无限远物平面成像，无须对平面位置再进行优化。
双胶合望远物镜 ZEMA 设计
2、要求设计一个周视瞄准镜得双胶合望远物镜（加棱镜），技术要求如下：设计过程： 1.求h ，h z ，J1006.14365.7148.01'''4365.7)tan(''0621.335/5tan 58.12'/'tan 148.0502/tan 8.147.34'/tan '/'tan =⨯⨯===--==⇒==⇒===⨯==⨯=Γ=⇒=Γ==y u n J mmw f y mm h h mmh f h u D u mm D D D D uf h u z z o入入出入2.计算平行玻璃板得像差与数S 1、S 2、S 3 平行板入射光束得有关参数为：5912.0,0875.0)5tan(,148.0-=-=-==u u u u zz ο根据已知条件，平行玻璃板本身参数为：64.11.5163,n 31mm,d ===υ则平行平板得初级像差为：3、列出初级像差方程式求解双胶合物镜得C W P ,,∞∞ 根据整个系统物镜得像差要求：mmL SC mm L FC m m 05.0,001.0,1.0'''=∆-==δ系统得像差与数为：0010952.000220.0)(2200438.02S '2'''3''''''''2''''1-=∆-==-=-=-=-=FC m s m L u n S y SC u n k u n S L u n δ 由于S 系统=S 物镜+S 棱镜，双胶合物镜得像差与数为：0.00128480.00238-0.001095S -0.0010750.003275-0.0022S 0.001160.00554-0.00438S =+====+=I ∏I C① 列出初级像差方程，求P,W,C00238.0n1-n -dS 0.0032765/u)(u S S 00554.0n1-S 223z 124321-====-=⨯-=u du n υ00000812.0001285.000123.0001075.00000922.00016.058.1223=⇒===⇒-=-==⇒===∏I C C h S W JW P h S P P hP S z② 由P,W,C,求C W P ,,∞∞ 由于''1,85,58.12f f h ===ϕ所以00069.005591.0)(02846.0)('23======Cf C h WW h PP ϕϕ由于望远镜物镜对无限远物平面成像，无须对平面位置再进行优化。
(完整word版)双胶合望远物镜 ZEMAX 设计
2.要求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：设计过程： 1.求h ，h z ，J1006.14365.7148.01'''4365.7)tan(''0621.335/5tan 58.12'/'tan 148.0502/tan 8.147.34'/tan '/'tan =⨯⨯===--==⇒==⇒===⨯==⨯=Γ=⇒=Γ==y u n J mm w f y mm h h mmh f h u D u mm D D D D uf h u z z o入入出入2.计算平行玻璃板的像差和数S 1、S 2、S 3 平行板入射光束的有关参数为：5912.0,0875.0)5t a n (,148.0-=-=-==u uu u z z根据已知条件，平行玻璃板本身参数为：64.11.5163,n 31mm,d ===υ则平行平板的初级像差为：3.