光学系统设计(四)
光学设计方案
光学设计方案1. 方法流程1.1 整体设计思路这个光学设计方案主要是为了满足特定的光学功能需求，比如成像、聚焦或者光的传输等。
我会根据光学的基本原理，像光线的折射、反射定律等，来设计光学系统的结构。
这样安排是因为光学系统必须遵循这些基本原理才能正常工作，就像盖房子要遵循力学原理一样。
1.2 背景故事其实是有这么个情况，我们有个项目需要对一个光学设备进行优化或者新设计一个光学设备来解决一些实际问题，比如说提高成像的清晰度或者扩大视野范围。
所以就有了这个光学设计方案。
1.3 计划框架这个方案的核心逻辑就像做一道菜。
首先得确定主要食材（光学元件），然后确定烹饪方法（光学元件的组合和布置方式），最后进行调味（调整光学参数），这样才能做出一道美味的菜肴（满足要求的光学系统）。
2. 实施步骤2.1 启动阶段2.1.1 确定设计目标首先我们要明确这个光学设计是为了实现什么功能，是为了望远、显微还是其他的。
这一步由光学工程师负责，他需要有扎实的光学知识，能够根据实际需求准确地定义设计目标。
这一阶段大概需要1 - 2天。
2.1.2 收集相关资料要收集和研究现有的类似光学系统的资料，看看别人是怎么做的。
这个任务可以安排给一个助理工程师或者实习生来做，他需要有一定的资料收集和整理能力。
大概花费1周的时间。
2.2 规划阶段2.2.1 选择光学元件根据设计目标来选择合适的光学元件，比如透镜、反射镜等。
这需要光学工程师来主导，他要考虑元件的光学特性、成本等因素。
大概需要2 - 3天。
2.2.2 初步布局设计确定光学元件的初步布局，就像规划房子里各个房间的位置一样。
还是由光学工程师负责，他要依据光学原理进行布局，这一步大概需要3 - 5天。
2.3 优化阶段2.3.1 光学模拟利用光学模拟软件对初步设计进行模拟，看看光线传播是否符合预期。
这需要有熟练操作光学模拟软件的工程师来做，大概花费1 - 2周的时间。
2.3.2 根据模拟结果调整如果模拟结果不理想，就根据结果调整光学元件的参数或者布局。
光学设计指引贴4(对成像镜头设计质量的评估)
例如：最小象元直径＝0.008mm， F#＝1.8，轴向色差<0.008*2*1.8 ＝0.03mm。
五 工艺性要求
1 外形尺寸要求
(1)压边量要求
(2)中心厚与边厚要求
2 同心性要求
手机投影镜头的对正精度（焦 深要求）将更难保证，这成为手机 投影镜头批量生产的难点之一，为 了使手机焦深要求不致过严，F#>2； 但这会制约手机亮度，因此手机设 计的另一难点，是需对各虑色镜进 行频谱透过率的定量分析，给出合
理的频谱透过率，角度ห้องสมุดไป่ตู้过率的综 合技术指标要求。
（4）全视场传函一致性要求
（6）色光传函要求
在常用工作条件下，主波长传函 MTF>0.45、其它传函MTF>0.35。
2 弥散要求
MTF只是象质要求之一，对于 MTF合乎要求的系统，象质只能说较 好，还不能说很好。这是因为在能 分辨的鉴别率图案周围，有可能产 生拉出的弱光带，影响对比度。客 户对此还是比较挑剔的。这个问题 主要是由弥散斑的RMS（弥散散布半 径的方均根植）、GEO（弥散散布半 径的最大值）共同决定的。 好的镜头要求RMS<最小象元直径、 GEO<3*RMS。
• 由透镜对正要求确定的焦深
焦深由光轴对成像面的垂值偏差所 决定，允许±10’。在焦深范围内 MTF>20%.
