光学设计
光学设计基础知识点汇总
光学设计基础知识点汇总光学设计是光学工程领域中的重要组成部分，它关注光的传播、聚焦和分析等过程，以满足特定的设计需求。
本文将对光学设计的基础知识点进行汇总，旨在帮助读者了解光学设计的基本原理和方法。
一、光的传播与折射在光学设计中，光的传播和折射是非常重要的基础知识点。
光的传播遵循直线传播的原则，即光线在均匀介质中直线传播。
当光线从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
折射现象遵循斯涅尔定律，即入射角、折射角和两种介质的折射率之间存在一定的关系。
二、光的反射和镜面成像反射是光学设计中另一个重要的基础知识点。
根据菲涅尔反射定律，光线在平面镜上发生反射时，入射角等于反射角。
基于反射原理，可对镜面成像进行分析。
当光线平行于主光轴入射到凸透镜或凹透镜上时，可利用薄透镜公式计算成像位置和成像大小。
三、透镜和光的成像透镜是光学设计中常用的元件，它可以实现对光的聚焦和分散作用。
根据透镜的形状，可分为凸透镜和凹透镜。
凸透镜可以使光线向主光轴聚焦，有收敛作用；凹透镜则使光线远离主光轴，具有发散作用。
通过透镜公式，我们可以计算出透镜的焦距、物距、像距和成像大小等参数。
四、光的色散和光谱分析光的色散是指光在不同介质中传播时，不同波长的光线受到的折射程度不同，使得白光分解成不同颜色的现象。
通过光谱分析，我们可以获得物质的特征光谱，进而对物质进行分析和识别。
光学设计中经常利用色散现象实现对光的分析和处理。
五、光学元件的设计与优化在光学设计中，为了满足特定的设计需求，需要设计和优化各种光学元件。
光学设计的目标是通过调整元件的形状、材料和参数等因素，使得光线能够达到预定的聚焦效果或光谱分析要求。
常用的设计方法包括几何光学方法、光线追迹法以及优化算法等。
光学设计是一门复杂而精密的学科，需要深入了解光学基础知识和相应的数学物理知识。
通过对光的传播、折射、反射、成像、色散等方面的研究，可以不断提升光学设计的能力和水平。
同时，结合实际应用需求，有效运用光学元件，可以实现各种光学设备和系统的设计与制造。
光学设计需要的知识点
光学设计需要的知识点光学设计是一门综合性的学科，涉及到光学现象、光学元件的设计和制造等方面的知识。
在进行光学设计时，我们需要掌握以下几个主要的知识点：一、光学基础知识在进行光学设计之前，我们需要了解一些光学基础知识，包括光的本质、光的传播方式、光与物质相互作用的基本原理等。
这些知识将对光学设计的理解和应用起到基础性的支撑作用。
二、光学元件的特性光学元件是光学系统中的基本组成部分，因此我们需要了解各种光学元件的特性和工作原理。
比如，透镜的成像原理、棱镜的色散特性、镜面的反射规律等。
这些知识将帮助我们选择合适的光学元件，并进行光学系统的设计和优化。
三、光学系统的构建光学系统是由多个光学元件组成的，它们之间的位置、形状和参数的选择对于光学系统的性能影响很大。
因此，在光学设计中，我们需要了解光学系统的构建原理和常见的光学布局方式，例如正向布局、倒向布局、成像系统布局等。
同时，还需要熟悉光学系统中各个元件之间的关联性和调节方法。
四、光学设计软件的应用光学设计软件是进行光学设计的重要工具，它可以帮助我们进行光学系统的仿真和优化。
因此，我们需要掌握光学设计软件的基本操作和使用技巧，了解如何利用软件对光学系统进行建模、计算和分析。
五、光学制造和测试技术光学设计的最终目标是实际应用，因此我们还需要了解一些光学制造和测试技术。
比如，光学元件的加工工艺、光学表面的质量检测方法、光学系统的调试和测试等。
这些知识将帮助我们更好地将光学设计转化为实际的光学产品。
光学设计作为一个复杂而又有挑战性的领域，需要掌握的知识点众多。
除了上述提到的知识点外，还有很多相关的知识和技术，如非线性光学、光电子学、光学材料等。
只有不断学习和深入理解这些知识，我们才能在光学设计中取得良好的成果。
总结起来，光学设计需要我们掌握光学基础知识、了解光学元件的特性、掌握光学系统的构建方法、熟悉光学设计软件的应用以及了解光学制造和测试技术。
这些知识点的掌握将对我们进行光学设计和优化提供有力的支持，提高光学系统的性能和质量。
什么是光的光学仪器和光学设计
光学仪器是用于检测、测量和操作光的设备和工具，它们基于光的传播、反射、折射、干涉和衍射等现象来实现特定的功能。
光学设计则是通过优化光学系统的构成和参数，以实现特定的光学性能和功能。
本文将详细介绍光学仪器和光学设计的原理、方法和应用。
一、光学仪器的原理和分类：光学仪器是利用光的传播和相互作用来检测、测量和操作光的设备和工具。
