工程光学课程设计.
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。
“光学工程与系统设计”课程教学改革的实践与探索
“光学工程与系统设计”课程教学改革的实践与探索作者：张薇李湘宁来源：《科技创新导报》 2014年第31期张薇李湘宁(上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海 200093)摘要：该文针对“光学工程与系统设计”课程存在学时少、相应配套课程不够完善、学生基础知识水平不均衡等问题，从教学内容、教学方法、实践环节等多方面进行探索,通过合理安排规划授课内容；利用分析、解决实际工程问题将理论和实践相结合；引入本领域最新研究内容；采用启发式、讨论式教学方法等方式，提高了学生学习的主动性，使教学达到最佳的效果，最终实现了本课程提高学生现代光学系统设计能力，培养学生解决工程问题能力的目的。
关键词：工程光学光学工程与系统设计教学方法教学改革中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)11（a）-0142-02①基金项目：“2012年度上海高校市级精品课程”项目资助，”上海理工大学研究生核心课程建设基金”（12000112）资助。
②作者简介：张薇，女，汉族，河北，博士，副教授，研究方向：工程光学。
李湘宁，女，汉族，湖南，研究生，教授，研究方向：工程光学。
随着光学技术的发展，对光学仪器和光电仪器设计的要求也越来越高，这就要求设计者具备扎实的理论基础、较高的设计技巧和现代光学系统设计计算能力。
目前，社会上对光学设计的专业人才有着越发迫切的需求，为此，高校肩负着培养具有良好光学设计能力的工程型人才的重任。
为了帮助学生巩固应用光学专业基础知识，掌握评价光学系统的基本方法，提高学生对光学系统的应用能力和设计能力，该校在光学工程学科研究生教学中开设了“光学工程与系统设计”课程。
该课程在本科工程光学的基础上，系统、全面地讲解光学工程的理论、应用和系统设计方法，帮助学生提高在工程应用中解决实际问题的能力。
“光学工程与系统设计”课程针对光学工程学科研究生开设，要求学生具有一定的光学工程基础知识，教学目标是培养光学工程的高级应用人才。
基于ZEMAX的工程光学课程设计
以下为本次课程设计作业报告的格式和范例，要求同学们结合自己所做工作进行改动，不得摘抄范例！在相机镜头作业完成后附录上入门教学中所有例子的report graphic 6 (见zemax>reports menu)，在完成以上作业情况下，感兴趣的同学可做《光设ZEMAX_实验讲义》中的范例和本次课程设计中相机镜头的公差分析，可进一步实质性的学习光学设计，学习结果也可附录在报告后面。
《Zemax软件设计教程_1》和《光学设计实例-黄惠杰》，是上光和长光的培训课件，同学们可做进一步了解光学设计的理论知识和设计思路。
有什么问题，欢迎同学们提问！工程光学课程设计名称：工程光学课程设计院系：电子科学与应用物理学院班级：应用物理10- 学号：学生姓名：指导教师：2013 年 07 月日设计过程2.1初始结构的选择照相物镜属于大视场大孔径系统, 因此需要校正的像差也大大增加, 结构也比较复杂, 所以照相物镜设计的初始结构一般都不采用初级像差求解的方法来确定, 而是根据要求从手册、资料或专利文献中找出一个和设计要求比较接近的系统作为原始系统。
在选择初始结构时, 不必一定找到和要求相近的焦距, 一般在相对孔径和视场角达到要求时, 我们就可以将此初始结构进行整体缩放得到要求的焦距值。
原设计要求：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>6mm5、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%照相物镜的视场角和有效焦距决定了摄入底片或图像传感器的空间范围, 镜头所成的半像高y 可用公式y = -f tanw计算, 其中f 为有效焦距, 2w 为视场角。
工程光学的教案
教案院系：电子与信息工程学院专业：生物医学工程教师：***绪论，说在教学之前的话一、学习通论⑴大学是做什么的？孔子云“吾十有五而志于学，三十而立，四十而不惑，五十而知天命，六十而耳顺，七十而从心所欲，不逾矩。
”这段话表明了孔子在每个人生阶段的生活状态，也被我们认为是一个人在各阶段较为理想的一种状态。
对于我国学生而言，一般在大学以前，学校中所有的学习内容都是国家教育部规定的，是国家要你学的，学生自身没有选择性。
学生们第一次可以根据自己的意愿选择学习内容就是高考报志愿，是学生自己志于学，大学生普遍十八岁，与十五相差不多。
三十而立指：三十岁的人应该能依靠自己的本领独立承担自己应承受的责任，并已确立自己的人生目标和发展方向；简单说：靠自己的本事在社会上生存；再简单说：独立。
要在社会上生存，做重要的是钱，吃穿住行无不用钱，挣钱的最佳方法就是工作。
