光学设计实例——显微镜物镜、双高斯照相物镜共22页
ZEMAX光学设计-双高斯照相物镜设计
双高斯照相物镜设计
：杜晔
学号：124090409
1.2ω=30度
2.工作波段：F光，D光，C光
3.入瞳直径：8mm
4.FFF MTF：100lp/mm时的MTF值不应小于0.5
系统具体参数：
1.Lens Data Editor
2.系统二维图
3.系统三维图
4.点列图
1）当ω=15度时，系统的慧差较大。
2）虽然系统的慧差较大，但系统的弥散斑半径很小。
3）系统的弥散斑半径较小，该系统符合设计要求
5.MTF曲线
1）当所有视场在100lp/mm处时，MTF曲线>0.5。
符合系统设计要求。
2）图中黑色的线为衍射极限，图中其他曲线的走势和衍射极限的走势基本相同，系统较为优秀。
3）S曲线（弧矢曲线）与T曲线（子午曲线）基本重合，说明镜头的像散比较小。
4）图中曲线非常平直，说明边缘与中间一致非常好。
6.Ray Fan（光线扇面）
7.OPD Fan(光程差扇形图)
8.Field Curv/Dist（场曲）
9.FFT PSF（点扩散函数）
10.Diffraction Encircled Energy（包围圆能量曲线）
在上图中，曲线较为陡直，且拐弯点较高，说明该系统较好。
双高斯系统
实例5：双高斯物镜(结构要求的推导)像质要求估算：以离开10英寸（254mm）远的距离、观察8英寸×10英寸（即203.2mm×254mm）打印纸、估算最小可分辨的弥散斑为例。
离开10英寸距离，眼睛的最小分辨角为1弧分=0.0003rad，则弥散斑直径=0.003英寸；底片尺寸（36mm×24mm）是打印纸的1/7.06倍, 则底片上成像弥散斑直径为0.003/7.06=0.00042英寸=0.0107mm；对于一个真正的照相系统，通常对MTF有更复杂的技术要求。
双高斯物镜双高斯物镜是一个对称型结构，借以校正垂轴像差——彗差、畸变和垂轴色差，因此其每一半应能校正轴向像差——球差、像散、场曲和轴向色差；保持其对称性很重要。
为校正场曲，必须有两个正负光焦度且分离的薄透镜组，最简单的就是弯月厚透镜；高斯结构的特点是凸面靠外，这有利于其提高相对孔径，但它不能校正球差和轴向色差，为此把弯月厚透镜变成双胶合透镜，但双胶合透镜内的光焦度分配主要考虑的是校正场曲，轴向色差可能得不到很好校正，为此又加了一个分离的正透镜，它也分担了双胶合正透镜的一部分光焦度。
用正负光焦度分配校正场曲；有了正负光焦度的透镜，选择折射率并弯曲透镜，可使球差校正，选择色散可以使轴向色差校正。
光阑的恰当位置可以使像散校正。
双高斯物镜一般用到1:2.8，±20°，为增大孔径或视场或提高成像质量，形成大量的各种复杂化的专利，下面将Fischer提供的USP217252(1938)作为优化的例子，如所附，实例提供的初始结构存在很大像差，为1㎜量级，最后的结果剩余像差在20μm量级，并涉及大致的过程（数年内多次的略有不同的历程）。
下面的做法略有不同1，只用d线（先校单色像差，不校正色差），在solve r11，保持Marginal ray angle = -0.25，以保持焦距不变及d11由Marginal ray height=0的条件下，用Default merit function，可以使用MF由初始的24.9—>1.0。
Zemax光学设计实例汇总
函数结果，v: 变量； 为了使残余结果的平方和最小，对每个变量联立方程求解； 重复上述过程直至实现最优化。
光学设计人员的任务
1. 获得并考虑技术要求 2. 选择具有代表性的切入点
RMS RMS
Ray aberration Optical Path
RMS vs Field
Analysis
畸变和像散cellaneous
或
Fcd
Seidel 像差系数
Analysis
Calculations
或
Sei
MTF
Analysis
MTF
或
Mtf
PSF
Analysis
误，使光路与预期完全不符，等。
2D Lay out
Analysis
Lay out
Lay
或即按Button L3d
or 3D Lay out Element drawing
（零件图）
几何像差与波像差：
Analysis
Ele Fan
或即按Button
各个视场的波像差均方值 Analysis 或
Ray Opd
• 修改Radius，由fix改为Variable(优化过程中作为变量)，或由Solve给出；
• 修改最后一面到像面的Thickness由fix改为Marginal Ray Height, Pupil zone 0.7 为0。
所选玻璃表是在 Gen
Glass catalogs
内选定，可同时
挑多个表
PSF
或
Psf
双高斯物镜的设计
前言双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。
