双胶合望远镜头设计要点
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。
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。
双胶合望远物镜的设计
双胶合望远物镜的设计要求
焦距：f’=250mm 通光孔径：D=40mm 视场角：2ω=6° 入瞳与物镜重合 物镜后棱镜系统的总厚度为150mm 像差要求: δL’m=0.1mm, SC’m=-0.001, ΔL’FC=0.05mm
薄透镜系统的求解过程
外形尺寸计算
根据对系统的像差要求,列出初级像差方程组 求解方程组得到系统中每个薄透镜组 的像差特性参数P,W,C 经过规化,求出 P , W , C 求出每个透镜组的结构参数
输入初始结构
经初级像差理论PW法得到初始结构参数
没有告诉后工作距时，将厚度设为Marginal Ray Height（边缘光线高度）
输入光学特性参数
像质评价
首先观察目前的焦距及各类像差值，然后再根据 设计要求进行优化。 焦距： 球差：操作数（LONA），2号波长，全孔径 update后value值即为δL’m=-0.074328
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’ :
轴向色差ΔL’FC一般指0.707h的轴向色差，可以由 球差获得，即ΔL’FC= δL’F0.707- δL’C0.707
如图所示，ΔL’FC=0.133635-0.023404=0.11023
像差控制
我们发现所求的像差数据与目标值有差别，因此 要进行优化。 首先要在评价函数中自己来定义像差的专门控制 操作 1）球差控制 δL’=ΔT/tgθ 垂轴球差ΔT由TRAY得到，Py=1.0， RAGC得到孔径光线的方向余弦（Py=1.0）， 再经ACOS,TANG得到tgθ。 最后用DIVI求ΔT/tgθ。
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%。
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
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 ZEMAX 设计(谷风软件)
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 mmh h mmh f h u D u mmD 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)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CW P ,,∞∞根据整个系统物镜的像差要求：mm L 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 δ00238.0n 1-n -d S 0.0032765/u)(u S S 00554.0n 1-S 223z 124321-====-=⨯-=u du n υ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,C00000812.0001285.000123.0001075.00000922.00016.058.1223=⇒===⇒-=-==⇒===∏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 W W h P P 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。
消色差双胶合望远
消色差双胶合物镜设计要求
第一步：初始结构参数确定
1 V1
V1 V2
1 2
，
，
2
V2
V1 V2
,
• 本例中，正、负透镜的玻璃材料分别选用BK7 和SF2 2 0.00448 0.00848
1
f1 117.92mm
f2 223.22mm
第二步：透镜初始结构与光学特性 参数输入
• 用Wavelength Data对话框定义工作波长。在ZEMAX主菜 单中选择System＼Wavelengths…或选工具栏中Wav，打 开Wavelength Data对话框，选择Select —>中F，d， C(Visible)，其余为默认值。
第三步：变量的设定
消色差双胶合望远物镜设计
设计说明
• 望远镜物镜要求校正的像差主要是轴向色差、球 差和彗差。 • 望远物镜用不同折射率的冕牌玻璃和火石玻璃搭 配而成，当合理选配时可同时校正球差，色差及 正弦差。 • 在这三种像差中通常首先校正色差，因为初级色 差和透镜形状无关，校正了色差以后，保持透镜 的光焦度不变，再用弯曲透镜的方法校正球差和 彗差，对已校正的色差影响很小。
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。
(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。
双胶合透镜课程设计
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)表面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达到最小，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。
利用配曲法可部分消除单透镜的彗差，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：结构简单，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。
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。
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。
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。
投影物镜设计
投影物镜是将物体进行放大成像并投影在屏上的物镜。
投影仪的物镜、幻灯机和电影放映机上的投影物镜
统称为投影物镜。
投影物镜的作用是将光源照明的投影物体成像在较大的屏幕上，从而得到一幅放大的图像，其作用相当于倒置的照相物镜。
两者相异之处是：照相物镜为缩小成像，而投影物镜为放大成像。
描述一个投影物镜光学特性的参数是:共轭距、焦距、放大率、视场、相对孔径和工作距离。
放映物镜的像质要求，着眼于轴上点的像差（即球差和色差），轴外像差的校正主要是影响清晰度的慧差和像散。
这样的设计思想即考虑了投影物镜大孔径的特点，也考虑了它的应用特点。
简单的放映物镜是由两片透镜组成的，其中一个是正透镜，另一个是负透镜。