它们基于光的特性和光学元件，如透镜、反射镜、光栅等，实现特定的功能。
常见的光学仪器包括以下几种：1. 显微镜：利用透镜和光学系统来放大和观察微小物体的设备。
它可以通过调整放大倍数和对焦距离来获得高分辨率的图像。
2. 望远镜：利用反射镜或透镜等光学元件来放大远处物体的设备。
它可以通过调整焦距和放大倍数来观察远处天体或景物。
3. 光谱仪：用于测量和分析光的波长和强度分布的设备。
它可以通过光栅、棱镜或干涉仪等光学元件对光进行分散、分光和检测。
4. 干涉仪：利用光的干涉原理来测量物体的形状、厚度或折射率等参数的设备。
常见的干涉仪包括白光干涉仪、迈克尔逊干涉仪和弗罗格干涉仪等。
5. 激光器：产生激光光束的设备。
它利用光的受激辐射和放大过程来产生一束高强度、单色和相干性很好的光。
二、光学设计的原理和方法：光学设计是通过优化光学系统的构成和参数，以实现特定的光学性能和功能。
它基于光的传播和相互作用，利用光学元件和光学系统的特性和参数，以满足特定的设计要求。
常见的光学设计方法包括以下几种：1. 几何光学设计：基于几何光学原理，通过光的传播和物体的几何形状来设计光学系统。
例如，通过选择适当的光学元件和调整其参数，以实现特定的光学成像、放大或聚焦等功能。
2. 光线追迹法：通过追踪光线的传播路径和相互作用，以预测和优化光学系统的性能。
它可以用于设计光学系统的光路、像差校正和光源布局等。
3. 波前传播法：通过模拟光的波前传播和相位变化，以预测和优化光学系统的成像质量和像差。
它可以用于设计光学系统的透镜曲率、光阑尺寸和光学元件的位置等。
光学设计常用知识点归纳
光学设计常用知识点归纳光学设计是光学工程中的重要分支，它涉及到光的传播、折射、反射等现象，并运用这些知识点来设计各种光学系统。
以下是光学设计常用的知识点归纳。
1. 光的基本性质光是一种电磁波，具有粒子和波动性质。
它的主要特性包括光的传播速度、波长、频率和光束的能量等。
光的基本性质对于光学设计起着重要的指导作用。
2. 折射定律折射定律是光学设计中一项重要的基本原理。
它描述了光从一种介质到另一种介质时的折射规律。
根据折射定律，入射光线、折射光线和垂直于界面法线均位于同一平面上，并且入射角与折射角之间满足一定的关系。
3. 反射定律反射定律指出入射角等于反射角，即入射光线和反射光线在反射面上关于法线的角度相等的规律。
反射定律在光学设计中常用于设计反射镜、平面镜等光学元件。
4. 球面折射球面折射是光学设计中经常涉及的一种现象。
当光线从一个介质射向球面时，会产生折射现象。
通过球面折射定律，可以计算出入射光线在球面上的折射角，进而设计合适的球面透镜、球面凸透镜等。
5. 光的色散光的色散是指不同波长的光经过光学介质后发生折射角不同的现象。
这导致光的不同颜色在经过光学系统后会发生色差。
在光学设计中，需要考虑色散对系统性能的影响，并采取相应的补偿措施。
6. 光学成像光学成像是光学设计中的核心内容。
它涉及如何利用光学系统使物体的图像能够清晰地出现在成像平面上。
光学成像涉及到光线的传播路径、透镜的焦距、物体和图像的位置关系等。
7. 光学系统设计光学系统设计是光学设计的一个重要方面。
它要求根据具体需求，结合上述的光学知识点和光学元件的特性，设计出能够满足特定功能需求的光学系统。
在设计过程中需要考虑光线传播、成像质量、系统结构等因素。
总结：光学设计常用的知识点包括光的基本性质、折射定律、反射定律、球面折射、光的色散、光学成像和光学系统设计等。
掌握这些知识点是进行光学设计工作的基础，能够帮助工程师设计出高效、高性能的光学系统。
光学设计的概念
光学设计的概念光学设计是指利用光学原理和技术进行光学元件、光学系统或者光学仪器的设计的过程。
它涉及到光学元件的形状、材料，以及光的传播和控制等方面的内容。
光学设计的目标是通过合理的设计和优化，使得光学元件或者系统能够实现特定的功能或者满足特定的要求。
光学设计的基本原理包括几何光学原理、物理光学原理和波动光学原理。
几何光学原理主要研究光的传播规律，例如折射、反射、光程差等。
物理光学原理则研究光的波动性质，例如干涉、衍射等。
而波动光学原理主要研究光的传播过程中的波动效应，例如像差、散焦等。
这些原理为光学设计提供了理论基础和计算方法。
在光学设计中，首先需要确定光学元件或者系统的功能和要求。
例如，如果设计一个光学透镜，首先需要确定其要实现的光学焦距、光学孔径和像差等性能要求。
对于系统而言，需要确定系统的成像质量、分辨率和光学效率等指标。