例如0.46英寸的DMD，如果最大 视场角＝±25°，那么F’＝ (0.46*25.4/2) /Tan25°＝12.53，因此光轴对成像 面的垂值偏差＝±10’时，引起DMD 角顶对中心点沿轴向移位＝ ±12.53*(10*0.00029)＝0.036mm， 即焦深＝±0.035mm，在焦深范围内， 中心与角顶成像将同时清楚。
光学设计实验四卡塞格林系统设计
实验四:卡塞格林系统一．实验目的熟悉卡塞格林系统设计的原理过程，学习如何使用多项式的非球面，掌握设计系统的的方法及过程。
二.系统结构性能要求1）孔径值10英寸；2）视场角为0︒；3）相对波长为可见光；4）玻璃材料BK7 、MIRROR ；三．实验步骤1.系统参数的设置：孔径值10英寸；（单位是英寸）视场角为0︒；工作波长为可见光；2.结构参数的设置:平面镜的厚度为1英寸，玻璃材料BK7；反射镜的焦距为60英寸，厚度为30英寸，玻璃材料为MIRROR；如下图所示：3.加辅助镜面，并安放像平面。
让ZEMAX为辅助面计算恰当的曲率。
玻璃材料为mirror。
（注意：已将主反射面的距离减小到-18，这将使辅助镜面的尺寸减小。
像平面的距离现在是28，实际上，是在主反射面后10英寸）如下图所示：四．光学望远系统优化过程1.将三环六臂改为五环六臂（菜单栏Editors一Merit Function一Tools一Default Merit Function一Reset一Rings）如下图所示：2.设置变量，将曲率半径设为优化变量，权重设为1。
将新面（即第3面）的厚度从0改为20。
往上移一行，将第2面的厚度由60改为40。
对于主反射面来说，校正器与它的距离就是60；3,。
将光阑面（STO）的表面类型换为“EVEN ASPHERE”。
这种面型允许为非球面校正器指定多项式非球面系数。
并将第一面的“4th Order Term” 6th Order Term”和“8th Order Term”列设为变量，当前为0，如下图所示：4.打开视场角，调整设计。
从主菜单，选System，Fields，并将视场角的个数设置为3，输入y角0.0，0.35和0.7。
如下图所示：优化即可得到MTF，如下图所示：5双击第三面的第一列，从孔径类型列中选圆形“Circular Aperture”，到Min Radius中输入1.7。
这表示所有的光线穿过表面时离轴距离必须要大于1.7英寸，这就是主反射面的缺口“Hole”。
第八章-光学系统的设计
2
§ 8－1常用光学设计软件
南开大学现代光学研究所
现代光学设计软件的特点
通用性强
共轴和非共轴系统；各类常规和复杂表面（球面、 平面、非球面、二元面等）；材料种类；孔径形 状等。
分析能力强
几何像差；波像差；点列图；传递函数；热分 析；公差分析等。
优化能力
像差自动平衡和优化；边界条件和评价函数灵活
图形界面
南开大学现代光学研究所研究生课程——光学仪器原理(X. Zhao)
8
LightTools
与CODE V同公司。 可操作性强，建模功能强大。具有优化功能。
两类软件的区别
前者针对成像系统和像差分析；后者针对非成 像系统和非序列光线追迹。 前者侧重优化；后者侧重仿真分析。
南开大学现代光学研究所研究生课程——光学仪器原理(X. Zhao)
42
§ 8－6 光学系统设计实例
南开大学现代光学研究所
投影物镜设计实例
指标要求
焦距 相对孔径
14 mm 1:2.4
视场角2ω 放大率
54度 27×
后工作距离
21 mm
畸变
<1%
MTF
> 60%@36 lp 照度均匀性
选择初始结构
>95%
双胶合前组＋双高斯后组
输入基本参数
系统参数；波长；视场；各面形参数
南开大学现代光学研究所研究生课程——光学仪器原理(X. Zhao)
41
初步分析
自动优化
Solves Merit function Optimization
评价与分析
Ray fans Spot diagram OPD fans Aberrations
光学设计 第14章 光学系统初始结构设计方法概要
第三篇光学系统设计光学仪器的基本功能是借助于光学原理，通过光学系统来实现的。
光学系统的优劣直接影响仪器的性能和质量，因此，光学系统设计是光学仪器设计和制造过程中的重要一环。
本部分的目的是使读者获得光学设计所需要的基本理论和知识，并通过必要的设计实践以掌握光学设计的初步能力。
光学设计工作大体上可分四个阶段：一、根据仪器的技术参数和要求，考虑和拟定光学系统的整体方案，并计算其中各个具有独立功能的组成部分的高斯光学参数；二、选择各组成部分的结构型式，并查取或计算其初始结构参数；三、逐次修改结构参数，使像差得到最佳的校正和平衡；四、对设计结果进行评价。
上述各个阶段性工作之间有着密切的联系，前期工作的合理与否会影响到后期工作能否顺利进行，甚至会决定设计工作能否成功。