双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1所示。
图 1 双高斯物镜由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。
设计这种类型的系统时，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校正。
在双高斯物镜中依靠厚透镜的结构变化可以校正场曲ⅣS ，利用薄透镜的弯曲可以校正球差ⅠS ，改变两块厚透镜之间的距离可以校正像散ⅢS ，在厚透镜中引入一个胶合面可以校正色差ⅠC 。
双高斯物镜的半部系统可以看作是由厚透镜演变而来，一块校正了匹兹万场曲的厚透镜是弯月形的，两个球面的半径相等。
在厚透镜的背后加上一块正、负透镜组成的无光焦度薄透镜组，对整个光焦度的分配和像差分布没有明显的影响，然后把靠近厚透镜的负透镜分离出来，且与厚透镜合为一体，这样就组成了一个两球面半径不等的厚透镜和一个正光焦度的薄透镜的双高斯物镜半部系统。
二、用初级像差理论确定初始结构1、半部系统的规划半部系统如图2所示，计算时把焦距规化为1，同时取规化条件。
，，101111==-=h u u z2、以厚透镜校正ⅣS考虑到对高级像散的平衡，取07.0-=ⅣS 。
按相对孔径需要选15.0=d 。
玻璃可取BaF7和ZK8的组合。
由式子()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-==-=--b d nS n a n nS n c c c c c c 12212111ⅣⅣρρρρ可得 549.5729.5766026.31184006.021-=-==-=c c b a ρρ，，3、加无光焦度双薄透镜校正ⅠS取3.1=-==b a ψψψ（实践表明取值在1.2到1.5之间为好）。
（1） 求c S u Ⅰ、2。
()()()()[]52.17311719.212222322121=---+=-=-=-u u n du u n S nr n u n cⅠ（2） 求个面曲率半径由式子⎪⎩⎪⎨⎧--==11221n b b b c b ψρρρρ，⎩⎨⎧==a a a a a a ψρρψρρ2211及式子⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧====241322111111a a b c r r r r ρρρρ可求得半部系统焦距规化为1时各面的曲率半径分别为：4143.03721.32917.01745.04321-=-=-=-=r r r r 4、求校正ⅢS 的孔径光阑位置根据校正ⅢS 的要求，有∑=++=0c ⅢⅢⅢⅢS S S S b a令A l h z z =-=11，则()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=--=++=+=n d A h h n u i di nh A i i A i z z c z 222222221111111ρ 由以上各式可得 0869.0=-=z l A从上述计算可知，由于透镜c b a 、、合成后球差系数∑=0ⅠS ，所得方程的二次项系数一定为零，也就是说A 只有一个根。
双高斯照相物镜课程设计
双高斯照相物镜课程设计1 设计案例式教学方案案例式教学的着眼点在于学生创造能力以及实际解决问题的能力的培养，而不仅仅是照本宣科，有助于深入了解专业领域知识和提高专业技能。
通过案例式教学，令学生接触到实际工程案例，将书本上抽象的知识转化到具体的案例任务，在实际设计与操作中深化知识理解，同时培养学生的创新意识与自主学习意识。
由于这种形式的教学需要较强的信息收集能力与自学能力，因此非常适合研究生。
将案例式教学结合到《现代光学设计及仪器》课程中，通过教学探索，利用案例式教学的优势，突破传统教学脱离实际的困境，令学生通过这种“做中学”的形式获取知识，从而真正掌握技能，实现更高水平的研究生培养。
2 建设案例教学中，以培养目标为指导，基于课程目标与课程内容，根据本专业学生日后深造与就业的实际情况，参照实际设计任务标准，选取课程教学案例，需建立不同难度层次与不同设计类型的案例库。
为了真正对学生的学习结果进行考查与评价，同时，为了打破任课教师个人知识水平的局限性，本课程中，案例库来源主要有三个途径，第一为文献搜集、专利查询等；第二为历年光电赛的赛题中摘取光学设计部分；第三为向全院教师征集的合作企业需求。
案例的筛选原则为：覆盖课程大纲中的主要知识点，同时考虑案例的典型性、实用性、创新性，案例选择应由易到难，循序渐进。
3 打造混合教学模式由于引入了案例式教学，传统的课上教学时间已不能满足教学需要；同时，为了培养学生的积极性，将教学模式从原来的“课堂教学”延展到“课前—课上—课后”的拓展课堂形式这种拓展课堂的形式能够提高学生主动学习的能力。