假如设计时注重玻璃的选择，就可以使这种结构在校正了色差和球差的基础上，同时校正正弦差。
由于轴外像差没有校正，这种结构只
能用在小视场的投影仪器中。
如果成像质量的要求高一些，可以用两个不晕的透镜组成投影物镜，这也是小视场投影仪器中使用的结构。
在投影仪器中最常用的投影物镜是匹兹万照相物镜，把它倒过来使用。
当投影仪器所要求的视场再大时，就要采用消像散的结构。
科克物镜和天塞物镜，甚至是双高斯物镜，都可以用做投影物镜。
下面给一个10倍投影仪物镜，线视场30mm，其镜头数据如下：
其2DLayout如下：
投影物镜跟显微物镜一样据需要反向设计，基本上物距远小于像距时需要反向设计。
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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。
1.2 设计目的：本次课程设计是在学习专业基础课和专业课工程制图基础、C程序语言设计基础、应用光学和精密仪器零件设计的基础上，主要在光学仪器、程序设计实践、光学设计计算与仿真等几个方面开展实践活动，巩固所学知识、培养动手能力。
1.3 设计内容和要求：1) 掌握Zemax光学设计的软件的使用方法；2) 理解双胶合透镜的组成及其消色差、球差的原理；3) 设计光源的波长为632.8nm,焦距为100mm，相对孔径为1:5；4) 给出透镜的具体设计参数、波前分布、结构图、评价函数、求差和点列图。
5)参考五篇相关论文。
第二章方案分析2.1 课题名称双胶合望远镜头设计2.2 主要数据（1）透镜的具体设计参数（2）波前分布（3）结构图（4）评价函数（5）差和点列图2.3 设计思路1、查阅相关资料学习双胶合透镜的基本构造和原理；2、了解ZEMAX光学软件的基本功能并学习该软件的基本操作；3、利用ZEMAX进行镜头的初步设计并进一步熟悉该软件的使用；4、对光学系统进行进一步的分析和优化，达到所定参数要求；2.4 实现原理1、双胶合透镜的原理：单正透镜具有负球差，单负透镜具有正球差，所以单透镜是不能校正球差的。
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往往都是将正负透镜进行组合，以实现它们的色差互补。
消色差双胶合透镜是一种把低分散的玻璃正透镜和高分散的火石玻璃负透镜粘接而成的消色差透镜。
设计时，在蓝色（486.1nm），绿色（546.1nm）和红色（656.3nm）三个波长，对分散的不同值和透镜形状进行了优化，实现了最小色差。
因此，此类透镜可在整个可见光区域使用。
其球差在设计时也进行了优化，和单个透镜相比，消色差双胶合透镜的球差要小得多。
使用于无限共轭状态时，其球差最小，并且消色差双胶合透镜都镀了可见光（400—700 nm）用宽带防反射多层膜。
2、望远镜镜头的原理：单透镜物镜色差和球差都相当严重，现代的折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜。
其中以双透镜物镜应用最普遍。
它由相距很近的一块玻璃制成的凸透镜和一块火石玻璃制成的凹透镜组成，对两个特定的波长完全消除位置色差，对其余波长的位置色差也可相应减弱，如图1所示在满足一定设计条件时，还可消去球差和彗差。
由于剩余色差和其他像差的影响，双透镜物镜的相对口径较小，一般为1/15-1/20，很少大于1/7，可用视场也不大。
口径小于8厘米的双透镜物镜可将两块透镜胶合在一起，称双胶合物镜，留有一定间隙未胶合的称双分离物镜。
为了增大相对口径和视场，可采用多透镜物镜组。
对于伽利略望远镜来说，结构非常简单，光能损失少。
镜筒短，很轻便。
而且成正像，但倍数小视野窄，一般用于观剧镜和玩具望远镜。
对于开普勒望远镜来说，需要在物镜后面添加棱镜组或透镜组来转像，使眼睛观察到的是正像。
图1 消色差原理图2.5 主要过程研究课题→原理分析→设计透镜参数→熟悉ZEMAX软件→利用软件设计光学系统→系统的分析和优化第三章光学系统设计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。
3.1 光圈参数设定先打开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.焦距为100mm ；2.波长为0.6328um;3.光源为无穷远处;4.像空间F/﹟=4；5.前一块玻璃为BAK1,后一块玻璃为F3。
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/﹟=5 。
EPD efl/#F （1.1）由公式（1.1）得物方孔径EPD 约等于20。
如图2所示，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20，单位毫米。
图2光圈参数设定3.2 视场参数设定在ZEMAX 主菜单软件中，选择 系统> 视场，弹出对话框，如图3所示，视场类型选择角度，并输入三组视场数据，(0, 0), (0, 3)和 (0, 5)。
：图3 视场参数设定3.3 波长设定如图4所示，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0.6328um，单击确定完成配置。
图4 波长设定系统配置完毕，即可在LDE中输入数据。
3.4 玻璃厚度的设定添加镜面，设计要求双胶合镜头，所以添加2个镜面，如图5所示，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BAK7第二块镜面材料为F3。
在glass窗口中写入材料的类型。
在Thickness栏中填入玻璃厚度。
图5 玻璃厚度的设定3.5 像空间的设定如图6所示，设定像空间数据，使用求解去执行设计约束，设置像空间F/#为恒定值5。
图6 像空间的设定第四章光学系统的分析4.1 2D光路分布草图步骤：选择分析>草图>2D草图，将出现2D草图LAYOUT。
目的：显示光线的大致传播路径。
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。
如图7所示，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。
图7 2D光路分布草图4.2 标准点列图Spot Diagram步骤：选择分析>点列图>标准，将出现标准点列图Spot Diagram。
目的：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。
如图8所示，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。
图8 标准点列图Spot DiagramGEO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。
4.3 光路图 OPD FAN步骤：选择分析>特性曲线>光路，将出现光路图OPD FAN。