光学系统的整体方案可以有很大的灵活性和多样性，应该力求在满足仪器的性能要求的前提下，寻求一个简单易行、便于装调和经济合理的最佳方案。
相应地，系统各组成部分的光学性能参数也应根据整体要求定得恰如其分。
选择结构型式是光学设计中的重要一步，可能导致设计的成败。
现在，各种用途的光学镜头已积累起种类甚多的结构型式，它们有各自的像差特征和在保证像质时可能达到的相对孔径和视场，有些型式还能在工作距离或镜筒长度等参数方面达到其特殊要求。
因此，基于对已有结构型式基本特征的全面了解，有可能挑选到符合要求的型式。
但应注意到，随着对镜头要求的不断提高，设计者还应不断探求和研究新的更佳结构。
镜头初始参数的获得一般采用二种方法，一是根据初级像差理论求解满足初级像差要求的解，另一种方法是在已有的设计成果中选取性能参数相当的结果作为初始参数。
像差的平衡是一项通过反复修改结构参数以逐步逼近最佳结果的工作，这在过去以人工计算光路时，工作量是很大的。
计算机应用于光学设计后，先是取代了繁重的光路计算，随后又用于像差自动平衡，才根本上改变了光学设计的面貌。
应用像差自动平衡方法，能充分挖掘出系统各个结构参数对像差校正的潜力，不仅极大地加快了设计进程，而且显著提高了设计质量。
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。
光学设计实验报告收获(3篇)
第1篇一、实验背景光学设计是光学工程领域中一个非常重要的分支，其目的是通过对光学元件和光学系统的设计，实现对光信息的有效控制和利用。
随着科技的发展，光学设计在各个领域都得到了广泛的应用，如航空航天、光学仪器、光纤通信等。
为了更好地掌握光学设计的基本原理和方法，我们进行了光学设计实验。
二、实验目的1. 理解光学设计的基本原理和方法；2. 掌握光学设计软件的使用；3. 提高实验操作能力和创新意识；4. 培养团队协作精神。
三、实验内容及方法1. 光学元件设计：通过实验，了解光学元件的基本参数，如焦距、折射率等，并运用光学设计软件进行光学元件的设计。
2. 光学系统设计：运用光学设计软件，根据实验要求设计光学系统，如透镜组、反射镜等，并优化系统性能。
3. 光学系统测试：对设计的光学系统进行测试，验证其性能是否符合预期。
4. 实验报告撰写：对实验过程、实验结果进行分析，总结实验收获。
四、实验收获1. 理论知识收获通过本次实验，我们对光学设计的基本原理有了更深入的了解。
我们学习了光学元件的参数计算、光学系统的设计方法以及光学系统的性能评价。
这些知识为我们今后从事光学设计工作奠定了坚实的基础。
2. 实践能力收获在实验过程中，我们学会了如何使用光学设计软件，如Zemax、TracePro等。
通过实际操作，我们掌握了光学设计的基本步骤，提高了自己的实践能力。
3. 团队协作收获本次实验分为小组合作进行，每个小组成员负责不同的实验环节。
在实验过程中，我们学会了如何与团队成员沟通、协作，共同完成实验任务。
这有助于提高我们的团队协作能力和沟通能力。
4. 创新意识收获在实验过程中，我们不断尝试不同的设计方法，寻求最优方案。
这使我们培养了创新意识，学会了在遇到问题时，从多角度思考，寻求解决方案。
5. 实验报告撰写收获在撰写实验报告的过程中，我们学会了如何整理实验数据、分析实验结果，并用文字表达自己的观点。
这有助于提高我们的写作能力和逻辑思维能力。
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。
光学设计第04章光学材料
第四章 光学材料光学材料包含光学玻璃、工程塑料、天然晶体、人工晶体，以及若干种金属，如锆、 银、金、镍、锗、铍及其若干金属和非金属氧化物。
作为光学材料，必须满足一些基本要求，如要具有良好的机械性能和化学稳定性，可 加工性，具有均匀的折射率分布等。
用作镜头的光学材料，最重要的性能是折射率和透过率，这两个物理量都随波长变化， 是波长的函数。
折射率随波长的变化称为色散。
影响光学材料透过率的主要因素有界面的反射损失和材料的吸收损失。
对反射用的光学材料而言，反射率是最重要的指标。
光学镀膜是在光学元件（透镜、棱镜、反射镜等）表面镀上单层或多层金属或非金属 薄膜以改善光学性能，例如：增透膜，反射膜，半反半透膜，以及其它特殊用途的膜层。
§ 1•透射光学材料的特性光能的反射和吸收损失根据菲涅尔公式，光由普通介质材料表面反射的系数为:2 /2 / -■1 sin (I -1 ) tan (I - I ) —| 2/~ 2 /~ 2 sin (I +1) tan (I +1 )式中I 和I /是入射角和折射角。
当光垂直入射时:式中：n 和n /透镜表面前后介质的折射率。
对于透镜来说，表面的反射是一种光能损失。