教学过程中，主要包括“任务导入”“方案制定”“方案实施”“结果反馈”四个环节。
课前，教师将案例布置给学生，完成“任务导入”，明确项目任务及目标，令学生对设计任务形成直观的认识；学生需要在课前进行信息搜集与资料分析，对案例形成深入理解。
课上，完成“方案制定”，学生对任务目标进行分析，确定完成任务所涉及的各种要素，确定实施方案；同时教师完成指导与答疑，把握方案设计方向。
光学设计实例——显微镜物镜、双高斯照相物镜
底片尺寸（36mm×24mm）是打印纸 的1/7.06倍, 则底片上成像弥散斑直径为 0.003/7.06=0.00042英寸=0.0107mm；
对于一个真正的照相系统，通常对 MTF Nhomakorabea更复杂的技术要求。
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双高斯物镜设计实例
双高斯物镜
双高斯物镜是一个对称型结构，借以校正垂轴像差——彗差、畸变和垂轴色差， 因此其每一半应能校正轴向像差——球差、像散、场曲和轴向色差；保持其对称性很 重要。 为校正场曲，必须有两个正负光焦度且分离的薄透镜组，最简单的就是弯月厚透 镜；高斯结构的特点是凸面靠外，这有利于其提高相对孔径，但它不能校正球差和轴 向色差，为此把弯月厚透镜变成双胶合透镜，但双胶合透镜内的光焦度分配主要考虑 的是校正场曲，轴向色差可能得不到很好校正，为此又加了一个分离的正透镜，它也 分担了双胶合正透镜的一部分光焦度。 用正负光焦度分配校正场曲；有了正负光焦度的透镜，选择折射率并弯曲透镜， 可使球差校正，选择色散可以使轴向色差校正。光阑的恰当位置可以使像散校正。
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双高斯物镜设计实例(Zemax数据8) 双高斯物镜设计实例(Zemax数据8) (Zemax数据
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MTF（47） MTF（47）
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双高斯物镜设计实例(Zemax数据) 双高斯物镜设计实例(Zemax数据) (Zemax数据
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MTF（50） MTF（50）
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双高斯物镜设计实例(原始数据) 双高斯物镜设计实例(原始数据)
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双高斯物镜设计实例(设计结果1) 双高斯物镜设计实例(设计结果1)
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双高斯物镜设计实例(设计结果2) 双高斯物镜设计实例(设计结果2)
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双高斯物镜的设计
双高斯物镜的ZENAX优化设计《光学课程设计》目录一、介绍.................................................................................. - 3 -二、用初级像差理论确定初始结构 ............................................... - 4 -三、用ZEMAX优化................................................................. - 9 -四、结论............................................................................... - 16 -五、心得体会.......................................................................... - 16 -参考文献................................................................................ - 18 -一、介绍双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。
双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1所示。
图 1 双高斯物镜由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。
