光学设计双胶合透镜实验报告
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：1'4o Df =，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）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：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%。
望远镜设计计算指导和双胶合物镜设计
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
（可以选取别的玻璃对作为双胶合物镜，有的容易校正像 差，有的则稍微困难，即使玻璃对选取相同，最后调整的结 果也不相同，所以不要抄袭!）
d1 6 , d2 3 d,3 5 9 d4 . 8 ,
5
d5 3 3 d. 5 ,同 6，
时 2 ,有
3 3 . 5
n1 1 , n2 K 9 ,3n
F54 , n
1n,
。 K6 9n , 7 1 n ,
K
9
输入 zemax 运行计算： 1）焦距 119.5～120.5mm 为合格； 2）像差容限 i)球差：1H 孔径小于 1 倍焦深，1 倍焦深= 0.707H 带球差小于 6 倍焦深=0.226。 ii)色差：全孔径范围都小于 0.1 即可 iii) 慧 差 ： 我 们 用 慧 差 代 替 正 弦 差 ， 即 弧 矢 慧 差
2、初始结构参数（三个透镜，五个面）
目镜是一个放大的光学系统，根据设计经验，我们采取 “倒追”的方法，进行反向追迹！ 首先要确定的是接眼镜的结构，因为场镜只是为了衔接 光瞳的，对像差的要求在接眼镜上。 组合焦距
f e ' 20mm
，接眼镜
f眼 ' 20mm
，一般取
f眼 ' 1.2 fe ' 24mm （经验公式！ ）
至此，物镜设计完毕，可以保存数据，图表，整理设计 报告。
哈工大 光机系统设计 双胶合透镜 实验报告
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y实验报告课程名称：光机系统设计实验名称：双胶合消色差物镜设计院系：电气及自动化与控制系班级：姓名：学号：哈尔滨工业大学1， 实验目的设计一个双胶合消色差透镜，并绘制图形，熟悉应用光学、机械学等相关知识，掌握光机系统设计的流程。
2. 结构特性分析双胶合消色差物镜光学性能要求: 1) f / 6，焦距540mm ； 2) 视场角1.5°；3) 镜片材料选择BAK1 和BK7； 4) 20 线对/mm 处MTF>0.4； 5) 工作波长：可见光3. 初始结构设计当物体处于无穷远时，P ∞=W ∞=0（孔径角消失），设计消色差系数C=0。
透镜的光焦度分配公式： )v 1-v 1/(1-2121）（v c =ψ 12-1ψ=ψ通过应用光学相关知识，算的双胶合透镜的曲率半径依次为： R 1 =345.231 R 2 =-240.89R 3 =-1003.25两个透镜的初始厚度设计各为7mm ，透镜组到成像面的距离设计为近轴光线，由ZEMAX 计算出相应厚度调整值。
图1 双胶合透镜出结构设计图 2 所示，视场90mm；如图 3 所示，视场角设定为1.5°，图 4 所示，入射光线为可见光；如所示为初始透镜结构图。
图2 设定视场图3 设置光场图4 设定入射光4. 系统优化设计焦距值为540mm,设定默认优化函数EFFL target 为540，权重为1，选择透镜的三个曲率半径以及相应的厚度作为优化参数，优化结果如图 5所示。
图5 优化结果参数5. 像质分析由图6所示，优化后最大的波像差大约为4个波长，尚未达到衍射极限，应为焦平面上的彗差影响所致；同时可见这个透镜相对与可见光的低阶色差比较小，满足设计要求。
图8优化后光线追迹曲线如图 6所示，优化后存在彗差，由图中度数可得艾里斑半径为8.595μm，而像差RMS半径为18.570μm，可见此优化结果基本达到设计要求，可以使用。
ZEMAX光学设计报告
ZEMAX 光学设计报告一、设计目的通过对设计一个双胶合望远物镜，学会zemax 软件的根本应用和操作。
二、设计要求设计一个全视场角为1.56°，焦距为1000mm ，且相对孔径为1:10的双胶合望远物镜，要求相高为y`=13.6mm 。
三、设计过程1.双胶合望远物镜系统初始构造的选定1.1选型由于该物镜的全视场角较小，所以其轴外像差不太大，主要校正的像差有球差、正弦差和位置色差。