你毕业后能做什么样的工作，挣多少钱，过什么样的日子，与你大学中的学习情况息息相关。
高中大家学的都一样，最后有人做会计，有人做工程师，有人做医生，区别何来？--大学中学了什么。
故而大学生在大学中的主要工作是：明确要实现自己的理想自身还缺乏那些知识，并根据这一认知有计划有目标的充实自身补充不足，为自身将来的社会生活打下基础。
⑵学习规划方法：⑶学习知识的一般过程：接收→理解→应用，这三个层次是逐步递进的，通常而言上课听讲是接收知识兼具初步理解、真正的理解知识却需要学生课后结合课上所学和教材甚至其它参考资料进行，应用则是需要学生做一些习题。
⑷科学研究与认识方法：发现某一有趣现象→重复该现象分析所有的影响因素→总结各因素对现象的影响规律写成定律→根据定律控制现象使其按照我们的意愿发生→实际应用，造福人类。
我们课程讲解知识点时也会按照这个规律进行。
二、本课程的主要内容介绍本课程主要讲解光学方面的知识，包括光的本质、运行规律、应用中的光学原理等等。
很多物体在宏观和微观角度会体现出不同的特性，以水为例，宏观的水主要表现为流动性，微观的水表现更多的是表面张力。
工程光学课程设计zemax
工程光学课程设计 zemax一、教学目标本课程的目标是让学生掌握工程光学的基本原理和应用技能，能够使用Zemax等光学设计软件进行简单的光学系统设计和分析。
知识目标包括了解光的传播、反射、折射等基本特性，掌握透镜、镜片等光学元件的设计和计算方法；技能目标包括能够运用Zemax进行光学系统的设计和仿真，分析光学系统的性能和优化方法；情感态度价值观目标包括培养学生的创新意识、团队合作能力和解决问题的能力。
二、教学内容教学内容主要包括光的传播、反射、折射等基本特性，透镜、镜片等光学元件的设计和计算方法，以及Zemax等光学设计软件的使用技巧。
具体的教学大纲如下：1.光的传播和反射：介绍光的基本特性，包括光的传播速度、传播方向等，以及光的反射定律和反射镜的设计方法。
2.光的折射和透镜：介绍光的折射定律和透镜的分类，包括凸透镜、凹透镜等，以及透镜的设计和计算方法。
3.光学系统设计：介绍光学系统的基本构成和设计方法，包括透镜组的设计、光学系统的性能分析等。
4.Zemax使用技巧：介绍Zemax的基本操作和功能，包括光学系统的建立、参数设置、仿真分析和优化方法。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
包括：1.讲授法：通过讲解光的传播、反射、折射等基本原理和透镜、镜片等光学元件的设计方法，使学生掌握基本概念和理论知识。
2.案例分析法：通过分析实际的光学系统设计案例，使学生能够将理论知识应用到实际问题中，培养学生的实际操作能力。
3.实验法：通过实验室的实践操作，使学生能够亲手搭建光学系统，观察光学现象，加深对光学原理的理解和掌握。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，将选择和准备以下教学资源：1.教材：《工程光学》教材，用于学生学习和复习基本理论知识。
2.参考书：《光学设计手册》等参考书籍，供学生深入学习和参考。
3.多媒体资料：制作相关的教学PPT和视频资料，用于课堂讲解和复习。
光源的相干性分析与应用—工程光学课程设计正文终稿
工程光学课程设计（论文）题目数字化分析光的相干性学院物理与电子工程学院光源的相干性分析与应用摘要：光的相干性是光学中的重要概念之一。
相干效应可分为空间相干性和时间相干性，前者与光源的几何尺寸有关，后者则与光源的相干长度或单色性（带宽）有关。
迈克耳逊干涉仪为测量时间相干性提供了一种方便的技术；空间相干性则由杨氏双逢实验作出了最好的证明。
实际上许多光源都不是理想的点光源，而是有一定的几何尺寸的扩展光源，产生的光不可能是单色的。
一般来说，我们可以这样认为，对普通光源（扩展光源）的相干性分析，同时也适用于点光源，最深层的精髓没有发生变化。
本文介绍了用MATLAB仿真杨氏双缝干涉的实验，来数字化处理实验现象，以减少客观的误差对于整个实验的影响，方便同学们能够更好地了解。
同时也着重介绍了迈克尔逊干涉仪工作的基本原理，时间相干性的基本概念以及用不同光源为例，简单的说明光源的时间相干性的问题。
根据光源的一些特性，还有一些具体的应用，激光具有单色性，相干性等一系列极好的特性。
比如激光的应用。
激光在未来的发展过程中，将会有更大的发展前景。
关键字：时间相干性；MATLAB；空间相干性；迈克耳孙干涉仪；激光目录第一章引言 (1)第二章理论基础 (1)2.1 相干时间和相干长度 (1)2.2 空间相干性 (2)2.3 时间相干性 (3)2.4相干性的描述 (4)2.4 迈克尔逊干涉仪的工作原理 (4)第三章光源的相干性分析和应用 (5)3.1 杨氏双缝干涉与空间相干性 (5)3.2 迈克耳孙干涉仪与时间相干性 (8)3.2.1干涉条纹的可见度 (8)3.2.2不同的光说明时间相干性 (9)3.3应用 (10)第四章全文总结 (11)4.1 主要结论 (11)4.2 主要创新点 (12)仿真代码 (12)参考文献 (13)第一章引言虽然光学是物理学中最古老的一门基础学科，但是在当前科学研究中依然活跃，具有很强的生命力和研究价值。