然后，根据已有的光学知识和技术，确定合适的光学原理和光学元件的组合方式，选择合适的材料和形状。
在进行光学设计时，通常需要使用光学设计软件。
这些软件提供了光学元件和光学系统的建模和仿真功能，可以进行参数优化和性能分析。
通过这些软件，可以快速而准确地进行光学设计和模拟，节省了时间和资源。
光学设计的一个重要任务是进行光学元件的优化。
在设计过程中，可以通过改变元件的形状、材料和表面性质等参数，来改善元件的性能。
例如，在设计光学透镜时，可以通过优化曲面形状、厚度分布和折射率分布等参数，来减小像差并提高光学质量。
通过多次迭代优化，可以找到最佳的设计方案。
光学设计的应用非常广泛。
在光学仪器上，例如显微镜、望远镜和相机等，都使用了复杂的光学系统进行成像。
在光学通信中，光学设计可以用于设计光纤、光开关和光封装等。
在光学传感和光学测量中，光学设计可以用于设计各种传感器和测量设备。
在光学制造中，光学设计可以用于优化加工工艺和提高光学元件的制造精度。
总之，光学设计是光学科学与工程的重要组成部分，通过充分利用光学原理和技术，能够实现对光学元件和系统的灵活和精确控制。
光学设计与光学工艺
光学设计与光学工艺光学设计与光学工艺光学是物理学中一个非常重要的分支，光学技术广泛应用于工业、医疗、军事、航天等领域。
光学技术的应用与发展离不开光学设计和光学工艺。
一、光学设计光学设计是指通过对光学器件结构、材料等参数的调整和优化，以达到指定的光学性能要求的技术。
光学设计的目的是在光学器件中实现特定的光学功能。
光学设计中的基本概念：1. 光线光线是指在介质中传播的光的路径。
光线可以用来描述光的传播方向、位置和强度等参数。
光线的传播符合几何光学的规律。
2. 物理光学物理光学是研究光的波动性质和光与物质相互作用的学科。
物理光学的研究内容包括波动光学、色散、透镜、衍射、干涉等。
3. 几何光学几何光学是研究光的传播路径和能量转移的学科。
几何光学的研究内容包括光线、透镜、成像和光学仪器等。
光学设计中的基本步骤：1. 分析需求在光学设计之前，需要了解实际需求。
需求可分为几何和波动两个方面。
根据需求，选择合适的光学系统和光学元件。
2. 设计参数光学设计参数包括：光学组件类型、透镜结构、材料、曲率等。
光学设计参数是光学设计的基础。
3. 模拟和布局根据光学设计参数模拟光的行为并进行光路布局。
光路布局确定光的传播路径和构建光学器件，同时也用于分析和优化光学系统的性能。
4. 优化设计设计优化是指在满足系统要求的前提下，调整光学系统设计参数以实现更好的光学性能。
设计优化方法包括改变透镜曲率、调整透镜间距、改变透镜厚度等。
5. 检验和调整光学设计完成后，需要对系统进行检验和调整以验证光学性能。
检验和调整包括透镜表面质量检查、系统调整和性能测试等。
二、光学工艺光学工艺是指通过各种手段制造光学元件、搭建光学系统的生产和加工方法。
光学工艺中常用方法包括：光学加工、光学涂层和光学测试等。
1. 光学加工光学加工是指使用各种工具对光学元件进行加工和表面处理。
光学加工方法包括：研磨、抛光、切割和打磨等。
2. 光学涂层光学涂层是指在光学元件表面上制成一层镀膜，以改变光线通过元件的透射、反射和吸收等特性。
光学设计与光学工艺
光学设计与光学工艺光学设计和光学工艺是光学领域中的两个重要概念，它们相互依存，共同构成了光学技术的核心内容。
光学设计主要关注如何利用光学原理和光学元件设计实现一定功能的光学系统，而光学工艺则关注如何通过加工、组装和测试来制造具有特定功能的光学元件和系统。
光学设计是光学工艺的基础和指导性工作。
光学设计的首要任务是根据要求的光学参数和功能，选择适当的光学元件并确定其位置和特性，从而满足设计要求。
光学设计过程中，需要考虑到光学元件的材料特性、形状、尺寸、表面质量等因素，以及光学系统的光学成像质量、色散、畸变等性能指标。
光学设计通常是基于光学设计软件进行的，通过光线追迹和光学仿真分析，可以预测和优化光学系统的性能。
在光学设计完成后，就需要进行光学工艺的制造过程。
光学工艺主要包括光学元件的加工、组装和测试。
光学元件的加工涉及到对材料进行切削、研磨和抛光等工艺，以获得满足设计要求的表面形状和质量。
光学元件的组装包括将多个光学元件按照设计要求组合在一起，形成光学系统。
组装过程中需要考虑到元件间的相对位置、角度和精度，并进行调试和校正。
光学元件的测试则是为了验证光学系统的性能，包括光学成像质量、色散和畸变等性能指标的测试。
光学设计和光学工艺的关系密切，相互促进。
一方面，光学设计的优化可以指导光学工艺的制造和测试工作。
通过在设计阶段考虑到光学元件的制造可行性和组装、测试难度，可以减少后期工作的复杂度和成本。