列出初级像差方程式求解双胶合物镜的C W P ,,∞∞ 根据整个系统物镜的像差要求：mmL SC mm L FC m m 05.0,001.0,1.0'''=∆-==δ系统的像差和数为：0010952.000220.0)(2200438.02S '2'''3''''''''2''''1-=∆-==-=-=-=-=FC m s m L u n S y SC u n k u n S L u n δ 由于S 系统=S 物镜+S 棱镜，双胶合物镜的像差和数为：0.00128480.00238-0.001095S -0.0010750.003275-0.0022S 0.001160.00554-0.00438S =+====+=I ∏I C① 列出初级像差方程，求P,W,C00238.0n1-n -dS 0.0032765/u)(u S S 00554.0n1-S 223z 124321-====-=⨯-=u du n υ00000812.0001285.000123.0001075.00000922.00016.058.1223=⇒===⇒-=-==⇒===∏I C C h S W JW P h S P P hP S z② 由P,W,C,求C W P ,,∞∞ 由于''1,85,58.12f f h ===ϕ所以00069.005591.0)(02846.0)('23======Cf C h WW h PP ϕϕ由于望远镜物镜对无限远物平面成像，无须对平面位置再进行优化。
望远物镜设计报告
望远物镜设计报告
设计要求：焦距100mm,相对孔径1/4，全视场角8度
（1）计算其它参量
入瞳直径：D=
41f '=4
1100⨯ mm=25 mm 分辨率：σ=D ''140=25
''140=''6.5 放大率：Γ=3.2D =3
.225≈10（倍） 出瞳直径：'D =ΓD =1025=2.5 mm （2）由于望远物镜视场小，应保证其轴上物点和近轴物点有很好的成像质量，因此必须校正好球差、色差和正弦差。
（3）在光学技术手册查询后，得初始参数为：焦距f ’=119.94mm;相对孔径1：4；视场角2w=8°，其余参数见表1-1。
表1-1
选定初始结构类型为双胶合物镜（如图1）
图1
将初设参数输入到计算机软件中，如图（2）所示：
图（2）
设置相对孔径值和视场角，自动选择波长数据后，得到输入结果的二维图
（4）采用上机学到的知识进行全局优化，给出MTF结果；。
关于望远物镜的设计
1. 设计一个望远镜(焦距100mm，全视场角8度)2. 设计一个显微镜（放大倍率10倍，NA=0.2，共轭距离210mm）3. 设计一个照相物镜（焦距50mm，相对孔径1/2，全视场角50度）内容:（1）通过给定的参数，计算出其他参数值。
（2）分析系统需要校正的象差类型。
（3）通过手册查询初始结构，并回答所属类型，然后输入到计算机软件中给出输入结果的二维图。
（4）采用上机学到的知识进行全部优化。
给出MTF结果。
（5）采用上机学习的知识进行对样板和公差分析，给出操作步骤的图片和结果。
（6）绘制出光学系统图。
望远物镜设计（1）f’=100, D/f’=1/4, D=25mm, 2w=8（2）系统需校正的像差：球差、慧差、色差、场曲（3）查手册选初始结构，f’=109.81, D/f’=1/2.2,2w=12，l’f=99.12 .属于双胶合、双分离摄远物镜二维输出结果：（4）（5）采用上机学习的知识进行对样板和公差分析，给出操作步骤的图片和结果。
步骤：一. 设定Tolerance Data1. 一般情况我们可以利用Zemax 的Default Tolerances 进行设置，在Tolerance Data Editor 中Tools 菜单下有Default Tolerances 选项。
弹出如下对话框:在此对话框可以对各面的R值，TC,偏心(Decenter),倾斜(Titlt),不规则度(Irregularity)及材质的公差进行设定。
各项意义如下：Surface Tolerances 一列Ｒadius.(半径公差)，它可以使用一个具体的量(Millmeters 此为Lens Unit)作为限制，也可使用干涉条纹数(Fringes)做为限制。
Thickness(中心厚度),它以当前ZemaxFile 中的Lens Unit 做为单位。