对于由k 个表面组成的光学系统， 不计材料的吸收损失时，其透过率为：kk「= （1「R ） 匕在光学系统中，胶合面两边介质的折射率差通常小于 0.3，因此，反射损失通常小于 0.5%，可以忽略不计。
光经过光学材料时，光能量难免不被吸收，光经过厚度为 xmm 的光学材料，如果只计吸收，其透过率为K 二t 2x=e 3式中：a 为材料的吸收系数如果把光学材料表面的反射损失和材料内部的吸收损失均考虑在内， 则光学系统的透过率是其表面透过率和材料内部透过率的乘积：T 二「K■t 2^t 1k e "x上面只是适用于各反射面的反射率相同的情况。
对于空气中的单透镜来说，两个反射面/(n 2—n)(n /n)（折射面）的反射率以及透过率不同，则透过率为T 1T 2KT- 21 — K R 1 R 2如果忽略材料的内部吸收（K =1 ）,则单透镜:康拉第（Conrady ）公式:.b cn，=a•'3.5平均折射率和平均色散之间的关系为:折射率光学材料的折射率是光学材料的另 一个重要的指标参数，它是波长的函数, 如图4 — 1所示。
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 。
译著《光机系统设计(原英文第四版)》出版
ZHANG Z, DERICHE R, FAUGERAS O, et al. A robust technique for matching two uncalibrated images throughthe recovery of the unknown epipolar geometry [J ]. Artifi-cial intelligence ，1995，78（1-2）：87-119.［35］YUAN Y, TAN P J, LI Y B. Dynamic structural response［36］of laminated glass panels to blast loading [J ]. CompositeStructures ，2017，182：579-589.WEI J, DHARANI L R. Fracture mechanics of laminated glass subjected to blast loading [J ]. Theoretical and Ap-plied Fracture Mechanics ，2005，44（2）：157-167.［37］书讯：译著《光机系统设计(原英文第四版)》出版《光机系统设计(原英文第四版)》由世界著名光学技术大师Paul R. Yoder ，Jr 撰写，周海宪、程云芳等翻译，由机械工业出版社出版发行。
该书与时俱进，反映了当代光学领域的最新技术成果，是目前国际上畅销的光学专业书，国际上非常受欢迎。
这也是Paul 先生的绝版之作。
全书分卷Ⅰ和卷Ⅱ两卷，共19章，1 100页，170万字。
该书与之前周海宪先生翻译出版的《现代光学工程》、《光学系统设计》、《塑料光学手册》、《光学材料手册》和《光学制造技术》等著作集成一套光学基础理论丛书，非常适合于光学领域的设计工程师，本科生，研究生和教师作为参考书。
· 1206 ·应 用 光 学第 41 卷 第 6 期。
光学设计
光学系统对单色光成像时产生5种单色相差：球差、彗差、像散、像面弯曲及畸变。
球差：轴上点发出的同心光束经光学系统各个球面折射以后，不再是同心光束，其中与光轴成不同角度（或离光轴不同高度）的光线交光轴于不同的位置上，相对于理想像点有不同的偏离，这种偏离称为球差。
以δL′表示。
光学系统的球差：由系统各个折射面产生的球差传递到系统的像空间后相加而得的，故系统的球差可以表示成系统每个面对球差的贡献之和，即所谓的球差分布式。
彗差：由于不对称性像差的存在，使得近轴点的成像光束与高斯面相截而成一彗星状的弥散斑（对称于子午平面），这种不对称像差为彗差。
KT称为子午彗差，用符号Kt′表示，KS称之为弧失彗差。
用Ks′表示之。
彗差是对一对光线而言的。
彗差与正弦差的区别：两者没有本质的区别，二者均表示轴外物点宽光束经光学系统成像后失对称的情况，区别在于正弦差仅适用于具有小视场的光学系统，而彗差可用于任何视场的光学系统。
然而，用正弦差表示轴外物点宽光束经系统后的失对称情况，可不必计算相对主光线对称入射的上、下光线，在计算球差的基础上，只需计算第二近轴光线即可，而彗差则不同，必须对每一视场计算相对主光线对称入射的上、下光线。
像散：在整个失对称的光束中，子午面上的子午光束，弧失面上的弧失光束，虽然因为很细而能各自会聚一点于主光线上，但子午细光束的会聚点T′比弧失光束的会聚点S′并不重合在一起。
前者子午像点T′比弧失像点S′离开系统最后一面近；后者则相反，与这种现象相应的像差称为像散。
像散时描述子午光束和弧失光束会聚点之间的位置差异的，所以都是对细光束而言的，属于细光束像差。