光学工艺的反馈信息也可以为光学设计提供有效指导，通过制造和测试的结果，可以优化设计中的参数和布局，提高光学系统的性能。
另一方面，光学工艺的进步也促进了光学设计的发展。
随着光学加工技术的不断创新，例如超精密加工和高精度测量技术的进步，使得光学设计能够实现更高的精度和复杂度，拓展了光学系统的应用领域。
总之，光学设计和光学工艺是光学技术不可分割的两个组成部分。
光学设计关注的是光学系统的设计和优化，而光学工艺关注的是光学元件的制造和测试。
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。
光学设计岗位职责
光学设计岗位职责光学设计是光学行业中的一项技术工作，主要负责光学元件和光学系统的设计与优化。
光学设计岗位的职责包括以下几个方面：1.光学元件设计：光学设计师需要根据产品要求，设计各种光学元件，如透镜、棱镜、光栅等。
在设计过程中，需要考虑元件的曲率、折射率、形状等参数，以及光学特性，如焦距、光学畸变、透过率等。
设计师需要利用光学软件进行光学元件的建模和优化，以满足产品需要。
2.光学系统设计：光学设计师还需要设计光学系统，如光学显微镜、望远镜、摄像头等。
在进行系统设计时，需要考虑光路设计、光学元件的组合和位置等因素，以实现所需的成像效果。
设计师还需进行系统的整体损耗和性能的优化，以提高系统的成像质量。
3.光学模拟与分析：光学设计师需要利用光学软件进行光学模拟与分析，以评估光学元件和系统的性能。
通过模拟，可以预测光学系统的成像效果、光学畸变等问题，并进行优化。
此外，还可以通过模拟分析光学元件对光学系统性能的影响，确定元件的设计参数。
4.光学制造与测试支持：光学设计师需要与光学制造和测试团队密切合作，提供设计图纸和技术支持。
设计师需要了解光学制造的工艺和要求，以确保设计的可制造性，并根据制造过程中的限制进行相应的优化。
设计师还需要参与光学元件和系统的测试，验证设计的性能和指标，确保产品的质量。
5.技术研究与创新：光学设计师需要关注最新的光学技术发展和创新成果，与同行进行交流与讨论，以保持技术的更新和提高设计的水平。
设计师还需要进行相关技术的研究，探索新的设计方法和算法，以提高设计效率和成像质量。
6.解决问题与项目管理：光学设计师需要解决设计中遇到的各种问题，如成像质量不达标、光学畸变等。
设计师需有较强的问题分析和解决能力，能够找到问题的根本原因和解决方案。
此外，对于大型项目，设计师还需要进行项目管理，包括项目进度的把控、团队协作与沟通等，以保证项目的顺利进行。
总之，光学设计岗位的职责涵盖了光学元件和系统的设计与优化、模拟与分析、制造与测试支持、技术研究与创新，以及问题解决与项目管理等方面。
(完整版)光学设计zemax
➢ Sort by Surface 将现有各项Operands 以 Surface number 排序(递增)
➢ Sort by Type 将现有各项Operands 以其类型排序 (递增)
➢ Save 将现有的Tolerance Data 存入一个文件
差) ➢TSTX,TSTY(光学零件表面允许倾斜偏心公
差)
2014.9
光学系统设计
公差操作数（续）
➢TIRR（球差的一半与象散的一半表示的表 面不规则度，单位是光圈单位）
➢TIND(d光折射率允许偏差) ➢TABB(阿贝常数允许偏差)
2014.9
光学系统设计
➢上述设定完成之后，即可进行公差分析 ➢Tools---Tolerancing
2014.9
光学系统设计
➢每个镜片加工公司都有自己的样板库，如 “changchun.tpd”是长春理工某附属工厂 （可见光镜片）、“beijing.tpd”是北京蓝斯 泰克光电（红外镜片）的样板库等。
➢将这些tpd文件拷入“C:\ZEMAX\Testplat”目 录即可进行相应的比对
2014.9
2014.9
光学系统设计
2014.9
光学系统设计
➢Fast Tolerance Mode:
• 此项仅对近轴后焦偏差视为补偿器 (Compensator) 时有效。即在 Tolerances Data Editor 中存在一行有关后焦的补 偿器设定。在Default Tolerance 中选中 Use Focus Comp 就可以生成此补偿器的设定。 此模式比一般模式（没有选中此项）的运算模 式快50 倍。
光学设计总结知识点
光学设计总结知识点光学设计是一门综合性的学科，涉及光学原理、设计方法、软件应用等多个方面。
在光学设计中，掌握一些关键的知识点对于设计出高质量的光学系统至关重要。