Decenter X/Decenter Y 偏心公差差Tilt X/Tilt Y 面的倾角S + A Irreg Spherical and Astigmatism 不规则度(仅对于Standard Surface Type)Zern Irreg 泽尔尼克不规则度(Zernike Irregularity)Index 玻璃材质折射率Abbe 玻璃材质色散系数Element Tolerances 一列只有Decenter 及Tilt 的设定，其意义同上，但与Surface Tolerances 的区别是它将应用一个元件而不是一个光学表面。
双胶合望远物镜课程设计
双胶合望远物镜课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解双胶合望远物镜的基本结构和工作原理；2. 掌握双胶合望远物镜的成像特点、光学性能及其在望远镜中的应用；3. 了解光学材料及加工工艺对双胶合望远物镜性能的影响。
技能目标：1. 能够运用所学知识，分析并计算双胶合望远物镜的焦距、视场角等参数；2. 学会使用相关软件或工具，进行双胶合望远物镜的设计与优化；3. 能够运用科学探究方法，进行双胶合望远物镜性能的实验测试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对光学仪器及望远镜的兴趣，激发他们探索宇宙的热情；2. 培养学生严谨的科学态度，使他们认识到科技进步对人类社会发展的重要性；3. 增强学生的团队合作意识，提高他们沟通、协作解决问题的能力。
课程性质：本课程属于物理学科，以光学知识为基础，结合实际应用，培养学生对双胶合望远物镜的设计与制造技能。
学生特点：高二年级学生，已具备一定的物理知识和科学探究能力，对光学仪器有一定了解。
教学要求：结合课程内容，注重理论与实践相结合，提高学生的动手操作能力和实际问题解决能力。
通过小组合作、实验探究等形式，培养学生的团队协作能力和创新精神。
在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，使每个学生都能达到课程目标。
二、教学内容1. 光学基础知识回顾：光的传播、反射、折射定律；2. 双胶合望远物镜原理：双胶合透镜的结构、成像特点、光学性能；3. 望远镜基础知识：望远镜的分类、工作原理、性能指标；4. 双胶合望远物镜设计：光学设计原理、透镜材料选择、加工工艺；5. 双胶合望远物镜参数计算：焦距、视场角、放大率等；6. 设计与优化软件应用：光学设计软件介绍、操作方法；7. 实验教学：双胶合望远物镜性能测试、数据分析；8. 实际案例分析：国内外双胶合望远物镜产品的设计、应用及优缺点分析。
教材章节关联：1. 《物理学》光学章节：光的传播、反射、折射；2. 《光学仪器》望远镜章节：望远镜的工作原理、性能指标；3. 《光学设计》透镜设计章节：双胶合透镜设计原理、光学材料选择。
双胶合望远物镜设计
目录一、前言 (7)二、ZEMAX仿真 (9)三、设计优化 (17)四、数据比较和优化后参数 (21)五、设计心得体会 (24)六、参考文献 (25)评分表附表 (26)一前言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。
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 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。
所以光学是一个相当有用的学科。
本次设计采用ZEMAX光学设计软件。
ZEMAX是一个用来模拟、分析和辅助设计光学系统的程序。
ZEMAX的界面设计得比较容易被使用，稍加练习就能很快地进行交互设计。
双胶合望远镜头设计要点