设计这种类型的系统时，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校正。
在双高斯物镜中依靠厚透镜的结构变化可以校正场曲ⅣS ，利用薄透镜的弯曲可以校正球差ⅠS ，改变两块厚透镜之间的距离可以校正像散ⅢS ，在厚透镜中引入一个胶合面可以校正色差ⅠC 。
双高斯物镜的半部系统可以看作是由厚透镜演变而来，一块校正了匹兹万场曲的厚透镜是弯月形的，两个球面的半径相等。
双高斯物镜
设计要求：焦距50mm，视场角60︒，相对孔径1：2.5
已有双高斯镜头
该系统的焦距为50，视场角为40︒，相对孔径1：2，子午光束渐晕系数：全视场K=0.65, 0.7视场K=0.8
步骤：
入瞳：25，波长：可见光，视场：角度为0，14，20分别对应0，0.7，1视场。
在0.7视场中的VCY输入渐晕压缩因子（1-0.8=0.2），在1视场中的VCY输入渐晕压缩因子（1-0.65=0.35）
第11面的厚度那选择MRH，可看二维图。
第一次优化：
焦距不需要缩放，由于要求的相对孔径为1：2.5，则入瞳改为20.由于要求的视场角与初始系统的视场角相差大，所以需要逐次优化接近设计要求。
第一次．将视场角改为0，17，25度，渐晕因子不变。
确定自变量：10个曲率（光阑除外）加上8个厚度（两个0.1为微小空气间隔除外）
建立评价函数：EFFL=50,另外加入边界条件
权重都为1
优化5次就可。
第二次优化：把角度改为0，21，30度，再优化。
发现MTF不太好，这是固有的问题，所以要换玻璃。
可以把n作为变量，优化。
注意：运算次数最好5次进行，否则跑的太远了。
把n变量去掉后，发现玻璃变了，但是此时的MTF又会有所改变。
双高斯物镜的设计
双高斯物镜的ZENAX优化设计《光学课程设计》目录一、介绍............................................................................................................... - 2 -二、用初级像差理论确定初始结构 ................................................................ - 3 -三、用ZEMAX优化 .......................................................................................... - 10 -四、总结........................................................................................................... - 31 -五、心得体会..................................................................................................... - 31 -参考文献............................................................................................................. - 33 -v1.0 可编辑可修改一、介绍双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。
双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1所示。
图 1 双高斯物镜由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。
Zemax光学设计实例汇总
光学系统结构优化
按Button Opt ，按出dialog box，预定优化次数，即可进行优化，但之前须 规定Merit Function （优化目标函数）及变量。关于变量，将结构数据框作double click，得有关dialog box，就可以将此结构数据作为变量（variable）或改为Fixed 不变。
Load
Reset
Ok
即可，实际上此dialog box 中还有许多选项可改，这也是改变优化过程的方 法之一。
光学系统结构优化
可以按实际情况作其他选择，改变优化过程。 还可以自行构造自己认为更好的Merit Function 或修改当前的Merit Function, 这就要在 Oper# 框内输入适当的“Operand”，在Optimization 这一章内规 定了一批Operand，所用符号如： • First-order ：焦距EFFL，像高PIMH，… • Aberrations：初级球差SPHA，垂轴像差TRAC，… 另外还有各种边界条件Operand。 也可以将MTF值或Encircled energy作为Merit Function，原则上这与实际使 用目标有更直接联系，应更好。但是实际上由于必须用更多时间去算，作为优 化的开始是不可取的。