又因为其相对孔径较小，所以选用双胶合即可满足设计要求。
本系统采用紧贴型双胶合透镜组，且孔径光阑与物镜框相重合。
1.2确定根本像差参量根据设计要求，假设像差的初级像差值为零，即球差0'0=L δ；正弦差0'0s =K ；位置色差0'0=FC l δ。
那么按初级像差公式可得0===∑∑∑I I I I C S S ,由此可得根本像差参量为0===I ∞∞C W P 。
1.3求0P)(()⎪⎩⎪⎨⎧+-+-=∞∞∞∞火石玻璃在前时冕牌玻璃在前时2202.085.01.085.0W P W P P因为没有指定玻璃的种类，故暂选用冕牌玻璃进展计算,即0085.00-=P 。
1.4选定玻璃组合鉴于9K 玻璃的性价比较好，所以选择9K 作为其中一块玻璃。
查表发现当000.0=I C ,与0085.00-=P 最接近的组合是9K 与2ZF 组合，此时对应的038.00=P 。
此系统选定9K 与2ZF 组合。
9K 的折射率5163.11=n ，2ZF 的折射率6725.12=n ，038319.00=P ,284074.40-=Q ,06099.00-=W ，009404.21=ϕ，44.2=A ,72.1=K 。
1.5求形状系数Q一般情况下，先利用下式求解出两个Q 的值：AP P Q Q 00-±=∞再与利用下式求的Q 值相比较，取其最相近的一个值：)(1200+-+=∞A P W Q Q 因为 0P P ≈∞，所以可近似为284074.40-==Q Q ,06099.00-==∞W W 。
哈工大 光机系统设计 双胶合透镜 实验报告
哈工大光机系统设计双胶合透镜实验报告哈工大光机系统设计双胶合透镜实验报告哈尔滨工业大学实验报告Harbin Institute of Technology 实验报告课程名称：光机系统设计实验名称：双胶合消色差物镜设计院系：电气及自动化与控制系班级：姓名：学号：哈尔滨工业大学1，实验目的设计一个双胶合消色差透镜，并绘制图形，熟悉应用光学、机械学等相关知识，掌握光机系统设计的流程。
2. 结构特性分析双胶合消色差物镜光学性能要求: 1) f / 6，焦距540mm；2) 视场角1.5°；3) 镜片材料选择BAK1 和BK7；4) 20 线对/mm 处MTF>0.4；5) 工作波长：可见光 3. 初始结构设计当物体处于无穷远时，P∞=W∞=0（孔径角消失），设计消色差系数C=0。
透镜的光焦度分配公式：通过应用光学相关知识，算的双胶合透镜的曲率半径依次为：R1 =345.231 R2 =-240.89 R3 =-1003.25 两个透镜的初始厚度设计各为7mm，透镜组到成像面的距离设计为近轴光线，由ZEMAX 计算出相应厚度调整值。
图1 双胶合透镜出结构设计图2 所示，视场90mm；如图3 所示，视场角设定为1.5°，图4 所示，入射光线为可见光；如所示为初始透镜结构图。
图2 设定视场图3 设置光场图4 设定入射光4. 系统优化设计焦距值为540mm,设定默认优化函数EFFL target 为540，权重为1，选择透镜的三个曲率半径以及相应的厚度作为优化参数，优化结果如图5所示。
图5 优化结果参数5. 像质分析由图6所示，优化后最大的波像差大约为4个波长，尚未达到衍射极限，应为焦平面上的彗差影响所致；同时可见这个透镜相对与可见光的低阶色差比较小，满足设计要求。
图8优化后光线追迹曲线如图6所示，优化后存在彗差，由图中度数可得艾里斑半径为8.595μm，而像差RMS半径为18.570μm，可见此优化结果基本达到设计要求，可以使用。
光学设计：双胶合物镜设计
《光学设计》PW 法求初始结构参数（双胶合物镜设计）姓名：李军 学号：12085212光学特性：已知焦距mm f 435=；通光孔径mm D 67= ； 入曈位置与物镜重合 0=z I展成玻璃板的总厚度mm d 175=。
（1）确定物镜形式：由于物镜相对孔径较小：1540.043567,==fD视场不大，物镜系统没有特殊要求，可以采用简单的双胶合物镜。
（2）求初始结构 1、求,,z h h J由设计条件，有:5.332672===D h ，由于瞳孔与物镜重合，所以0=zh注意：由于含有平板，平板会产生像差，所以要用物镜的像差来平衡平板的像差。
0770.04355.33,,===f h u 80.22)3tan(435tan ,.=-⨯-=⋅-=。