工程光学全套课件
r
n
UUII
Lr1ssiinnUI
物理光学（波动光学）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。
量子光学是从光子的性质出发，来研究光与物质相互作用的学科 即为量子光学。它的基础主要是量子力学和量子电动力学。
题也是当今的科学家们在苦苦思索的问题。
7
什么是光学?
8
什么是光学？
狭义来说，光学是关于光和视见的科学， optics(光学)这个词，早期只用于跟眼睛和视见 相联系的事物。而今天，常说的光学是广义的， 是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到 X射线的宽广波段范围内的，关于电磁辐射的 发生、传播、接收和显示，以及跟物质相互作 用的科学。
第一节：几何光学的基本定律
作业:一界面把n=1和n′=1.5的介质分开， 设此界面对n介质中无限远处的点光源发 出的光线经界面后，在n′的介质中与界 面顶点相距100mm处的点为等光程，求此 分界面的表达式。
21
第一章 几何光学基本定律与成像概念
第二节：成像的基本概念与完善成像条件 一、光学系统与成像概念
1905年，爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。他给光子作了 十分明确的表示，特别指出光与物质相互作用时，光也是以光子 为最小单位进行的。
5
光学的发展历史
在20世纪初，一方面从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光 学现象确证了光是电磁波；而另一方面又从热辐射、光电效应、 光压以及光的化学作用等无可怀疑地证明了光的量子性——微粒 性。
4
光学的发展历史
1860年前后，麦克斯韦的指出，电场和磁场的改变，不能局限 于空间的某一部分，而是以等于电流的电磁单位与静电单位的比 值的速度传播着，光就是这样一种电磁现象。这个结论在1888 年为赫兹的实验证实。
光学设计软件Zemax在《工程光学》课程教学中 的应用
Advances in Education教育进展, 2019, 9(2), 108-112Published Online March 2019 in Hans. /journal/aehttps:///10.12677/ae.2019.92023Application of Optical Design SoftwareZemax in Engineering Optics CourseTeachingYiqing Cao*, Zhijuan Shen, Zhixia ZhengSchool of Mechanical and Electronic Engineering, Putian University, Putian FujianReceived: Feb. 12th, 2019; accepted: Feb. 26th, 2019; published: Mar. 5th, 2019AbstractEngineering Optics course is the core course of the control technology and instrument, and has the characteristics of more formulas and fairly theoretical; it plays a very important role in the pro-fessional learning. The traditional method of teaching of the course pays attention to the deriva-tion of the formula and the explanation of the abstraction, and thus students have a great difficulty in understanding and mastering. In order to adapt to the transformation of the university to the practical undergraduate university, and train the professional talents with strong practical ability and self-study ability, Zemax software is applied to the process of the explaining the important