这里玻璃组合为BK7/SF5，本可取Glass,Model,Vary ，将玻璃作为变数优 化，但得不到真正好的解，不如一一改玻璃，反而容易得到优化的解。
优化实例（2）：优化结果
优化实例（3）
非球面单透镜
f’=60， 1：1， ±1°
用非球面可以准确校正球差，透镜弯曲可校正彗差，形成大孔径小视场光学系 统。
rd 14 35.7 1.5 Bk7 21.5 100
rd 13 1.5 16.7 8.6 Bk7 85
光学设计缩放法练习(三片式双高斯)
第17章三片式照相物镜设计17.1 设计任务本实例参照黄一帆和李林编的《光学设计教程》图书中的案例，并进行了部分内容的修改完善。
设计任务为：系统焦距为9 mm，F#为4，全视场2ω为40º。
要求所有视场在67.5 lp/mm 处MTF>0.3。
17.2 设计过程（1）系统建模为简化设计过程，作者从《光学设计手册》（李世贤，等.北京理工大学出版社.1990）中选取了一个三片式照相物镜作为初始结构，见表17-1所示。
根据建模的步骤，首先是系统特性参数输入过程。
点击按钮，在“General”系统通用数据对话框中设置孔径和玻璃库。
Type：）中选择“Image Space F#”，并根据设计要求在“Aperture Value：”输入“4”；在玻璃库（Glass Catalogs）里输入“CHINA”，以。
点击按钮，打开“Fiel d Data”对话框设置5个视场（0ω,0.3ω，0.5ω，0.7ω和ω。
Wavelength Data”对话框设置“Select→F，d，C[Visibl e]接着在透镜数据编辑器（Lens Data Editor）中输入初始结构，如图17-1所示。
在表17-1中，第7面厚度为透镜组最后一面与像面之间的间距，但是表中并没有列出。
为了将要评价的像面设为系统的焦平面，可以利用ZEMAX的求解（Solve）功能。
该功能用于设定光学系统结构的参数，如Curvature、Thickness、Glass、Semi-Diameter、Conic和Parameter等操作数。
求解（Solve）功能使用方法：用鼠标左键双击（或单击鼠标右键）需要设置“Solve”功能的单元格（即第“7”面所在的行和“Thickness”所在的列交叉的单元格），将弹出标题为“Thickness Solve on Surface 7”的对话框，如图17-2所示。
图17-1 三片式照相物镜初始结构参数图17-2 Thickness Solve on Surface 7对话框根据本系统的设计要求，在图17-2中，对话框“Solve Type”中选择“Marginal Ray Height”，并将“Height：”值输入为“0”，表示将像面设置在了边缘光线聚焦的像方焦平面上。
光学系统外形尺寸设计实例
万能工具显微镜光学系统设计万能工具显微镜用以瞄准工件，属于瞄准定位系统，因此系统的总放大功率由瞄准精度来决定。
设瞄准精度（一次瞄准的最大允许误差）分别为0.5m δμ=、0.8m μ、2m μ 用米字型虚线瞄准被测件轮廓时，眼睛的瞄准精度为20''30''α=将上二式的数值代入式（7—8），可得系统的总放大率Γ为3250210/mmαδΓ=⨯=50⨯或30⨯，12.5⨯（一）物镜、目镜放大率的分配及确定 物镜所观测的工件沿光轴方向有一定深度，为使工作时，镜筒端部与工件不致相碰，要求物镜有较大的工作距离。
例如30Γ=⨯时，要能测量100mm Φ的工件，物镜的工作距离应大于50mm ，为使总的共轭距不致太长，物镜倍率不宜过大。
目镜倍率可以适当取大一些，但也不能太大，以免镜目距太短，或使分划板的粗糙度要求太细而造成加工困难。
目前国内外通用的目镜的放大率为10⨯，因此，在选择目镜时，应首先考虑10⨯目镜。
此例题若选择10⨯目镜，则物镜的倍率分别为5⨯、3⨯、1.25⨯。
这样，物镜倍率也不太高。
1.25⨯物镜常取1⨯物镜。
（二）物镜的数值孔径的确定 物镜的数值孔径可根据式（7—13）确定，即300NA Γ=故三种放大率的物镜对应的数值孔径分别为0.15，0.09，0.03。
（三）物方线视场大小的确定 视场的大小根据使用要求而定，并考虑到校正像差的可能性。
对于3⨯物镜，要求能看到6mm Φ的圆柱、圆孔或螺距为6mm 的螺丝，因此取物方线视场为7mm ，其相应的视场光阑直径（即分划板通光直径）为21mm 。
对于三种不同倍率的物镜，一般采用视场光阑直径是统一的，因此，不同倍率的物线方视场大小不同。
三种倍率的物方线视场见表7—18。
表7—18物镜的工作距离取决于同一工件上下两平面间的高度差或被测工件的最大直径。
对于3⨯物镜，在万工显上要求在使用V 形座时，被测工件的最大直径为100mm Φ，此时，相应的工作距离应大于50mm 。