本文将就光学设计的几个重要知识点进行总结，以帮助读者更好地理解和应用光学设计原理。
一、光学传输矩阵光学传输矩阵是光学设计中常用的一种数学工具，用于描述光线在光学系统中的传输规律。
光学传输矩阵能够将入射光线的位置、方向以及光线的传输路径等信息与出射光线的位置、方向等信息相联系。
通过光学传输矩阵，设计者可以快速计算光学系统中各个元件的参数以及光线的传输特性。
光学传输矩阵的计算方法多种多样，常见的有雅克比矩阵法、ABCD矩阵法等。
其中，ABCD矩阵法是最常用的一种方法，它基于光线的矢量表达，可用于描述球面透镜、薄透镜、光纤等光学元件的传输特性。
二、光学材料参数光学材料参数是指描述光学材料光学性质的一组参数，其中包括折射率、色散性质以及吸收性质等。
在光学设计中，准确地了解和使用光学材料参数是非常重要的。
不同的光学材料具有不同的折射率、色散性质和吸收性质，这些参数对于光学系统的设计和性能有重要影响。
折射率是光学材料重要的光学参数之一，它描述了光线在材料中的传播速度和传播方向的变化情况。
对于不同的波长和入射角，光的折射率一般是有变化的，因此在光学设计中需要考虑光学材料的色散性质。
三、光学设计软件光学设计软件是进行光学系统设计的重要工具，它能够帮助设计者进行光线追迹、光学优化以及系统性能分析等工作。
目前市场上存在着众多的光学设计软件，其中一些常用的有ZEMAX、CODE V、LightTools等。
在使用光学设计软件时，设计者需要了解软件的使用方法以及相关光学原理和设计原则。
只有熟练掌握光学设计软件的使用技巧，并结合光学设计的基本知识，才能更好地进行光学系统设计和优化工作。
四、光学系统的图像质量评价光学系统的图像质量评价是光学设计中的一个重要环节，它用于评估光学系统产生的图像质量是否满足设计要求。
光学设计考试题及答案
光学设计考试题及答案1. 光学设计中的基本概念- 什么是光学系统的焦距？- 简述光学系统的视场和视场角。
2. 光学系统的基本类型- 列举三种常见的光学系统类型，并简要说明其特点。
3. 光学设计中的参数- 解释什么是光学系统的光圈数和相对孔径。
- 描述焦距与视场角之间的关系。
4. 光学系统的成像质量评价- 什么是光学系统的分辨率？- 简述光学系统的色差和如何减少色差。
5. 光学设计中的像差分析- 列举并解释五种主要的像差类型。
- 描述如何通过光学设计减少像差。
6. 光学设计中的光学元件- 简述透镜和反射镜在光学设计中的作用。
- 解释什么是光学滤波器及其作用。
7. 光学系统的设计与优化- 描述光学系统设计的基本步骤。
- 简述如何使用计算机辅助设计（CAD）软件进行光学系统优化。
8. 现代光学设计技术- 简述衍射光学元件（DOE）的概念及其在光学设计中的应用。
- 描述自由曲面光学元件的优势和设计挑战。
答案1. 光学设计中的基本概念- 焦距是光学系统成像点到焦点的距离。
- 视场是光学系统能够观察到的区域，视场角是该区域的夹角。
2. 光学系统的基本类型- 望远镜、显微镜和相机镜头是三种常见的光学系统类型。
望远镜用于观察远距离物体，显微镜用于观察微小物体，相机镜头用于捕捉图像。
3. 光学设计中的参数- 光圈数是光学系统光圈直径与焦距的比值，相对孔径是光圈直径与焦距的比值。
- 焦距越短，视场角越大。
4. 光学系统的成像质量评价- 光学系统的分辨率是指系统能够区分两个相邻物体的最小距离。
- 色差是由于不同波长的光在光学系统中的折射率不同而产生的，可以通过使用消色差透镜来减少。
5. 光学设计中的像差分析- 主要的像差类型包括球面像差、色差、场曲、畸变和像散。
- 通过选择合适的光学元件组合和调整光学系统参数来减少像差。
6. 光学设计中的光学元件- 透镜用于聚焦或发散光线，反射镜用于改变光线的传播方向。
- 光学滤波器用于选择性地传输特定波长的光，用于改善成像质量或实现特定效果。
应用光学与光学设计基础
应用光学与光学设计基础光学是研究光的传播、变换和控制规律的科学，是一门独特而广泛应用的学科。
光学设计则是在光学原理的基础上，利用光学器件进行光的控制和调节的过程。
本文将从光学基础和光学设计的角度，介绍光学的应用和光学设计的基本原理和方法。
光学的应用涵盖了许多领域，如通信、医疗、军事、航空航天等。
在光通信领域，光学器件的设计和制造是实现高速、大容量数据传输的关键。
例如，光纤作为一种用于传输光信号的光学器件，其设计需要考虑光的传输损耗、色散等因素。
光学设计师需要根据具体应用的需求，通过选择合适的光学器件和优化设计，来实现高效的光信号传输。
在医疗领域，光学应用广泛用于诊断、治疗和检测。