像面弯曲：两像面偏离于高斯像面的距离称为像面弯曲（也称之为场曲）。
子午像面的偏离量称为子午场曲，弧失像面的偏离量称为弧失场曲分别以Xt′、Xs′表示。
畸变：一对共轭物象平面上的放大率不为常数时，将使像相对于物失去了相似性，这种使像变形的缺陷称为畸变。
色差：白光经光学系统第一个表面折射以后，各种色光就被分开了，随后就在光学系统内以各自的光路传播，造成了各种色光之间城乡位置和大小的差异，这种差异称之为色差。
光学系统设计教材
光学系统设计教材全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：光学系统设计是光学工程师必备的基本技能之一，它涉及到光学元件的选择、定位和优化，以及系统整体性能的分析和调整。
一本全面的光学系统设计教材，不仅应该包含基本的理论知识，还应该结合实际工程案例，帮助学生理解光学系统设计的实际应用和挑战。
在这篇文章中，我们将介绍一些重要的教材内容和案例，帮助读者更好地了解光学系统设计的重要性和复杂性。
第一章：光学系统设计概述在第一章中，读者将了解光学系统设计的基本概念和流程。
本章将介绍光学系统设计的基本原理，讨论光学系统设计中常用的方法和工具，以及光学元件的基本特性和参数。
读者将了解光学系统设计的基本流程，包括需求分析、布局设计、元件选择和优化等。
第二章：光学元件的选择与优化在第二章中，读者将学习如何选择和优化光学元件，包括透镜、反射镜、棱镜等。
本章将介绍光学元件的基本特性和参数，讨论如何选择最合适的光学元件，并通过实例演示如何优化元件的位置和性能。
第三章：光学系统的误差分析与校正在第三章中，读者将学习如何分析光学系统的误差和校正方法。
本章将介绍光学系统中常见的误差来源，包括畸变、色差、像散等，讨论如何通过校正方法来提高系统的性能和精度。
第四章：实际案例分析在第四章中，读者将学习如何应用所学知识解决实际工程问题。
本章将介绍一些实际光学系统设计案例，包括激光器系统、成像系统等，通过案例分析展示光学系统设计的实际应用和挑战。
总结：第二篇示例：光学系统设计教材是光学工程领域的重要教材之一，它涵盖了光学系统设计的基本原理、方法和技术。
光学系统设计是一门独特的学科，它涉及了光学元件的选择、排列和调整，以及光学系统性能的评估和优化。
光学系统设计教材的内容丰富多样，包括光学元件的特性和参数、光学系统的结构和设计方法、光学系统的光学性能分析和优化等。
一、光学元件的特性和参数光学系统设计教材首先介绍了光学元件的基本特性和参数，包括折射率、焦距、孔径、变形等。
光学系统设计
光学系统设计过程介绍关键词：光学系统设计光学传递函数象差所谓光学系统设计就是根据使用条件，来决定满足使用要求的各种数据，即决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。
因此我们可以把光学设计过程分为4 个阶段：外形尺寸计算、初始结构计算、象差校正和平衡以及象质评价。
一、外形尺寸计算在这个阶段里要设计拟定出光学系统原理图，确定基本光学特性，使满足给定的技术要求，即确定放大倍率或焦距、线视场或角视视场、数值孔径或相对孔径、共轭距、后工作距离光阑位置和外形尺寸等。
因此，常把这个阶段称为外形尺寸计算。
一般都按理想光学系统的理论和计算公式进行外形尺寸计算。
在计算时一定要考虑机械结构和电气系统，以防止在机构结构上无法实现。
每项性能的确定一定要合理，过高要求会使设计结果复杂造成浪费，过低要求会使设计不符合要求，因此这一步骤慎重行事。
二、初始结构的计算和选择、初始结构的确定常用以下两种方法：1．根据初级象差理论求解初始结构这种求解初始结构的方法就是根据外形尺寸计算得到的基本特性，利用初级象差理论来求解满足成象质量要求的初始结构。
2．从已有的资料中选择初始结构这是一种比较实用又容易获得成功的方法。
因此它被很多光学设计者广泛采用。
但其要求设计者对光学理论有深刻了解，并有丰富的设计经验，只有这样才能从类型繁多的结构中挑选出简单而又合乎要求的初始结构。
初始结构的选择是透镜设计的基础，选型是否合适关系到以后的设计是否成功。
一个不好的初始结构，再好的自动设计程序和有经验的设计者也无法使设计获得成功。
三、象差校正和平衡初始结构选好后，要在计算机上用光学计算程序进行光路计算，算出全部象差及各种象差曲线。
从象差数据分析就可以找出主要是哪些象差影响光学系统的成象质量，从而找出改进的办法，开始进行象差校正。
象差分析及平衡是一个反复进行的过程，直到满足成象质量要求为止。
四、象质评价光学系统的成象质量与象差的大小有关，光学设计的目的就是要对光学系统的象差给予校正。
信息光学考卷及答案