ωf y 756.180.220770.0,,,=⨯==y u n J2、计算玻璃的平板像差 ，两个平板：0524.0-3,0770.0=-==。
z u u ，6805.00770.00524.0-=-=u u z由已知条件：（n 为折射率，v 为阿贝常数）1.64,5163.1,175===νn d将上列数值带入初级相差公式得到：00233.00773.05163.115163.1175143232-=⨯-⨯-=--=n n d S I00158.0)6805.0(00233.0=-⨯-==uu S S zIII 00363.00770.05163.11.6415163.117512222-=⨯⨯-⨯-=--=u n n d S IS ν3、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）（1）根据S I,求C 并规划成C 进行规化后：c h c h S IS 22∑==，所以000003234.0=C求规划后的C ，根据公式：00141.0435000003587.0,=⨯==Cf C（2）求P 、W ： 由初级相差和数hp hp S I ∑==：得到0000695.05.3300233.0===h S P I 由公式：JW p h W J hp S Z I I -=-=∑∑,由于0=z h ， 所以00090.0756.1)00158.0(=--=-=J S WII （3）求P ∞、W ∞：已知mm f 435=，，5.33=h000457.0)(00593.0,0770.032,====ϕϕϕh h fh h ，）（根据公式可以得到：152.0000457.00000695.0)(3===ϕh P P1518.000593.000090.0)(2===ϕh W W物体平面在无限远位置，无需再对规划后的物体位置进行规划：152.0==∞P P , 1518.0==∞W W4）求0P冕牌玻璃在前：1497.0)1.0(85.020=--=∞W P P4.查表，选玻璃对。
ZEMAX光学设计第06讲双胶合消色差透镜设计
image points O'tan O' sag
y chief ray
O' ciቤተ መጻሕፍቲ ባይዱcle
最清楚面2焦点中间
x
sagittal differential
ray
optical axis
• 斜向入射时的像差
– 会有两个焦点（一横一竖，子午面） –子午平面(Tangential) : 中心光线 + 光轴 – 横切面 (Sagittal): 中心光线 + 垂直子午面
• 例如激光聚焦
2.双胶合消色差透镜设计
像散 直观概念
在没有其它像差的情况下，各 方向入射光束焦点与透镜的距 离应该一样
–斜向入射的光聚焦点离透镜表 面的垂直距离较短
源于光学系统的不对称！
散光眼睛看到的影像
如何消除像散 • 改变透镜的形状
子午面焦点重合
彗差 vs.像散
同样都是斜向入射的像差 • 彗星像差在入射光直径很粗的时候明显
• 例如阳光 • 散光像差在入射光直径很细的时候明显
像散
• 波前像差：对称 xz 平面，离轴越远越严重 • y相关性代表也是在y轴上斜向入射造成的像差
• 像差距离：会在焦点形成一个线段散开
横切面后聚集
像散
子午平面
tangential differential
ray
子午平面先聚焦
al section are different
d in different
ZEMAX光学设计 (第6讲)
Optical Design & ZEMAX
双胶合消色差透镜设计
1.像散
像差的起源
其他五种像差
• 统称为几何像差 • 在后面一一描述
双胶合透镜
首先仍然是输入光学特性参数。 既然是doublet，你只要在单透镜的LDE 上STO 后再加入一面镜片即可。在第一、第二面镜片上 的Glass 项目键入BK7 和SF1。现在把STO 和第 二面镜的thickness 都fixed为3，仅第3 面镜的 thickness 100 thickness为100 且设为variable， variable
双胶合透镜设计 （a doublet）
单透镜是不能校正球差的，单正透镜具有负球差， 单负透镜具有正球差。 初级位置色差取决于透镜的光焦度和制造透镜所 用玻璃的光学特性。在光焦度一定时，玻璃的阿 贝数越大，色差越小，通常情况下正透镜产生负 色差，负透镜产生正色差。因此消色差的光学系 统通常都是将正负透镜组合，以使他们的色差相 互补偿。