knowledge of Engineering course. According to the method of Zemax software simulation, the students’ understanding of optical knowledge and the practical application ability of the know-ledge are improved, and improve the teaching quality and meet the training goal of the practical talents.KeywordsZemax, Engineering Optics, Practical Talents, Aberration光学设计软件Zemax在《工程光学》课程教学中的应用曹一青*，沈志娟，郑志霞莆田学院机电工程学院，福建莆田收稿日期：2019年2月12日；录用日期：2019年2月26日；发布日期：2019年3月5日*通讯作者。
新工科背景下“工程光学”课程“一体两翼三步四阶”教学改革与实践
基金课题：2022年甘肃省高校创新创业教育教学改革研究项目（项目编号：甘教高函〔2022〕11号）；2023年甘肃省高等教育教学成果培育项目（项目编号：甘教高函〔2023〕14号）；2022年兰州工业学院校级一流本科课程建设项目（项目编号：兰工院〔2022〕67号）；2023年兰州工业学院校级新工科教学研究项目。
新工科背景下“工程光学”课程“一体两翼三步四阶”教学改革与实践文/王春梅 张生福 李钰龙 苏文晓 张总 刘哲本文基于新工科建设背景，聚焦于课程目标，在“工程光学”课程教学改革中积极引入新理念，探索新模式，创新教学方法，应用信息技术。
笔者针对“工程光学”课程教学过程中的痛点问题，依托以学生全面发展为中心的教学理念，明确知识、能力、思维、发展四个层次的教学目标；通过课程思政的“一体引领”，第一课堂与第二课堂的“两翼联动”，“立意、汇意、达意”三步教学设计的具体实施，以打造阳光普照、百花齐放的对话式课堂；在教学活动的全过程中，借助信息技术促进教学改革，以“四阶达标”为引领实现夯实基础、提升能力、强化思维、明确未来的阶梯式教学目标，以更好地满足新时代新工科人才培养要求。
教育部、工业和信息化部、中国工程院联合发布的《关于加快建设发展新工科 实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》明确要求，更加注重产业需求导向，更加注重跨界交叉融合，更加注重支撑服务，探索建立工程教育的新理念、新标准、新模式、新方法、新技术、新文化。
[1]因此，新工科建设既要吸纳新理念、设立新标准、创建新模式，也要使用新方法、融合新技术，不断完善和创新教学活动。
一、“工程光学”课程教学改革的思路与举措（一）“工程光学”课程教学改革思路“工程光学”课程教学改革应紧密围绕新工科建设的总体要求，顺应教育部新工科建设号召，聚焦知识、能力、思维、发展四个层次的教学目标，积极探索“一体两翼三步四阶”教学新模式，全链路、多通道融合新技术，深化课程教学改革创新之路。
工程光学课程设计
课程设计说明书课程设计名称：工程光学课程设计课程设计题目：三片式数码物镜的优化设计学院名称：理学院专业班级：光电信息科学与工程激光一班学生学号：1409090119学生姓名：夏志高学生成绩：指导教师：梁春雷课程设计时间：2016/06/27 至2016/07/03课程设计任务书一、课程设计的任务和基本要求1．查阅相关资料，光学设计的基本概念、光学玻璃的相关知识和软件的使用。
2．学习各种像差的基本概念、描述及评价方法，掌握近轴光线追迹公式。
3．本课题要求设计出一个三片式数码照相物镜，要求的光学特性为：mm f 6='，41='f D , 502=ω；像质主要以调制传递函数MTF 衡量，具体要求是对于低频(17lp/mm)，视场中心的MTF ≥0.9，视场边缘的MTF ≥0.80；对于高频(51lp/mm)，视场中心的MTF ≥0.3，视场边缘的MTF ≥0.20，另外，最大相对畸变dist ≤4%。
该物镜对d 光校正单色像差，对F 、C 光为校正色差。
4．学习使用ZEMAX 进行数据录入和报表输出，分析各种初级像差并设置优化函数；设计三片式数码照相物镜并优化，对像差做简单的分析之后，撰写课程设计论文。
5．课题设计(论文)难度适中，工作努力，遵守纪律，工作作风严谨务实，按期圆满完成规定的任务。
6．综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文(设计)结果有一定的参考价值。
二、进度安排1．6月27日：了解光学设计的基本概念、光学玻璃的相关知识和软件的使用。
以单透镜的设计为例学习数据的录入，基本概念和设计思想在软件中的实现，初步掌握ZEMAX 的分析工具和数据含义及输出。