信息光学考卷及答案一、选择题（每题1分，共5分）1. 下列哪种现象属于光的衍射现象？A. 光的折射B. 光的干涉C. 光的散射D. 光的衍射A. 全反射B. 折射C. 衍射D. 干涉3. 下列哪种元件在光纤通信系统中起到放大信号的作用？A. 光发射器B. 光接收器C. 光衰减器D. 光放大器4. 光学系统中的分辨率与下列哪个因素有关？A. 光波长B. 焦距C. 口径5. 在全息摄影中，下列哪个元件用于记录光强和相位信息？A. 激光器B. 全息胶片C. 光阑D. 透镜二、判断题（每题1分，共5分）1. 光的干涉现象是由于光波相遇时产生的相位差引起的。
（√）2. 光的衍射现象说明光具有波动性。
（√）3. 光纤通信系统中，光发射器和光接收器必须使用相同波长的光源。
（×）4. 全息摄影可以实现对三维物体的立体显示。
（√）5. 光学系统中的像差可以通过使用透镜组合来消除。
（×）三、填空题（每题1分，共5分）1. 光的波长越长，其在介质中的折射率越______。
（小）2. 光纤通信系统中，常用的光源是______。
（激光器）3. 光的干涉现象中，两束相干光的相位差为______时，出现亮条纹。
（整数倍波长）4. 全息摄影的基本原理是利用光的______和______。
（干涉、衍射）5. 光学系统中的像差主要包括______和______。
（球差、彗差）四、简答题（每题2分，共10分）1. 简述光的干涉现象及其应用。
2. 光的衍射现象有哪些特点？3. 光纤通信系统中，为什么需要使用光放大器？4. 全息摄影的步骤有哪些？5. 简述光学系统中的像差及其校正方法。
五、应用题（每题2分，共10分）1. 一束光通过狭缝后，在屏幕上形成衍射图样。
已知光波长为500nm，狭缝宽度为0.01mm，求第一暗条纹的位置。
2. 一光纤通信系统，光源波长为1300nm，光纤长度为10km，求信号在光纤中传播的时间。
光学设计第04章 光学材料
第四章 光学材料光学材料包含光学玻璃、工程塑料、天然晶体、人工晶体，以及若干种金属，如锆、银、金、镍、锗、铍及其若干金属和非金属氧化物。
作为光学材料，必须满足一些基本要求，如要具有良好的机械性能和化学稳定性，可加工性，具有均匀的折射率分布等。
用作镜头的光学材料，最重要的性能是折射率和透过率，这两个物理量都随波长变化，是波长的函数。
折射率随波长的变化称为色散。
影响光学材料透过率的主要因素有界面的反射损失和材料的吸收损失。
对反射用的光学材料而言，反射率是最重要的指标。
光学镀膜是在光学元件（透镜、棱镜、反射镜等）表面镀上单层或多层金属或非金属薄膜以改善光学性能，例如：增透膜，反射膜，半反半透膜，以及其它特殊用途的膜层。
§1.透射光学材料的特性一．光能的反射和吸收损失根据菲涅尔公式，光由普通介质材料表面反射的系数为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-++-=)(tan )(tan )(sin )(sin 21/2/2/2/2I I I I I I I I R 式中I 和/I 是入射角和折射角。
当光垂直入射时：2/2/)()(n n n n R +-=式中：n 和/n 透镜表面前后介质的折射率。
对于透镜来说，表面的反射是一种光能损失。
对于由k 个表面组成的光学系统，不计材料的吸收损失时，其透过率为：kkt R T 11)1(=-=在光学系统中，胶合面两边介质的折射率差通常小于0.3，因此，反射损失通常小于%5.0，可以忽略不计。
光经过光学材料时，光能量难免不被吸收，光经过厚度为x mm 的光学材料，如果只计吸收，其透过率为axxet K -==2式中：a 为材料的吸收系数如果把光学材料表面的反射损失和材料内部的吸收损失均考虑在内，则光学系统的透过率是其表面透过率和材料内部透过率的乘积：axk xket t t K T T -⋅=⋅==1211上面只是适用于各反射面的反射率相同的情况。
对于空气中的单透镜来说，两个反射面（折射面）的反射率以及透过率不同，则透过率为212211R R K K T T T -=如果忽略材料的内部吸收（1=K ），则单透镜： 21211R R T T T -=二． 折射率光学材料的折射率是光学材料的另一个重要的指标参数，它是波长的函数，如图4－1所示。
光学专业毕业设计题目
光学专业毕业设计题目光学专业毕业设计题目光学是一门研究光的传播、产生、检测和控制的科学，广泛应用于光学器件、光学仪器、光学信息处理等领域。
在光学专业的学习中，毕业设计是一个重要的环节，旨在培养学生的科研能力和实践能力。
本文将探讨光学专业毕业设计的题目，为光学专业的学生提供一些参考和思路。
一、光学系统设计光学系统设计是光学专业毕业设计的核心内容之一。
在这个方向上，学生可以选择不同的光学器件和光学系统进行设计和优化。
例如，可以设计一个光学显微镜系统，通过优化物镜、目镜、光源等参数，提高显微镜的分辨率和成像质量。