保持边缘厚度为一个特定值的方法 在第一面的厚度列中双击
第一面的厚度已被调整过，字母“E”显示在框中， 表示此参量为一个活动的边缘厚度解。
再次更新表面数据窗口，边缘厚度3会被列出。通 过调整厚度，我们已对镜片的焦距作了一点改变。
然后，再进行optimization，然后选择“System”， “Update All”，再一次刷新图形。
在我们修整偏 小的边缘厚度 之前，我们先 将镜片放大。
移动光标到第一面的半口径 “Semi-Diameter”列， 键入“14”替代所显示的12.5，ZEMAX会消去 12.5并显示“14.000000U”。第二、三面也输入 14。
更新layout，现在孔径已经被放大，report显示第一 个边缘厚度变成一个负数。
实际光学系统——2D layout 除了光学系统的摆放外，你还会看到3条分别通过 entrance pupil (在此为surface 1)的top，center， bottom 在空间被trace出来。 他们的波长是一样的 （蓝色的），就是 primary wavelength。 这是Zemax default的 结果。
光学设计：双胶合物镜设计
r
d
278.7045
4
玻璃 B-797.442
（1）平板和数： （2）双胶合规化值： （3）选择玻璃对： （4）放缩后的半径：
优化前： 数据编辑
2D光路图 2D点列图
优化后： 数据编辑
2D光路图
2D点列图
例如选取了QK3-F3玻璃对，查表有： 由于相对孔径较小，允许P0误差大些。 5.求透镜组的半径： （1）求Q: 由公式 （2）求半径: ,
, , （3）求放缩半径：以上求得半径对应的情况，为求得半径为的情况， 上式对应的实际半径应乘： 6.确定厚度： 透镜厚度除了与半径大小，还得考虑透镜固定的方法、质量要求和加 工难易程度等。参考《光学设计手册》的相关规定，用实际作图可 得： 整个物镜的参数为：
, 4）求 冕牌玻璃在前：
4. 查表，选玻璃对。 查表的步骤一般是根据要求的值用插值法求出不同玻璃 组合的P0
值，如果与要求的P0值之差在一定公差范围内，这样的玻璃就能满足要 求。对一般双胶合物镜P0值的公差大约在1.0 左右。相对孔径越小，P0 值允许的误差越大，因为它对P的影响就越小。通常可以在表中查到若 干对玻璃能满足P0、的要求，然后再在这些玻璃对中进行挑选。挑选的 原则是要求玻璃的化学稳定性和工艺性好、球面的半径大，以便于加 工。一般Q0绝对值比较小、两种玻璃n值相差比较大的玻璃，球面半径 比较大。根据这些要求，就可以从表中查到几对较好的玻璃组合，找到 P0、Q0、W0。
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） （1）根据SI,求C并规划成进行规化后： ，所以 求规划后的，根据公式：
（2）求P、W： 由初级相差和数：得到 由公式：,由于， 所以
光学设计实验二双胶合透镜系统设计
实验二：双胶合透镜系统
一．实验目的
掌握胶合透镜的设计方法、原理、过程及透镜系统的优化处理方法；
二．透镜系统的结构性能要求
1）相对孔径为1/4（F/#为4），焦距为100mm；
2）视场角为0︒；
3）玻璃材料分别为BK7，SF1；
4）相对波长为可见光波长；
5)厚度为3mm；
三．实验步骤
一个双透镜采用两片玻璃胶合，曲率半径大小相同。
通过使用两片具有不同色散特性的玻璃，一阶色差可以被矫正。
这样会产生较好的像质。
1．系统参数的设置：F/#为4；
视场角为0︒；
工作波长可见光波长；
2．结构参数的设置：第一个面焦距为100mm，厚度为3mm，玻璃材料为BK7；
STO面焦距为-100mm，厚度为3mm，玻璃材料为SF1；
如下图所示：
四．透镜优化过程
1.将曲率半径设为变量，厚度也设为变量，权重为1，创建评价函数包括EFFL 操作数，如下图所示：
2.将厚度也设为变量，glass min为2，max,6，edge为1；air min为0.2，max 为100，edge为0.2；如下图所示：
3.单击菜单栏Tools一最佳化Optimization，如下图所示：
五．双胶合透镜系统分析
1.对于点列图，优化后的系统点列图的弥散斑明显减小了很多，如下图所示：
2.对于wavefront Map图，像差从65.46减小到0.3034。
所以双胶合透镜能够校正了像差，如下图所示：
3.对于多色光焦点漂移图，如下图所示现在已经减小了色差的线性项，，二阶色差占了优势，因此如抛物线形状所示请注意多色光焦点漂移量减少为74um单透镜为1540um），如下图所示：。