2．6月28日至6月29日：学习各种像差的基本概念、描述及评价方法，掌握近轴光线追迹公式。
3．6月30日：学习查找文献资料，选择合适的数码物镜初始结构，用缩放法进行缩放，缓慢调整有关参数并优化，并最终得到比较好的设计参数。
工程光学设计课程教学改革与创新初探
在原有 的教学大 纲基础上 ， 根据 教育部 的专业规 范和我
们 的课程 体系，在全体教师充分讨论 的基础 上，修善 了教学
【 收稿 日期】２ １ ０ — ６ ０ 卜 ４ ２
【 摘 要】 “ 工程光 学设计”课程是机械 电子工程专业光机 电一体化 方向的一 门重要 必修课 ，文章从教 学现状和教 学难 点 出发 ，针 对教 学 内容 、教 学方 法和 实践教 学等方面 ， 出和进行 了一 系列具体 的教 学改革。 提 【 关键词 】工程光 学设计表 ； 教学改革 ；创新 【 中图分类号 】Ｇ ２ ４０ 【 文献标识码 】Ａ 【 文章编 号】１０ —１５ （０ １ ７ ０ ２ — ２ ０ ８ １ １ １） — ２ ５ ０ ２ ０
薄透镜 的初 级像差理论 ：略去第 ４章 中的典型光 学部件 望远 物镜 、显微物镜 、照相物镜的类型介绍部分 ，直接讲述如何 设计这些物镜 ，并以典型实例为重点讲解 内容 ；在第 ７ 章激 光光学系统 设计中增加 “ － ｈ ｔ ｆ ｔ ｅ ａ镜头设计 ”一节 ；在第三 部分增加第 ９章 Ｌ Ｄ照明设计。这样 的修改使得教学 内容更 Ｅ
的教学 时间内，既要 使学生掌握基本的手动计算简单光学 系 统初始结构 的方法 ，又要 学会 使用 光学设计 Ｃ Ｄ软件进行较 Ａ 复杂光学系统 的设计和分析 、 校正工作， 教师应摆脱教材 的局 限，使之形成易于课堂教 学表 达的知识结构体系 。根据教 学
内容和学生 自身 的特 点作 了如 下调 整： １１ 修善教学 大纲 ，删 除交叉课程 内容， 加实践设计环节 ． 增
光 学系统设 计基础 （ １ 光 学设计概述、第 ２章 初 第 章 级像差理论 、像 差校 正与像质评价 ），二 、光学部件 与系统
一
平行光管物镜设计
设计要求： ................................................................................................................................ 2
第一章
绪 论 ....................................................................................................... 2
ห้องสมุดไป่ตู้
1..7 光线追迹计算............................................................................................................. 7
第二章 平行光管物镜手工计算 .............................................................................................. 8
1.3 平行光管工作原理：.................................................................................................. 2
1.4 平行光管选用.............................................................................................................. 3
–3–
平行光管物镜设计
光学设计 课程设计
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、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望远镜目录第一章设计要求 (1)第二章基本原理及参数计算 (2)1.望远系统的尺寸计算 (2)2.用PW法计算物镜 (7)3.用PW法计算目镜 (13)第三章像差优化及分析 (14)1.初始像差 (17)2.优化后像差 (19)3.像差比较及分析 (22)第四章结论 (23)第五章参考文献 (24)第一章设计要求望远系统是用于观察远距离目标的一种光学系统，相应的目视仪器称为望远镜。
望远系统一般是由目镜和物镜组成的，有时为了获得正像，需要在物镜和目镜之间加一棱镜或者透镜式转像系统。
本课程设计的内容即为透镜式转像系统。
该透镜转像望远系统的设计要求如下：视放大率为8倍视场角2w=10°出瞳直径D`=4mm渐晕系数K=1/4入瞳距离Lz=-50mm镜筒长度L=1000mm要求物镜本身校正球差、慧差、轴向色差入瞳，出瞳位置不在物镜与目镜上面第二章 基本原理及参数设计1.望远系统的尺寸计算所谓透镜转像系统，就是放置在物镜实像面后的使像再一次倒转成为正像的透镜系统。