例如，光学显微镜可以通过光的折射和散射现象，观察和分析生物细胞和组织的结构和功能。
同时，光学技术还可以应用于激光手术、光动力疗法等治疗方法中，为医疗提供了新的手段和工具。
光学在军事领域也有重要应用。
光学器件的设计和制造可以用于火控系统，用于瞄准和跟踪目标。
光学还可以应用于红外探测和成像，用于实现夜视和隐身技术。
光学设计师需要考虑光学器件的性能和耐久性，以满足军事领域的特殊需求。
航空航天领域也是光学应用的重要领域。
光学器件的设计和制造可以用于光学传感器、光学测量和导航系统。
光学技术的应用可以提高航天器的精密度和可靠性，为航天任务的成功提供保障。
光学设计是将光学原理应用于实际问题解决的过程。
光学设计师需要根据具体应用需求，选择合适的光学器件和优化设计。
光学设计的基本原理包括光线的传播和折射、光学系统的成像原理等。
光学设计中常用的方法包括光线追迹法、矩阵方法等。
光学设计师需要根据具体问题的特点和要求，灵活运用各种方法，进行光学系统的设计和优化。
在光学设计中，光学器件的材料和结构也是非常重要的因素。
不同材料和结构的光学器件具有不同的光学性能和特点。
光学设计师需要考虑材料的透明度、折射率、色散等参数，选择合适的材料。
同时，光学器件的结构也需要进行优化，以实现所需的光学功能。
光学设计靠样板原则
光学设计靠样板原则
光学设计是一门基于光学原理和技术，通过合理设计和优化光学系统的结构、参数等，达到特定的光学性能需求的工程学科。
在光学设计中，样板原则是一个重要的设计原则之一。
样板原则是指通过参考和借鉴已有的经典光学系统设计，尤其是那些已经成功应用并取得良好性能的系统，来指导和辅助新系统的设计。
通过学习已有的设计经验和光学系统的优化方法，可以有效地节省设计时间和提高设计质量。
样板原则在光学设计中的应用主要体现在以下几个方面：
1. 设计思路借鉴：通过研究和了解已有的优秀光学系统设计，可以借鉴其设计思路、布局方式和优化手段，在新系统的设计中加以应用。
2. 参数设定参考：样板原则可以提供设计师在设定光学系统参数时的参考依据，特别是在光学元件的选择、位置布局、焦距确定等方面。
3. 经验总结和优化：通过对已有样板设计的研究和分析，可以总结出一些通用的设计原则、规律和优化方法，从而指导新的光学系统设计。
4. 错误避免：借鉴已有经典光学系统的设计经验，可以避免重复犯一些典型的设计错误，提高设计效率和成功率。
需要注意的是，样板原则并不是固定的模板，而是一种指导和参考，设计师在设计过程中仍然需要根据具体的设计要求和约束条件进行灵活调整和优化，以满足实际应用的需求。
现代光学设计方法
计算机辅助设计
利用计算机软件进行光学 系统设计和分析，提高设 计效率和精度。
优化算法
采用先进的优化算法，如 遗传算法、模拟退火算法 等，对光学系统进行全局 优化。
数值方法
利用数值计算方法，如有 限元法、有限差分法等， 对复杂的光学系统进行精 确分析。
现代光学设计方法的优势
设计灵活
可以快速修改和优化光学系统 设计，适应不同的应用需求。
用户友好界面
ZEMAX的界面直观易用，适合不同 经验水平的用户。
Code V
高级光学设计
Code V支持复杂的光学系统设计，包括反 射镜、折射镜、光栅等。
高效的光线追迹
Code V采用高效的光线追迹算法，能够快 速模拟大规模光学系统的性能。
多领域应用
Code V广泛应用于照明、成像、激光等领 域的光学设计。
对光学行业的意义和影响
促进技术创新
现代光学设计方法的应用将 推动光学行业的科技创新， 加速新产品和新技术的研发 进程。
提高产品质量
通过现代光学设计方法的应 用，可以提高产品的质量和 性能，满足更广泛的市场需 求。
降低生产成本
拓展应用领域
现代光学设计方法可以优化 光学系统的结构和性能，降 低生产成本，提高经济效益。
现代光学设计的重要性
随着科技的发展，光学系统在各 个领域的应用越来越广泛，如摄 影、摄像、通信性能、降低成本、减小体积和
重量等方面具有重要意义。
现代光学设计方法的发展，使得 设计过程更加高效、精确和可靠， 为光学系统的应用和发展提供了
有力支持。
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总结词
总结词
阵列光学设计的挑战在于阵列元件的制作和装配，需 要精确控制元件的几何形状、尺寸和排列方式，以保
应用光学设计学习体会
应用光学设计学习体会
光学设计是一门非常有趣的学科，通过学习光学设计，我对光学器件的工作原理和设计方法有了更深入的理解。
在学习过程中，我体会到以下几点：