另外，还可以设计一个光学传感器系统，用于测量光的强度、波长、相位等参数。
通过光学系统设计，学生可以深入了解光学器件的原理和性能，提高光学系统的设计和优化能力。
二、光学材料与光学器件的研究光学材料与光学器件是光学专业的重要研究方向之一。
在这个方向上，学生可以选择不同的光学材料和光学器件进行研究。
例如，可以研究新型的光学材料，如光子晶体材料、光学陶瓷材料等，探索其在光学器件中的应用。
另外，还可以研究新型的光学器件，如光学波导器件、光学调制器件等，提高其性能和应用范围。
通过光学材料与光学器件的研究，学生可以深入了解光学器件的工作原理和性能，提高光学器件的设计和制备能力。
三、光学成像与图像处理光学成像与图像处理是光学专业的另一个重要研究方向。
在这个方向上，学生可以选择不同的光学成像方法和图像处理算法进行研究。
例如，可以研究基于光学干涉的三维成像方法，提高成像的分辨率和深度信息。
另外，还可以研究基于光学相干断层扫描（OCT）的眼底成像方法，用于眼科疾病的诊断和监测。
通过光学成像与图像处理的研究，学生可以深入了解光学成像的原理和技术，提高图像处理的算法和应用能力。
四、光学信息处理与光学通信光学信息处理与光学通信是光学专业的另一个重要研究方向。
在这个方向上，学生可以选择不同的光学信息处理方法和光学通信技术进行研究。
光学系统的设计与优化
光学系统的设计与优化光学系统是指由多个光学元件组成的光学设备，包括透镜、棱镜、平板玻璃等，用于实现对光的加工、转换和控制，是现代光学系统中不可或缺的组成部分。
一、光学系统的设计光学系统的设计是指根据应用需求和光学原理，确定光学元件的类型、数量和相对位置，以达到所需的光学效果。
光学系统设计的关键在于需要充分的理解光学元件的性质和行为，以及熟练使用光学设计软件进行模拟和优化。
在光学系统的设计中，常用的光学设计软件包括Zemax、CodeV等，这些软件通过输入光学设计参数和优化要求，输出最佳的光学元件组合。
设计时需要考虑到光学元件的质量、形状、表面状况等因素，以及对光学系统的稳定性和可靠性进行评估。
二、光学系统的优化光学系统的优化是指在设计完成后，对系统进行细节调整和性能提升，以达到更好的光学效果。
光学系统的优化包括元件的位置、角度和曲率等参数的微调，以及系统的光瞳位置、孔径比、场曲率等参数的优化。
在进行光学系统的优化中，常用的方式包括制备新的光学元件、对光学元件进行加工处理、改变光学元件的位置和角度等。
同时，还可以通过使用光源的不同波长和光强，来实现对光学系统的优化。
三、应用案例在实际应用中，光学系统设计和优化的应用非常广泛。
例如，光学望远镜的设计和优化就需要充分考虑到光学元件的质量、镜面形状等因素，以及对光学系统的稳定性和可靠性的要求。
类似地，激光切割机、激光打标机等光学设备的设计和优化也是必不可少的环节。
以光学显微镜为例，其光学系统的设计和优化是实现高分辨率、高清晰度成像的关键。
在显微镜的设计中，需要考虑到光路长度、聚焦距离、图像对比度等因素，并通过优化光学元件的位置和角度等参数，来提升系统的成像质量。
四、总结在现代光学技术中，光学系统的设计和优化是实现各种光学设备的关键。
通过充分了解光学元件的性质和行为，并精通光学设计软件的使用，可以实现对光学系统的精准设计和优化。
随着光学技术的不断发展，光学系统的设计和优化也将不断推进，为人类社会带来更多的科技进步和生活便利。
- 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)。
光学系统设计(四)
一、单项选择题（本大题共 20小题。
每小题 1 分，共 20 分）
在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1．假定物体AB 在有限距离处，且AB=-y ，当孔径光阑在单个薄正透镜的右侧时，产生倍率色差的符号为 ( )。
A.大于零 B .小于零 C.等于零 D.无法判断
2．ZEMAX 软件的传递函数曲线中，不同颜色的曲线表示不同的 ( )。
A.波长 B .视场 C.孔径 D.像面位置
3．一个仅有像散的光学系统，小“⊕”形图案置于光轴上，则在该物的子午像面，外圆轮廓成像 ( )。
A.模糊
B. 与十字叉线成像情况一样
C. 清晰
D.无法判断
4．轴外物点通过有像散的光学系统成像时，在该像点的子午像面，形成的焦线 ( ) 。
A.在子午面内
B.在弧矢面内
C.以锐角倾斜于子午面
D. 无法判断
5．人眼的视网膜呈现一定程度的弯曲，可以补偿一定的 ( )。
A.球差
B.子午彗差
C.场曲
D.畸变
6．一普通正透镜，对边缘光校正了球差，为使波像差最小化，应离焦的方向是 ( )。
A.沿轴向左
B. 沿轴向右
C. 垂轴向上
D. 垂轴向下