它的物平面和物镜的像平面重合，像平面与目镜的前焦面重合。
在有些光学系统中，如潜望镜，内窥镜需要放置透镜转像系统以增加仪器的筒长。
工程光学设计(畸变的对比)
工程光学课程设计题目：枕形与桶形畸变的观测实验设计班级：2013信息工程一班组员：廖景威（20133201081），卢永恒（20133201037）引言：成像系统中的单会聚透镜、单发散透镜以及球面镜，在理想加工情况下当实验条件不能满足近轴条件时，总是存在像差。
比如当成像光束孔径角增大或成像范围增大时就会产生畸变单色像差。
实验原理：实际的光学系统，只有在近轴区域以很小的孔径角成像时才是完善的。
如果一个光学系统的成像仅限于近轴区域是没有什么实际意义的，因为进入的光能量太少，分辨率很低。
因此，任何光学系统都具有一定的孔径和视场，在这情况下用近轴光学理论来研究光学系统成像就不合适了，必须采用精确的三角光线追迹公式进行光线计算。
用近轴光线追迹公式进行光线计算得出的像点(理想像点)与在不同孔径下用精确的三角追迹公式进行光线计算得出的像点之间往往并不重合，这个差别称为像差。
像差的大小反映了光学系统质量的优劣。
畸变也是一种轴外像差，而且是轴外细光束的像差。
它是轴外点主光线在像面上交点的高度同近轴 (理想) 像高之差。
由轴外点追迹一条主光线，求出在近轴像面上的截点高度H’p,再求出同一物点在同一视场下的近轴像高h’j，二者之差就是光学系统在该视场下的畸变值，图1表示出畸变的原理。
畸变与孔径没有关系，它只是视场的函数。
畸变随视场的增加而增加。
图1:畸变的原理一个正方形通过光学系统成像就不是一个规则的正方形。
图2(a) 是个待成像的正方形，通过光学系统成像后，由于光学系统的畸变，而且畸变随视场而变化，因此所成的像就不再是正方形了，可能会出现两种情况，其中一种如图2(b) 所示，视场边缘的像高小于理想像高，这样的畸变为负值，称为桶形畸变。
只一种情况是视场边缘的像高大于理想像高，畸变为正值，称为枕形畸变，如图2(c) 所示。
畸变和其他像差不一样，一般像差造成点像的弥散圆扩散，使图像模糊，对比度降低，导致分辨率降低。
而畸变则不同，它既不影响图像的清晰度，也不降低系统的分辨率，它只是使图像的大小和形状发生某些变化。
工程光学郁道银课程设计
工程光学郁道银课程设计简介工程光学郁道银课程设计是基于工程光学领域的一个设计项目，旨在帮助学生将理论知识应用于实际应用中，提高学生的设计能力和解决问题能力。
该课程设计是由专业的工程光学教师郁道银授课，内容包括工程光学基础知识、光学元件、光学系统设计等。
设计目的该课程设计的目的是使学生掌握工程光学设计的基本原理和方法，能够应用所学知识实际解决实际问题。
同时，该课程设计也旨在提高学生的实践能力和创新精神，为学生未来的职业发展打下坚实基础。
设计内容该课程设计的主要内容包括以下几个方面：工程光学基础知识在课程设计的开始阶段，郁道银教授将深入介绍光学的基础知识，包括光的传播、反射、折射、干涉等基本概念。
并引入光学系统的概念和相应的数学理论，为后续的光学系统设计打下基础。
光学元件在工程光学系统中，光学元件是必不可少的组成部分。
在课程设计中，学生将会学习到不同光学元件的基本原理和特点，并对不同的光学元件组合进行分析和优化，从而设计出最优的光学系统。
光学系统设计在课程设计的最后阶段，学生将根据实际情况设计出适合的光学系统，包括硬件和软件部分。
在设计的过程中，学生需要考虑多方面的因素，例如光束走向、成像质量、光学元件的选用等。
最终，学生需要根据设计结果作出评价，并提出优化方案。
设计过程该课程设计的整个过程分为三个阶段：阶段一：选题和背景调查在这个阶段，学生需要进行选题和背景调研，确定设计题目和相应的研究方向。
学生需要深入了解相关领域的情况，包括市场需求、技术现状、竞争对手等，从而为后续的光学系统设计打下基础。
阶段二：理论分析和实验验证在这个阶段，学生需要对所学理论进行分析，并进行相应的实验验证。
学生需要根据实验结果不断调整和优化设计方案，提高光学系统的成像质量和稳定性。
阶段三：收尾工作和验收在这个阶段，学生需要完成课程设计的收尾工作，包括论文撰写、实验报告、成果展示等。
学生需要以专业的态度和创新精神完成所有工作，并通过验收得到认可。
《工程光学》实验报告完整版(含答案)
本科生实验报告实验课程工程光学学院名称核技术与自动化工程学院专业名称测控技术与仪器学生姓名苏语稻香学生学号指导教师实验地点6C803实验成绩二〇一八年四月二〇一八年六月填写说明1、适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外）；2、专业填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明；3、格式要求：①用A4纸双面打印（封面双面打印）或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。