双胶合望远镜头设计要点XX大学课程设计说明书201X/201X 学年第 1 学期学院：信息与通信工程学院专业：XXXXXXXX学生姓名：XXXXX 学号：XXXXX课程设计题目：双胶合望远镜头设计起迄日期：20XX年12月22日~20XX年01月02日课程设计地点：XX大学5院楼513、606指导教师：XXXX 职称: 教授摘要 (1)关键词 (1)第一章课题要求1.1课题背景 (2)1.2设计目的 (2)1.3设计内容和要求 (2)第二章方案分析2.1课题名称 (3)2.2主要数据 (3)2.3设计思路 (3)2.4实现原理 (3)2.5主要过程 (4)第三章光学系统设计3.1光圈参数设定 (5)3.2视场参数设定 (5)3.3波长设定 (6)3.4玻璃厚度的设定 (6)3.5像空间的设定 (7)第四章光学系统分析4.1 2D光路分布草图 (7)4.2 标准点列图Spot Diagram (8)4.3 光路图OPD FAN (9)4.4 光线相差图RAY FAN (10)4.5波前分布图 (11)第五章光学系统优化5.1光学系统调焦 (12)5.2设置可变参数 (13)5.3优化函数设定 (13)5.4最终优化 (14)第六章系统优化前后比较6.1优化后的2D草图 (15)6.2优化后的标准点列 (15)6.3优化后光路图 (16)第七章心得体会心得体会 (17)ZEMAX是一款多功能的光学设计软件，可建立反射、折射、绕射等光学模型，可以用来模拟、分析和辅助设计光学系统，并对光学系统进行优化。
双胶合透镜不仅有较好的横向分辨率，而且有较高的轴向分辨率，能够作为共焦3-D成像的一种理想光学元件，在光学领域得到了广泛的应用。
本次课程设计，我们将利用ZEMAX软件设计一个双胶合望远镜头，展示利用ZEMAX设计、分析和优化一个简单光学系统的过程，进一步掌握该软件。
关键词:ZEMAX双胶合望远镜头光学系统设计分析第一章课题要求1.1课题背景随着计算机技术的不断进步和发展，在光学系统的设计过程中越来越多得利用到计算机技术，其中ZEMAX就是一款应用十分广泛的的光学设计软件，具有功能完善、操作简单、准确性高、人机交互性好等特点，极大地简化了光学系统的设计过程。
双胶合望远物镜的设计
双胶合望远物镜的设计
1.确定要设计的望远镜的需求和目标。
这包括确定观测目标的类型（是天文观测还是地球观测）、期望的分辨率和光学口径等。
2.确定物镜的基本参数。
物镜的基本参数包括光学口径、焦距和波长范围等。
根据观测需求和目标来确定这些参数，以便在设计过程中进行优化。
3.进行双胶合物镜的初步设计。
双胶合物镜由两个物镜镜头组成，其中一个作为物镜，另一个作为准直镜。
初步设计包括确定物镜和准直镜的曲率半径、厚度、孔径等参数，并进行初步的光学系统分析和优化。
4.进行双胶合物镜的最终设计。
最终设计包括对镜片的形状、曲率、厚度等进行进一步优化，使得物镜和准直镜在光学性能上达到最佳状态。
这一步骤通常需要使用光学设计软件进行模拟和分析。
5.进行光学系统的完整性分析。
完成物镜和准直镜的设计后，需要对整个光学系统进行分析，以确保在不同焦距和观测条件下都能达到预期的性能。
这包括通过使用衍射图像圆点函数来评估系统的分辨率和像差，以及通过光学路径分析来评估系统的定位和稳定性。
6.进行光学系统的组装和调试。
一旦完成了光学系统的设计和分析，就可以进行物镜和准直镜的组装和调试。
这包括对镜片进行抛光和涂镀，以及对光学系统进行调整和校准，以使其达到预期的性能。
以上就是双胶合望远物镜的设计步骤。
双胶合望远物镜的设计是一个复杂和细致的过程，需要充分考虑观测需求和目标，并进行仔细的光学系统分析和优化。
通过合理地设计和调整，双胶合望远物镜可以在天文观测和地球观测中发挥出更好的性能，提供更清晰和准确的图像和数据。
zemax望远物镜的课程设计
zemax望远物镜的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握zemax软件的基本操作流程，运用其进行望远物镜的设计。
2. 学生能掌握望远物镜的光学原理，包括成像公式、焦距计算、视场角等关键概念。
3. 学生能了解并描述望远物镜在不同应用场景中的性能要求和设计要点。
技能目标：1. 学生能独立使用zemax软件，完成望远物镜的初始设计和优化。
2. 学生能够分析望远物镜的仿真结果，对设计方案进行评价和改进。