双高斯物镜的设计知识讲解
双高斯物镜的ZENAX优化设计
《光学课程设计》
一、介绍
双高斯物镜是一种中等视场大孔径的摄影物镜。双高斯物镜是以厚透镜矫正匹兹万场曲的光学结构，半部系统是由一个弯月形的透镜和一个薄透镜组成，如图1所示。
图1双高斯物镜
由于双高斯物镜是一个对称的系统，因此垂轴像差很容易校正。设计这种类型的系统时，只需要考虑球差、色差、场曲、像散的校正。在双高斯物镜中依靠厚透镜的结构变化可以校正场曲 ，利用薄透镜的弯曲可以校正球差 ，改变两块厚透镜之间的距离可以校正像散 ，在厚透镜中引入一个胶合面可以校正色差 。双高斯物镜的半部系统可以看作是由厚透镜演变而来，一块校正了匹兹万场曲的厚透镜是弯月形的，两个球面的半径相等。在厚透镜的背后加上一块正、负透镜组成的无光焦度薄透镜组，对整个光焦度的分配和像差分布没有明显的影响，然后把靠近厚透镜的负透镜分离出来，且与厚透镜合为一体，这样就组成了一个两球面半径不等的厚透镜和一个正光焦度的薄透镜的双高斯物镜半部系统。这个半部系统回来了承受无限远物体的光线时，可用薄透镜的弯曲校正其球差。由于从厚透镜射出的轴上光线近似平行与光轴，因此薄透镜越向后弯曲，越接近与平凸透镜，其上产生的球差及高级量越小。但是，该透镜上的轴外光线的入射状态变坏，随着透镜向后弯曲，轴外光线的入射角增大，于是产生了较大的像散。为了平衡 ，需要把光阑尽量地靠近厚透镜，使光阑进一步偏离厚透镜前表面的球心，用该面上产生的正像散平衡 。于此同时，轴外光线在前表面上的入射角急剧增大，产生的轴外球差及其高级量也在增大，从而引出了球差校正和高级量减小时，像散的高级量和轴外球差增大的后果。相反，若将光阑离开厚透镜，使之趋向厚透镜的前表面球心，则轴外光线的入射状态就能大大的好转，轴外球差很快下降，此时厚透镜前表面产生的正像散减小。为了平衡 ，薄透镜应该向前弯曲，以使球面与光阑同心。这样一来，球差及其高级量就要增加。
光学设计报告——显微镜【精选】
光学课程设计报告姓名：***学号：********学院：仪器科学光电信息工程学院班级：光信2班指导老师：***设计任务要求设计题目：显微镜设计要求：目镜: 放大率19倍物镜：放大率6倍共轭距150mm中间像直径大于6mm课程要求熟悉ZEMAX的基本操作完成《ZEMAX练习内容.docx》内容按照给定参数，设计显微目镜、物镜，并组合。
完成课程设计报告物镜一、物镜系统选择按照参数，从《光学仪器设计手册-显微物镜.doc》中选取编号4-03号物镜。
该结构有如下特征：1、放大率为-5，接近目标值-6。
2、采用对称结构，可以有效降低加工难度和成本。
物镜镜头如图：将该物镜的镜头数据输入到新建LDE表格中。
根据条件，系统物面空间NA设为0.26，便于目镜的选择制作。
视场数据选用如图所示：先把各个面曲率半径设为可变，确定默认优化函数PMAG为6倍后开始优化。
物镜镜头共轭距改为150mm，要进行镜头缩放。
1、优化结果分析镜头结构：物镜数据优化表格：该物镜镜头同时替换了玻璃，进行了锤形优化使镜头SPT图显示更好。
SPT图：通过数据可以看出，优化结果还可以。
我们还可以从多个图分析该镜头的优化程度，接下来呈现多个优化结果。
MTF图：系统信息图：通过该系统信息图可知Image Space NA 是0.04483145，这就是所需匹配目镜的物间空间NA，目镜一、目镜系统选择1、目镜要求：放大率 19物空间NA 0.04483145目镜焦距 13.158mm根据目镜目标参数，选择镜头型号规格如图所示：输入到ZEMAX表格中。
2、优化过程注意PARAXIAL的最后要设为23mm，眼睛镜头到像面（视网膜面）的最适距离。
各曲率半径设为变量，玻璃镜头设为替换(进行自动优化和锤形优化）。
默认目标函数改为EFFL（13.158）。
优化过程中镜头要反转，反复的调节back foal length，使它接近目镜的EFFL.二、目镜优化分析优化后的目镜结构：SPT图：MTF图：组合一、组合状态合并后数据如下：光路结构图如下：调节物像高度使中间像高直径大于6mm二、像质评价组合镜头SPT图：对SPT图数据分析：73*近轴放大率（12.7）/{（30.68/2）^2+[(21.468+19.932+19.239)/3]^2}大约等于37。
光学设计实例双胶合透镜非球面单透镜激光扩束镜共16页
实例4 激光扩束镜的设计
目的 工作波长与检验波长不同时，如何设计补偿光路以完
成系统检验。 方法
1）消色差设计：使光学系统在工作波长与检验波长下的位置重合 优点：最佳选择，但有时不一定能设计出来，或使系统复杂化。
2）加平行平板：在工作波长下完成设计后，在两个镜组之间加入一 块适当厚度的平板，使其在检验波长下的像质优于衍射极限。 优点：结构简单，易操作。 因为平板可以放在任何地方，检验光路的像质与平板距前 后镜组的距离无关。
3）加补偿透镜：在工作波长下完成设计后，在准直（大口径）镜组