7．介质材料ZF2的阿贝常数为32.17，6727.1n =，则=-C F n n ( )。
A. 0.902
B. 0.0902
C. 0.0209
D. 0.209
8．在球差曲线图中，如果F 光、C 光、D 光曲线相交于0.707带，说明该物镜 ( )。
A.为无球差物镜
B.为消色差物镜
C.为复消色物镜
D.为无场曲物镜
9．在ZEMAX 软件中进行望远物镜镜设计，输入孔径数据时，应选择 ( )。
A. Object Space NA
B. Entrance Pupil Diameter
C. Object Cone Angle
D. Angle （Deg ）
10．在ZEMAX 软件中表示自动优化的是下列的哪个缩写图标 ( )。
A.Fie
B.Opt
C.Spt
D.Mtf
11．对于小像差光学系统，正弦差允限为 ( )。
A. 25.0C S ±≤'
B. 00025.0C S ±≤'
C. 025.0C S ±≤'
D.0025.0C S ±≤'
12．球差曲线与坐标轴所围面积（考虑正负）越小，则 ( )。
A.波像差越大
B.波像差越小
C.与波像差大小无关
D.无法判断
13．在显微镜的应用中，盖波片产生的像差，下列选项论述正确的是 ( )。
A. 不产生任何像差
B. 仅产生球差和彗差
C. 除场曲外其它像差均存在
D. 仅产生场曲，无其它像差
14．鱼眼透镜一般视场角都比较大，但所成的像存在严重的 ( )。
A.场曲
B.畸变
C.球差
D. 色差
15．双高斯物镜是一种对称式物镜结构形式，其光阑前透镜形式为 ( )。
A.两片单透镜
B.两片双胶合
C.一片单透镜+一个双胶合
D.一个双胶合+一个单透镜
16．光阑与相接触的薄透镜重合时，能够自动校正 ( )。
A.畸变
B.场曲
C.球差
D.二级光谱
17．在子午像差特性曲线中，坐标中心为z B '，如0B '位于该点左侧，则畸变值为 ( )。
A.正值
B.负值
C.零
D.无法判断
18．厚透镜之所以在校正场曲方面有着较为重要的应用，是因为 ( )。
A.通过改变厚度保持场曲为零
B.通过两面曲率调节保持光焦度不变
C.通过改变厚度保持光焦度不变
D.通过两面曲率调节保持场曲为0
19．正畸变又称 ( )。
A.桶形畸变
B.锥形畸变
C.枕形畸变
D.梯形畸变
20．按照瑞利判断，显微镜的分辨率公式为 ( )。
A.NA 5.0λσ= B. NA 61.0λσ= C.D 014'
'=ϕ D. D 012'
'=ϕ
二、填空题（本大题11小题。
每空1分，共20 分）
请在每小题的空格中填上正确答案。
错填、不填均无分。
21.当孔径光阑设置在球面反射镜的球心时，七种几何像差中可以自动消除的是 、 和 。
22. 仅具有初级球差的光束结构是 形的，仅具有初级彗差时的光束结构是 状的。
23.球差用赛得和数表达的形式是 。
24.细光束的子午场曲与细光束弧矢场曲的差称为 。
25.初级色差分为 和 两种。
26.若某像差与光阑的位置有关，则表明该像差与 有关，若某像差与光阑的大小有关则表明该像差与 有关。
27.已知物距20m m L -=，正透镜厚度5163.1n ,2mm d ==，设物体位于第一面球心，则齐明透镜的两个半径分别为=1r ，=2r ，像距='L 。
28.厚透镜的光焦度公式为 。
29.不晕透镜又称 ，是利用透镜的无 点制成的。
30.通常情况下，应在光学系统的 带校正球差，在 带校正位置色差。
31.对于小视场大孔径光学系统，应主要考虑球差、正弦差和 。
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：
33．赛得和数：
34．出瞳距：
35. 像差容限：
36．复消色物镜：
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？
38．完全对称式系统，当⨯
-=1β时，垂轴像差与沿轴像差有何特性？
39．球面反射镜的焦距与半径有何关系？平行光入射时的球差值是多少？
40. ZEMAX 优化函数中操作数EFFL 代表什么意义？它是什么的缩写？
41. 单个折射球面的无球差（不晕）点有哪些？其位置如何？
42. 密接双薄透镜系统，光焦度ϕ已知，若要消位置色差，试确定其光焦度分配？
五、综合应用题（本大题共 2 小题。
每小题10 分，共20分）
43.一双胶合望远物镜，其正负透镜采用的玻璃分别为K9（=d n 1.5163，64.1）和ZF2（=d n 1.6727，32.25）。
通过对各色光的光线追迹，得到有关数据如下表所示：试根据以下表格，求解：
1）色球差'FC L δ=？
2）二级光谱'FC D L ∆=？
44. 一双分离薄透镜系统，其主光线与高斯像面交点的高度为9.82mm，相对畸变值为3%，试求理想像高。