3. 学生通过小组合作，能够解决望远物镜设计过程中遇到的问题，提高团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到光学仪器在科学研究和国防建设中的重要性，增强国家意识和社会责任感。
2. 学生在课程学习过程中，培养科学精神，严谨求实，勇于探索未知领域。
3. 学生通过学习望远物镜设计，激发创新思维，提高实践能力，增强自信心。
课程性质：本课程为实践性较强的专业课程，旨在帮助学生将光学理论知识与实际应用相结合，提高学生的实际操作能力和综合运用能力。
学生特点：学生具备一定的光学基础知识，具有较强的学习兴趣和动手能力，但缺乏实际设计经验。
教学要求：教师需结合学生特点，采用讲授、实践、小组讨论等多种教学方法，引导学生掌握望远物镜的设计方法，提高学生的综合能力。
同时，注重过程评价，确保学生达到预期学习成果。
二、教学内容本章节教学内容紧密围绕课程目标，结合教材相关章节，确保教学内容科学性和系统性。
具体安排如下：1. 光学基础知识回顾：引导学生复习光学成像原理、高斯光学等基本概念，为后续望远物镜设计奠定基础。
（对应教材第2章）2. zemax软件操作：详细介绍zemax软件的基本操作流程，包括界面认识、基本命令使用、参数设置等，使学生能够熟练掌握软件操作。
（对应教材第3章）3. 望远物镜设计原理：讲解望远物镜的光学原理，如成像公式、焦距计算、视场角等，并分析其在不同应用场景中的性能要求。
（对应教材第4章）4. 望远物镜设计实践：指导学生运用zemax软件进行望远物镜的初始设计，包括搭建模型、设置参数、仿真分析等，培养学生的实际操作能力。
双胶合物镜课程设计报告
双胶合物镜课程设计报告一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握双胶合物镜的基本概念，包括其组成、原理和应用。
2. 学生能够准确描述双胶合物镜的成像特点及其在光学仪器中的作用。
3. 学生能够了解双胶合物镜在现实生活中的应用案例，并能够分析其工作原理。
技能目标：1. 学生能够通过实验操作，掌握双胶合物镜的组装和调整方法。
2. 学生能够运用光学知识，对双胶合物镜的成像效果进行预测和计算。
3. 学生能够运用所学知识，分析和解决与双胶合物镜相关的实际问题。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习双胶合物镜，培养对光学科学的兴趣和好奇心，增强对科学探究的热情。
2. 学生能够认识到双胶合物镜在科技发展和社会进步中的重要作用，增强对科技创新的价值认同。
3. 学生在小组合作中，培养团队协作精神，提高沟通与交流能力。
本课程针对初中年级学生，结合学生好奇心强、动手能力逐渐提高的特点，注重理论与实践相结合，旨在培养学生的光学知识、实验技能和科学素养。
课程目标既关注学生对双胶合物镜知识的掌握，又注重培养学生的实践操作能力，同时强化情感态度价值观的引导，为学生奠定扎实的科学基础。
二、教学内容1. 双胶合物镜的基本原理：介绍双胶合物镜的定义、类型及其成像原理，包括凸透镜和凹透镜的组成、光线传播规律等。
2. 双胶合物镜的成像特点：分析双胶合物镜的成像规律，如实像与虚像、放大与缩小、倒立与正立等，结合实际应用案例进行讲解。
3. 双胶合物镜的实验操作：指导学生进行双胶合物镜的组装、调整和成像实验，让学生在实践中掌握光学成像的原理和方法。
4. 双胶合物镜的应用案例分析：介绍双胶合物镜在照相机、投影仪、显微镜等光学仪器中的应用，分析其工作原理和功能。
教学内容安排：第一课时：双胶合物镜的基本原理及成像规律第二课时：双胶合物镜的实验操作（一）第三课时：双胶合物镜的实验操作（二）第四课时：双胶合物镜的应用案例分析及讨论本教学内容基于课程目标，按照系统性和科学性原则进行组织，结合教材相关章节，确保学生在掌握基础知识的同时，能够通过实验和应用案例分析，提高实践操作能力和解决问题的能力。
双胶合透镜课程设计报告