外侧加入一块适当结构的透镜，使其在检验波长下的像质优于衍 射极限。
不足：透补偿镜与准直镜组的距离、同心度会影响检验光路的 像质。
4）检验合格后，拿掉补偿镜即达到在工作波长满足要求的光学系统。
11
实例4 激光扩束镜的设计
设计要求
• 扩束倍率：60 • 入射口径：0.5-1mm • 出射口径：30-60mm • 工作波长：1053nm • 检验波长：632.8nm • 像质要求：波像差</8(=1053nm)
光学设计实例双胶—光学设计实例
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优化实例（3）
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优化实例（3）
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优化实例（3）
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主要内容
• 光学设计软件ZEMAX简介 • 优化实例
1-单透镜 2-双胶合透镜 3-非球面单透镜 4-激光扩束镜 5-显微镜物镜 6-双高斯照相物镜
• 公差计算
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结构型式
• 由聚焦镜组+准直镜组构成 • 重点校正准直镜组的像差，因为其口径大 • 主要是球差与小视场彗差 • 准直镜组为双分离结构
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实例4 激光扩束镜的设计
消色差设计结果
双高斯照相物镜设计报告——李金庭2018E8002061006
双⾼斯照相物镜设计报告——李⾦庭2018E8002061006中国科学院⼤学光学设计课程实践报告2019年5⽉16⽇⼀、设计指标：焦距：55mm，⼊瞳直径：24mm，半视场⾓20°r d GlassInf.Inf.305ZK11840.1AIR17.56ZK7573F5129AIR Inf.(光阑)9AIR -143F5Inf.7ZK7-190.1AIR70.35ZK11-5223AIRInf.⼆、运⽤ZEMAX软件设计光学系统1、zemax初始结构输⼊，输⼊结果如图2、结果图初始结构⼆维图光学系统zemax输出报告如下：初始结构的点列图如下：三、运⽤zemax对光学结构进⾏优化优化函数设置如下：优化所得结构图如下：优化后点列图如下：优化后参数如下：System/Prescription DataFile:D:\software\ZEMAX\ZEMAX\Samples\shuanggaosi.ZMX Title:Date:FRI APR122019 GENERAL LENS DATA: Surfaces:12Stop:6系统光圈:⼊瞳直径=24Glass Catalogs:SCHOTT CHINA Ray Aiming:Off 变迹:均衡,统⼀的,因⼦=0.00000E+000有效的焦点长度:99.38513(系统温度和压⼒在空⽓中)有效的焦点长度:99.38513(在像空间)Back Focal Length:54.82155统计轨迹:122.8595图像空间F/#:4.141047离轴⼯作⾯F/#:4.141047⼯作⾯F/#:4.146811Image Space NA:0.1198718物空间NA: 1.2e-009光阑半径:7.737403离轴像⾼:36.17323近轴放⼤率:0⼊瞳直径:24⼊瞳区域:43.33645⼊瞳直径:24.99072⼊瞳直径区域:-103.4877Field Type:Angle in degrees最⼤视场:20主光波长:0.5875618镜头单位:毫⽶⾓度放⼤率:0.9603567Fields:3Field Type:Angle in degrees#X-Value Y-Value Weight10.0000000.0000001.00000020.00000010.0000001.00000030.00000020.0000001.000000Vignetting Factors#VDX VDY VCX VCY VAN10.0000000.0000000.0000000.0000000.00000020.0000000.0000000.0000000.0000000.00000030.0000000.0000000.0000000.0000000.000000 Wavelengths:3Units:祄#Value Weight10.4861331.00000020.5875621.00000030.656273 1.000000所得图像报告：如报告图中所显⽰，经过优化后光学系统的像差得到了较⼤改善，双⾼斯照相物镜设计完毕。