②打印排版：正文用宋体小四号，1.5倍行距，页边距采取默认形式（上下2.54cm，左右2.54cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm）。
字符间距为默认值（缩放100%，间距：标准）；页码用小五号字底端居中。
③具体要求：题目（二号黑体居中）；摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4号宋体）；关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体)；正文部分采用三级标题；第1章××(小二号黑体居中，段前0.5行)1.1 ×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5行）1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行）参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照《参考文献著录规则（GB/T 7714－2005）》。
实验一透镜焦距测量和光学系统基点的测定一、实验目的1.掌握简单光路的分析和调整方法。
2.了解、掌握自准法、位移法测量凸透镜焦距的原理及方法。
3.了解透镜组节点的特性，掌握测透镜组节点的方法。
二、实验任务1.自准法测薄凸透镜焦距f2.用位移法测薄凸透镜焦距f3.测量透镜组节点和焦距。
三、实验内容1.自准法测薄凸透镜焦距f1.1实验原理将物AB放在凸透镜的前焦面上，这时物上任一点发出的光束经透镜后成为平行光，由平面镜反射后再经透镜会聚于透镜的前焦平面上，得到一个大小与原物相同的倒立实像A´B´。
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。
工程光学课程思政案例设计
工程光学课程思政案例设计
杨晓霞;薛彬;董建
【期刊名称】《教育教学论坛》
【年(卷),期】2022()31
【摘要】思政入课堂是加强大学生思想政治教育的重要手段,思政元素有机融入理工课程是目前教学改革的重要方向之一。
结合光学发展历史悠久、实用性强的特点及其在国民经济、军事国防等领域的重要地位,从学史增信、鉴往知来、家国情怀、使命担当、理论联系实际等角度对工程光学课程思政案例进行设计,将各思政元素
有机融入课程知识点中,以期为相关课程思政教育提供案例参考。
【总页数】4页(P65-68)
【作者】杨晓霞;薛彬;董建
【作者单位】天津职业技术师范大学自动化与电气工程学院;天津大学海洋科学与
技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】G412
【相关文献】
1.《高级财务会计》课程思政案例设计
——"债务重组"中的思政元素2.高校农业水利工程专业思政教育创新路径——评《都市型农林高校课程改革研究与实践——思政课程和课程思政案例》3.高职院校专业课程中思政元素的融入--“PHP程序设计”课程思政案例4.“案例式思政”
在课程思政建设中的路径探析--以“系统工程”课程为例5.“课程思政”视域下《大学计算机基础》教学实践探索——以思政元素教学案例设计为例
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 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×之间，数值孔径NA为0.2至0.6之间。
由于显微物镜倍率较高，相距远大于物距，显微物镜的设计通常采用逆光路方式，即把像方的量当做物方的量来处理。
里斯特物镜两个双胶合透镜光焦度分配的原则通常是使每个双胶合透镜产生的偏角相等或者是后组的偏角略大于前组。
里斯特物镜的光阑通常放在第一个双胶合透镜上。
当两个双胶合透镜相互补消球差和慧差时，两个双胶合透镜的间隔大致和物镜的总焦距相等。
第一个双胶合的焦距约为物镜焦距的二倍。
第二个双胶合的焦距大致和物镜的总焦距相等。
物镜的像差校正方式采取两个双胶合透镜各自单独校正球差、慧差和色差，也就是消色差物镜。
其总设计图如下：图2.1 25×显微镜物镜设计方案图3物镜设计与相关参数3.1物镜的数值孔径NA光学系统的数值孔径（NA）是一个无量纲的数，用以衡量该系统能够收集的光的角度范围。
在光学的不同领域，数值孔径的精确定义略有不同。
在光学显微镜领域，数值孔径描述了物镜收光锥角的大小，而后者决定了显微镜收光能力和空间分辨率；在光纤领域，数值孔径则描述了光进出光纤时的锥角大小。
其大小由下式决定：NA = n * sin α，其中n是被观察物体与物镜之间介质的折射率；α是物镜孔径角（2α）的一半。
物镜孔径角是指：物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。