双胶透镜设计1．双胶合透镜设计方案双胶镜头简介当今光学系统已经应用到了广泛的领域当中，所以对于光学镜头的设计就成了现在人们十分关注的事情。
其中双胶合镜透镜使用最广泛。
在光学设计中，像差(abeDation)指公光学系统中由透镜材料的特性或折射(或反射)外表的几何形状引起实际像与理想像的偏差。
理想像就是理想光学系统所成的像。
实际的光学系统，只有在近轴区域以很小孔径角的光束所生成的像是完善的。
但在实际应用中，需有一定大小的成像空间和光束孔径，同时还由于成像光束多是由不同颜色的光组成的，同一介质的折射率随颜色而异。
因此实际光学系统的成像具有一系列缺陷，这就是像差。
像差的大小反映了光学系统成像质量的优劣。
几何像差主要有七种：其中单色光像差有五种，即球差、彗差、像散、场曲和畸变；复色光像差有轴向色差和垂轴色差两种。
单个透镜的色差是无法消除的，但把一对用不同材料做成的凸凹透镜胶合起来，可对选定的两种波长消除色差。
根据薄透镜系统的初级像差理论，在允许选择玻璃材料的条件下，一个双胶合薄透镜组除了校正色差外，还能校正两种单色像差。
另外对于单透镜来说，虽然可以选择不同曲率半径使球差到达最小，这称为配曲法，但配曲法不能完全消除球差，考虑到凸透镜和凹透镜有符号相反的球差，所以可以把两种透镜胶合起来进一步消除球差，同样对于彗差也是一样的，轴外傍轴物点发出的宽光束经透镜折射后，在理想平面上不再交于一点，而是形成状入彗星的亮斑，此称为彗差。
利用配曲法可局部消除单透镜的彗差，也可以另用胶合透镜消除彗差，但因为消球差和消彗差所要求的条件往往不一致，所以这两种像差不易同时消除。
双胶合物镜：〔简称双胶物镜〕双胶物镜由一正透镜和一负透镜胶合而成〔正负透镜用不同种类的光学玻璃〕，正负透镜胶合面两个球面半径相等。
这种物镜的优点是：构造简单，光能损失小，合理选择玻璃和弯曲能校正球差、彗差、色差，但不能消除像散、场曲与畸变，但双胶物镜口径一般不超过Φ100mm，因为当口径过大时，由温度变化胶合加会产生应力，使成像质量变坏甚至脱胶。
光学设计报告
光学设计课程报告班级:学号:姓名:日期:目录一、双胶合望远物镜的设计 (02)二、摄远物镜的设计 (12)三、对称式目镜的设计与双胶合物镜的配合 (20)四、艾尔弗目镜的设计 (30)五、低倍消色差物镜的设计 (38)六、无限筒长的高倍显微物镜的设计 (47)七、双高斯照相物镜的设计 (52)八、反摄远物镜的设计 (62)九、课程总结 (70)一、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=1、5163(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Jhhz，，根据光学特性的要求4.728.142= ==Dh:44.75tan85tan''=⨯=•=οωfy0871.''==fhu648.'''==yunJ(2)计算平行玻璃板的像差与数CSSSII II，，平行玻璃板入射光束的有关参数为0871.0=u0875.0)5tan(-=-=οzu005.1-=uuz平行玻璃板本身的参数为d=31mm; n=1、5163; 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-==--=IdunnS0.0006682=(-1.005)×-0.000665=uu×=zII ISS000824.0087.05163.11.6415163.13112222-=⨯⨯-⨯-=--=IunndSCυ(3)根据整个系统的要求,求出系统的像差与数SⅠ,SⅡ,CSⅠ:为了保证补偿目镜的像差,要求物镜系统(包含双胶合物镜与棱镜)的像差为:'mδL=0.1mm,'0.001mSC=-,'0.05FCL mm∆=(4)列出初级像差方程式求解双胶合物镜的CWP，，∞∞由于棱镜物镜系统S S S +=所以双胶合物镜的像差与数为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CW P，，∞∞由于h=7、4,f ’=85,因此有进而可得:174.0)(3==ϕh PP3994.0)(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。