光学系统设计实验报告
图一 望远目镜设计要求系统结构图
1.1.2 双胶合物镜形式与特点 除了单透镜外，最简单的薄透镜组就来自双胶合透镜。双胶合透镜指的是由低
分散的冕牌玻璃正透镜和高分散的火石玻璃负透镜粘接而成。由于单透镜不能满 足任意的 P∞ 、 C 、W∞ 要求，而双胶合透镜具有三个曲率半径，因此能同时满足 这三个参数的要求。
1
北京理工大学光电学院光学系统设计实验报告
因而第一辅助光线投射高为 =h D= 7.4mm 2
从而可以得到第一辅助光线与光轴夹角 u ' 、像高 y ' 和拉式不变量 J 分别为 u=' h= 0.087rad f'
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。
双胶合望远物镜的设计
3）正弦差控制 Ks’由TRAY(Hy=1.0,Px=1.0)， y’由PIMH得到 SC’m= K’s/y’由DIVI得到 4 4）轴向色差控制 AXCL，输入波长号（1，3）和孔径（0.707） 此时求得的轴向色差和实际符号相反，一般可以 乘上一个‘-1’。
设置变量
现在除了三种像差，还有个焦距需要控制，而自 适应法优化控制像差数必须小于自变量数的基本 要求，我们现在仅有三个变量（棱镜的参数显然 不变），因此先不控制球差。
双胶合望远物镜 的设计
设计一个光学系统就是在满足系统全部要求的前提下， 确定系统的结构参数。 系统的结构参数和像差之间是满足函数关系的，我们之 前介绍过的最小二乘法就是将各种像差残量（也就是实 际值和理论值之差）的平方和构成一个评价函数，通过 求评价函数的极小值解，使像差残量逐步减小，达到校 正像差的目的； 同时对实际光学系统来说，各种像差不是相等的，要达 到合理匹配，因此要加入权因子，权因子大，表示优先 减小对应像差，因此我们希望某种像差数值减小，就给 它一个较大的权因子；
正弦差：根据初级彗差和初级正弦差的关系 SC’m= K’s/y’=-8.3832µm/13.154mm=-0.000637 K’s: y’ :
弧矢光线对的两条光线对称 于子午面，故两光线在高斯像面 上的交点高度ys’相等，yz’是主光 线在高斯像面上的交点高度，则
' '是： 一、参加校正的像差个数m必须小于或等于自变量个数n； 二、参加校正的像差不能相关，否则校正就要中断。 此外和最小二乘法一样，为了保证系统能实际制造出来， 需要设置系统的相关边界条件： 1）负透镜的最小中心厚度和正透镜的最小边缘厚度； 2）透镜的最大中心厚度 3）玻璃光学常数 （玻璃三角形）
我们将用适应法光学自动设计程序设计双胶合望 远物镜。双胶合透镜组是能够同时校正δL’m, SC’m, ∆L’FC三种像差的最简单的结构。 双胶合透镜组的自变量只有三个球面曲率，作为 薄透镜组的透镜厚度一般不作为自变量。可以把 玻璃的光学常数作为自变量参与校正像差。
ZEMAX实验报告
ZEMAX实验——双胶合镜头（a doublet）摘要一个双胶合镜头是由两片玻璃组成，通常粘在一起，所以他们有相同的曲率。
利用不同玻璃的色散性质，一阶色差可以被矫正。
也就是说，需要得到抛物线形的多色光焦点漂移图，而不是直线的，这反过来会产生较好的像质。
在保持100mm焦距和在轴上的设计要下，将会加入视场角。
同时定义边缘厚度解，使产生图层和视场曲率图，并分析双胶合镜头的出光效果。
关键词：ZEMAX光学设计；双胶合镜头；成像分析目录1 引言 (II)2 实验目的.................................. 错误！未定义书签。
3 实验原理分析 (2)4 实验步骤 (3)5 实验结果.................................. 错误！未定义书签。
1 引言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，是一套可以运算sequential及Non-Sequential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。
工程光学课程设计双胶合透镜的镜片