1. 理论与实践相结合：光学设计不仅仅是理论的学习，更注重实践的应用。
通过实际操作光学器件、进行仿真和实验，我能够更直观地理解光学设计的概念和原理。
2. 多学科交叉：光学设计涉及到光学、物理、数学等多个学科的知识。
学习光学设计需要综合运用这些学科的知识，因此我不仅仅学到了光学知识，还提高了对其他学科的理解和运用能力。
3. 创新与解决问题能力：光学设计是一个需要不断创新并解决问题的过程。
在学习光学设计中，我需要思考如何根据具体的需求设计光学器件，并解决设计中遇到的各种问题。
这培养了我的创新思维和问题解决能力。
4. 团队合作：在光学设计项目中，往往需要与团队成员合作完成。
团队成员之间需要相互配合，共同解决问题，学习光学设计也提高了我的团队合作能力。
学习光学设计让我获得了更深入的光学知识，提高了解决问题的能力和团队合作能力。
这些对我未来专业发展和职业生涯都具有重要的意义。
光学设计可行性分析
光学设计可行性分析引言光学设计是应用光学原理和技术进行系统设计和优化的过程。
在光学系统的设计中，确定设计方案的可行性是至关重要的一步。
本文将从设计目标与约束、可行性分析的方法、可行性分析的内容和其意义等方面进行阐述和探讨。
设计目标与约束在光学设计中，需明确设计的目标和约束。
设计目标可能涉及成像质量、光学系统的大小和复杂程度、材料和光学元件的选择等。
约束可能包括成本、加工难度、制造和调试的时间限制等。
根据目标和约束，可以确定可行性分析的方法，对设计进行评估和优化。
可行性分析的方法数值模拟分析数值模拟分析是一种常用的光学设计可行性分析方法。
通过建立光学系统的数学模型，利用计算机软件进行仿真和优化，可以对系统的性能进行评估和预测。
数值模拟分析方法具有灵活性强、计算速度快、结果准确等优点，可以为设计的优化提供指导。
实验验证实验验证是确定光学设计可行性的重要手段。
通过制作样机或者进行实验模拟，对设计进行实际测试与验证，可以获得实际性能数据，用以评估设计的可行性。
实验验证能够真实地反应光学系统在实际应用中的性能，但也具有成本高、时间长、操作繁琐等缺点。
经验法则分析经验法则分析是利用经验公式、经验参数等进行预估和评估设计的可行性。
经验法则分析方法适用于一些简单的光学系统设计，可以快速地得到评估结果。
但其局限性在于只适用于经验法则所定义的情况，缺乏足够的精确性和全面性。
可行性分析的内容可行性分析内容包括成像质量评估、系统参数设计和选择、材料和元件的选择等。
成像质量评估是光学系统设计中的关键内容之一。
通过计算光学系统的光学传输函数、MTF曲线等，可以对光学系统成像质量进行评估。
根据评估结果，可以对光学系统进行优化和改进。
系统参数设计和选择是光学系统设计中的关键环节。
根据设计目标和约束，确定光学系统的参数范围和优化方式，选择适当的光学元件进行组合和搭配，以满足设计要求。
材料和元件的选择是光学设计中的重要内容。
根据系统性能要求和材料的特性，选择合适的材料和光学元件。
光学设计原理
光学设计原理
光学设计原理是指根据光的传播规律和物态关系，利用光学器件进行光学系统的设计和优化。
光学设计的基本原理包括折射、反射、衍射、干涉等。
折射是光从一种介质传播到另一种介质时发生的现象。
根据实际需求，可以选择不同的介质，使光线能够按照预定的路径传播。
折射的计算可根据斯涅尔定律进行，该定律表明了光线在两种介质的界面上的入射角和折射角之间的关系。
反射是光线遇到介质边界时，从另一种介质中返回的现象。
根据反射定律，入射光线与法线的夹角等于反射光线与法线的夹角，该原理可用于设计反射式的光学系统，例如镜子或反射器件。
衍射是光线遇到孔径、边缘或薄缝时发生的现象。
衍射现象可以解释为光的波动性质导致的，根据衍射定律，被衍射的光线呈现出特定的干涉图样。
光学设计可以利用衍射原理，设计衍射光栅等光学元件。
干涉是两束或多束光线相互作用的结果。
干涉现象可以是构造干涉或衍射干涉，可以利用这种原理设计干涉仪、干涉滤波器等光学系统。
干涉定律描述了相干光束的干涉形式。
光学设计的过程需要根据具体的应用需求，确定光学系统的结构和参数。
需要考虑到光线的传播路径、传输损耗、光学元件
的特性等。
通过应用光学设计软件和数值优化方法，可以实现对光学系统的快速设计和优化。
光学设计 ppt课件
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光路计算
在不同视场、不同孔径、不同色光等条件下，对大量光线， 用准确的三角方法，通过光线追迹计算出射光线。通过近轴 “光路计算”可求得理想像点的位置；通过实际光线的追迹并 与理想像比较得到的各像差值。可以做出各种表示像差的曲线， 有经验的设计师往往一看这些曲线就能知道系统的缺陷所在。