数值孔径是光纤的非常重要参数之一，它体现了光纤与光源之间的耦合效率。
光源与光纤端面间存在空气隙，入射到光纤端面的光只有一部分能进入光纤，而进入光纤端面内的光也只有部分符合特定条件的光才能在光纤中发生全内反射而传播。
由图可知，只有从空气隙到光纤端面以入射角小于β入射的光线才能传播。
β实际上是个空间角，也就是说如果光从一个限制在2β的锥形区域中入射到光纤端面上，则光可被光纤捕捉。
3.2物镜的分辨率分辨率是物镜能将两个物点清晰分辨的最大能力，用两个物点能清晰分辨的最小距离d的倒数1/d表示。
物体通过光学仪器成像时，每一物点对应有一像点，但由于光的衍射，物点的像不再是几何点，而是不一定大小的衍射亮斑。
靠近的两个物点分辨率所形成两个亮斑，如果互相重叠则使两个物点分辨率不清，从而限制了光学系统的分辨率。
显然，像面上衍射图像亮斑半径愈大，系统的分辨率则越小。
瑞利（Rayleigh）提出一个推测（又称瑞利准则）：认为当A1′衍射花样的第一极小值正好落在A2′衍射花样的极大值时，A1、A2是可以分辨的，将此时定出的两物点距离A1、A2作为光学统的分辨极限。
θ0称为极限分辨角。
不言而喻，当θ＞θ0时是完全可分辨的，θ＜θ0时是不可分辨的。
由圆孔衍射理论得到：θ0=1.22λ / D式中λ──入射光波长；D──入射光的最大允许孔径（透镜直径）。
因为θ0很小，所以由图2-4得：d′≈θ0=1.22λS / D物镜在设计时，总是使它满足阿贝正弦条件的，即ndsinu=n′d′sinu′式中n和n′为物、象所在空间的折射率，成象总是在空气介质中，故n′=1；u各u′分别为光线在物、象空间共轭点上的孔径角；d和d′分别为物点、象点中心斑的间距。
考虑到显微镜中入射光并非都是平行光，有倾斜光线，对上式系数作适当的修正，所以式中nsinu就是物镜的数值孔径，因此，上式或者写：d=0.5λ/N.A因此表明：物镜的数值孔径愈大，入射光的波长愈短，则物镜的分辨能力愈高。
在可见光中，观察时常用黄绿光（λ ≈4400A），则可使分辨能力提高25%左右。
3.3物镜的放大倍数放大倍数是指眼睛看到像的大小与对应标本大小的比值。
它指的是长度的比值而不是面积的比值。
光学显微镜放大：目镜越短、倍数越大；物镜越长、倍数越大。
3.4物镜的鉴别能力显微镜的鉴别能力主要决定于物镜。
物镜的鉴别能力可分为平面和垂直鉴别能力。
物镜（objective lens）物镜是决定光学显微镜基本性能及功能的最重要的光学单元。
因此，为了满足各种需求和应用，我们研制出了有着最佳光学性能和功能（这对光学显微镜而言也是最重要的性能和功能）的物镜，推出了能满足不同使用目的多种物镜产品。
基本上物镜是按照用途、观察方法、倍率、性能（像差校正）等进行分类。
其中，按照像差校正来分类的是显微镜物镜特有的分类方法。
垂直鉴别率又称景深，定义为在固定相点的情况下，成象面沿轴向移动仍能保持图象清晰的范围。
表征物镜对应位于不同平面上目的物细节能否清晰成象的一个性质，垂直鉴别率的大小由满意成象的平面的两个极限位置（位于聚焦平面之前和之后）间的距离来量度。
如果人跟分辨能力为0.15～0.30mm，n为目的物所在介质的折射率，（N.A.)为物镜的数值孔径，M为显微镜的放大倍数，则垂直鉴别率h可由下式求出：h=n / (N.A.).M ×（0.15～0.30）mm由上式可知：如果要求较大的垂直鉴别率，最好选用数值孔径小的物镜，或减少孔径光阑以缩小物镜的工作孔径，这样就不可避免降低了显微镜的分辨能力。
这两个矛盾因素，只能被具体情况决定取舍。
3.5设计要求参数确定按照设计要求：物镜放大倍数为25，数值孔径NA=0.4，通过以上几个参数的计算，计算出理论上的数值并确定符合数值要求的镜片。
初步确定第一个双胶合透镜的初始结构由ZF3与K9组合，第二个双胶合透镜的初始结构由ZF3与ZK9组合。
求出双胶合透镜的初始结构之后，就可以进行光线追迹、相差计算和平衡了，如果的得到不满意的结果，可重新选择玻璃对，再重复上面的计算，达到设计要求，也可以采用自动设计程序作进一步校正，其结果可能会更好。
4 显微镜物镜光学系统仿真过程4.1选择初始结构并设置参数显微镜物镜的初始结构选择如下：在用ZEMAX软件进行设计时，将显微镜倒置设计。
设置参数如下：垂直放大率为0.05，物方数值孔径为0.25，物高为25mm，物方半视场高度为12.5mm。
此时该系统的结构、传函以及像差如图4-1所示。
从MTF图和像差图可以看出该显微物镜的成像质量还不是很好，需要对其进行自动优化校正。
图4.1 优化前参数在用ZEMAX软件进行设计时，将显微镜倒置设计。
设置参数如下：垂直放大率为0.05，物方数值孔径为0.25，物高为27mm，物方半视场高度为13.75mm。
此时该系统的结构、传函以及像差如图4-1所示。
从MTF图和像差图可以看出该显微物镜的成像质量还不是很好，需要对其进行自动优化校正。