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°一 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 ’=0.5³25/100=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 ²Dm=1.732DmD m1=D0+d(2u ’p –D0/f) ≈21.4D m2=pp 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 ²(1－n 2) ²u ’4/n 3 =－0.00337,S Ⅱ=L ²(1－n 2) ²u ’3²u ’p /n 3 =－0.000943, S Ⅲ=L ²(1－n 2) ²u ’2²u ’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 ²(1－n)²u 21/vn 2≈－0.00203 C Ⅱ=d ²(1－n)²u ’p ²u ’/vn 2≈－0.000567。
其中 d=L=37.06, u 1= u ’=0.1252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 ²P ∞=0.00337 P ∞= S Ⅰ/y ≈0.00027S Ⅱ=y p ²P ∞+j ²W ∞ j=y ’²n ’²u ’p －n ’²u ’²y ’p =0.4365所以W ∞= S Ⅱ/j=0.0021583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。
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。
ZEMAX光学设计软件应用训练实验报告
东莞理工学院
ZEMAX光学设计软件应用训练实验报告
选择“analysis”，“miscellaneous”，“field curv/dist”场曲线如图所示。
牛顿式反射望远镜结构示意图
．输入数据：第一面，光阑面的曲率半径列输入-2000.0，负号表示为凹面，
列输入“MIRROR”。
选择“System”，“General”，然后在“通用数据对话框（
Box）”中输入一个200的孔径值，并单击“OK”。
ZEMAX使用的缺省值是波长
现在打开一个图层窗口，光线显示了从第一面到像平面的轨迹，此时像平面在镜面的左边。
如下图：
2．构造转折面：第一面的厚度改为-800mm。
像平面，按Insert在主面与像平面之间插入一个虚构
思考题与实践题：
1、牛顿反射式望远镜属于我们《应用光学》书本上所介绍的那种望远镜系统？
注意我们已将主反射面的距离减小到-18，第四面的半径已经被加入了一个变量标记。
新图层，检查一切是否正常。
如下图：
注意大约有4个波长的像差仍然有待改正。
现在单击第一面（光阑面）的“
设置第一面的半径为变量，再次优化（Tools，Optimization，Automatic
从主菜单，选SYSTEM，FIELDS，并将视场角的个数设置为3，输入y-
在评价函数编辑时，选Tools，Default Merit Function，并将RINGS
在遮挡器和辅助镜面之间的小缝隙纯粹是很小的一点。
这里是为了更容易让大家看到。
MTF现在已被主要是辅助镜面产生的遮挡所改变。
更新MTF窗口，看一下新的MTF，如下图：。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验二双胶合透镜
光电信息科学与工程14级2班江晓佳3114008611 一、实验目的
练习ZEMA软件使用
对软件中镜头参数优化
评价镜头的参数
二、实验内容
图像空间F数：8 光波长：FDC视场：0
参数窗口：
优化前曲面参数
优化后的曲面参数及EFFL和TOTR函数：
优化前的2D图
优化后2D图
优化前MTF和极限衍射图：
优化后MTF和极限衍射图：
优化前SPT和艾里斑直径：
优化后SPT和艾里斑直径：
优化前光线像差：
优化后光线像差：
优化前视场场曲失真：
优化后视场场曲失真：
三、实验结果
在优化前，镜头调制函数曲线与极限衍射曲线有一定的差距，弥散斑也较为分散，场区较大，镜头波长像差有较大差值。
在优化之后，镜头的成像质量有了明显的改善，通过上下对比可以得出，其中看MTF和极限衍射图效果最为明显，在优化后更加接近极限衍射曲线，因为优化后的镜头成像质量更高，这就说明优化已经成功。
四、实验总结
本次实现让我能够更加熟练的使用ZEMAX软件，认识到理论与实践必须相结合的学习方法，同时学习到软件中的优化镜头的功能。