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黑龙江科技大学课程设计报告
项目名称：望远物镜设计（双胶合镜结构）
所属课程：工程光学
设计日期：
班级测控11--1班
学号
姓名
指导教师
成绩
电气与控制工程学院
课程设计报告说明
一、写报告前，请认真阅读《课程设计报告说明》。
二、打印装订要求
1、一律用A4纸，双面打印，并左侧装订，一式1份，并同时上交电子版（电子版上传邮箱123244441@）。
《课程设计报告说明》页也打印。
2、课程设计概述部分占一页；课程设计内容长度根据实际需要填写；结论和指导教师评语及成绩单独占一页。
保证打印格式工整。
三、报告内容要求
1、课程设计目的结合实际自己写，不要雷同
2、课程设计要求按下发的设计题目写
3、课程设计原理简要说明所完成课程设计项目所涉及的理论
知识
4、课程设计内容这是课程设计报告极其重要的内容。
概括
整个课程设计过程。
（最好在上述内容基础上画出相应的流图、设计思路和设计方法，再配以相应的文字进行说明。
）
先打开ZEMAX软件，根据设计要求修改系统设定,包括系统孔径,镜头单位，视场，和波长。
（1）修改系统设定。
首先，根据要求的设计参数计算物方孔径EPD。
提供的有效焦距efl为100mm，像空间F/﹟=4 。
由公式，得物方孔径EPD约等于25。
在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 通用配置，在弹出的对话框中，光圈类型选择入瞳直径，光圈数值选择25，单位毫米。
（2）视场设定。
在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 视场，在弹出的对话框中，视场类型选择角度，并输入三组视场数据，(0, 0), (0, 3)和 (0, 5)。
第三步，波长设定。
在ZEMAX主菜单软件中，选择系统> 波长，在弹出的对话框中，选择要求的波长0.48um，单击确定完成配置
系统配置完毕，即可在LDE中输入数据。
镜头数据编辑器是一个主要的电子表格，将镜头的主要数据填入就形成了镜头数据。
这些数据包括系统中每一个面的曲率半径、厚度、玻璃材料。
单透镜由两个面组成 (前面和后面) ，物平面和像平面各需要一个面，这些数据可以直
接输入到电子表格中。
当镜头数据编辑器显示在显示屏时，可以将光标移至需
要改动的地方并将所需的数值由键盘输入到电子表格中形成数据。
每一列代表具有不同特性的数据，每一行表示一个光学面 (或一个)。
移动光标可以到需要的
任意行或列，向左和向右连续移动光标会使屏幕滚动，这时屏幕显示其他列的数据，如半口径，二次曲线系数，以及与所在的面的面型有关的参数。
屏幕显示可以从左到右或从与右到左滚动。
”上翻页”和”下翻页”键可以移动光标到所在列的头部或尾部。
当镜头面数足够大时，屏幕显示也可以根据需要上下滚动。
首先，添加镜面，设计要求双镜头，所以添加3个镜面，在镜面编辑窗口中选择编辑 > 插入曲面。
曲面插入完毕，即可向镜头数据编辑窗口写入镜头数据。
设计要求第一块镜面材料BAK1第二块镜面材料为F3。
在glass窗口中写入材料的类型。
完成后在Thickness栏中填入玻璃厚度。
最后使用求解去执行设计约束，设置像空间F/#为恒定值4。
如下图：
接下来，分析.优化前的系统性能。
选择分析>草图>2D草图，将出现2D草图LAYOUT。
点击“生成DXF文件”按钮将产生一个2D DXF 文件，并将它存储起来。
它的文件名用“DXF 文件”处输入的文件名确定。
DXF文件是由弧和线组成，弧用来显示镜头面的曲率。
如果是只使用球面 (或平面)的透镜，那么弧可以完全的表示镜头。
但是，弧只能近似的表示非球面。
如果面是非球面，那么弧只有在顶点，最高点和最低点是正确的。
ZEMAX 在这三个地方用适合的弧表示确切的面。
若光线未能射入到一个面，那么在发生该错误的面光线不画出。
如够光线发生全反射，那么在发生全反射的面入射的光线画出，出射的光线不画出。
选择分析>点列图>标准，将出现标准点列图Spot Diagram。
光线密度有一个依据视场数目，规定的波长数目和可利用的内存的最大值。
离焦点列图将追迹标准点列图最大值光线数目的一半光线。
列在曲线上的每个视场点的GEO 点尺寸是参考点（参考点可以是主波长的主光线，所有被追迹的光线的重心，或点集的中点）到距离参考点最远的光线的距离。
换句话将，GEO 点尺寸是由包围了所有光线交点的以参考点为中心的圆的半径。
RMS 点尺寸是径向尺寸的均方根。
先把每条光线和参考点之间的距离的平方，求出所有光线的平均值，然后取平方根。
点列图的RMS 尺寸取决于每一根光线，因而它给出光线扩散的粗略概念。
GEO点尺寸只给出距离参考点最远的光线的信息。
艾利圆环的半径是1.22 乘以主波长乘以系统的F/# ，它通常依赖于视场的位置和光瞳的方向。
对于均匀照射的环形入瞳，这是艾利圆环的第一个暗环的半径。
艾利圆环可以被随意的绘制
来给出图形比例。
在点列图中，ZEMAX 不能画出拦住的光线，它们也不能被用来计算RMS 或GEO 点尺寸。
ZEMAX 根据波长权因子和光瞳变迹产生网格光线。
有最大权因子的波长使用由“Ray Density”选项设置的最多光线的网格尺寸。
有最小权因子的波长在图形中设置用来维持正确表达的较少光线的网格。
如果变迹被给定，光线网格也被变形来维持正确
的光线分布。
位于点列图上的RMS 点尺寸考虑波长权因子和变迹因子。
但是，它只是基于光线精确追迹基础上的RMS 点尺寸的估算。
在某些系统中它不是很精确。
像平面上参考点的交点坐标在每个点列图下被显示。
如果是一个面被确定而不是像平面，那么该坐标是参考点在那个面上的交点坐标。
既然参考点可以选择重心，这为重心坐标的确定提供了便利的途径。
选择分析>特性曲线>光路，将出现光路图OPD FAN。
目的是显示用光瞳坐标函数表示的光程差。
垂轴刻度在图形的下端给出。
绘图的数据是光程差，它是光线的光程和主光线的光程的差，通常，计算以返回到系统出瞳上的光程差为参考。
每个曲线的横向刻度是归一化的入瞳坐标。
若显示所有波长，那么图形以主波长的参考球面和主光线为参照基准的。
若选择单色光那么被选择的波长的参考球面和主光线被参照。
由于这个原因，在单色光和多色光切换显示时，非主波长的数据通常被改变。
选择分析>特性曲线>光线像差，将出现光线像差图RAY FAN。
目的：显示作为光瞳坐标函数的光线像差。
横向特性曲线是用光线的光瞳的y 坐标的函数表示的横向光线像差的x 或y 分量。
缺省选项是画出像差的y 分量曲线。
但是由于横向像差是矢量，它不能完整的描述像差。
当ZEMAX 绘制y 分量时，曲线标称为EY，当绘制x 分量时，曲线标称为EX。
垂轴刻度在图形的下端给出。
绘图的数据是光线坐标和主光线坐标之差。
横向特性曲线是以光瞳的y 坐标作为函数，绘制光线和像平面的交点的x 或y 坐标和主波长的主光线x 或y 坐标的差。
弧矢特性曲线是以光瞳的x 坐标作为函数，绘制光线和像平面的交点的x或y 坐标和主波长的主光线x 或y 坐标的差。
每个曲线图的横向刻度是归一化的入瞳坐标 PX 或PY。
若显示所有波长，那么图形参考主波长的主光线。
若选择单色光那么被选择的波长的主光线被参照。
由于这个原因，在单色光和多色光切换显示时，非主波长的数据通常被改变。
因为像差是有x 和y 分量的矢量，光线像差曲线不能完全描述像差，特别是像平面倾斜或者系统是非旋转对称时。
另外，像差曲线仅仅表示了通过光瞳的两个切面的状况，而不是整个光瞳。
像差曲线图的主要目的是判断系统中有哪种像差，它并不是系统性能的全面描述，尤其系统是非旋转对称时。
设计的最终Shaded Model模型如下：
三、结论
四、指导教师评语及成绩。