nd -1
分子是可见光谱段两个边界波长的折射率之差，分母是光学材料在 中间光谱的折射率与它在空气中折射率（相对于所有波长都是1）之差。
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1.6 玻璃的特性
色散
一种测色散的方法是取比值：D
nF - nC nd -1
分子是可见光谱段两个边界波长的折射率之差，分母是光学材料在中间光 谱的折射率与它在空气中折射率（相对于所有波长都是1）之差。
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系统的修改
随着计算机性能的不断提高，许多告诉计算机程序能用最小二 乘法同时修改几个参数以改变多种相差，为系统设计带来了巨大的 便利。
光学设计师在做镜头设计时，其中一部分既占据时间又消耗精 力的工作是系统一级以及三级的手动计算。
所谓系统的一级特性是指能用近轴公式描述的系统性质，包括 等效焦距和后焦距；F数；像的位置；像的大小；主面位置；顶点 与主面间的间隔；入瞳的大小和位置；出瞳的大小和位置；拉格朗 日不变量；轴向和横向色差等。
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1.2 镜头的设计步骤
镜头要预先设计好才能加工，也就是说，要预先计算或规定好各组 元的表面曲率半径、厚度、空气间隔和口径，以及所采用的玻璃牌号。 这些正是光学设计师的主要共作。
影响镜头成像质量的各种像差， 可以通过改变镜头结构来消除或校正， 改动的镜头参数称为“自由度”，包 括各面的曲率半径、厚度与空气间隔、 各镜片所用玻璃的折射率和色散率， 以及孔径光阑的位置等。
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大连民族学院工程光学课程设计（论文）平行光管物镜设计学院（系）：物理与材料工程学院专业：光电子技术科学学生姓名：任增鑫学号：2010053216指导教师：芦永军完成日期：2013-11-18大连民族学院摘要平行光管是通过它取得来自无限远的光束，此光束谓之平行光。
是装校调整光学仪器的重要工具，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，连同测微目镜头，或显微镜系统，则可以测定透镜组的焦距，鉴别率，及其他成像质量。
将附配的调整式平面反光镜固定于被检运动直的工件上，用附配于光管的高斯自准目镜头，通过光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。
在实际成像过程中，物体成的像应该与设计的光学系统一致，达到设计要求的放大倍数。
所以，可以通过近轴光学公式计算出理想成像的位置和大小，近似地代表实际光学系统中所要求成的像的位置和大小。
近轴光学公式对于工程光学设计有着重要的意义和作用，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。
平行光管物镜物镜采用双胶合结构。
双胶合结构能够很好的校正几种初级像差，而且结构简单，所以大多用此结构进行设计。
关键词：平行光管物镜；微小角度；近轴光学公式；双胶合结构目录摘要 (I)设计要求： (2)第一章绪论 (2)第二章Zmeax光学设计软件简介 (3)第三章平行光管物镜参数的手工计算 (5)第四章课程设计结果Zmeax验证 (7)致谢 (9)设计要求：设计要求：采用双胶合（Doublet）结构，D/f=1/6，半像面尺寸：5.25mm半视场角：1°设计波长：0.486um、0.587um、0.656um，口径D：50mm计算：系统焦距f，后焦距（BFL）第一章绪论光学设计过程中的基本知识一、基本成像概念1、光学系统的作用：对物体成像2、共轴光学系统：若光学系统中各个光学元件表面的曲率中心在一条直线上，则该光学系统是共轴光学系统。
3、光轴：光学系统中各个光学元件表面的曲率中心的连线。
4、光线追迹：对于光学镜片而言，设计其的光路轨迹，所应用的一种技术。
二、近轴光线的光路计算概念：近轴光学、近轴光线近轴光学：几何光学中研究和讨论光学系统理想成像性质的分支称为高斯光学，或称近轴光学。
它通常只讨论对某一轴线(即光轴)具有旋转对称性的光学系统。
近轴光线：两个光学元件的中心高度确定一个中心轴，近似平行于中心轴的光。
公式：l r i u r-=⨯ 'u u i i =+- ''n i i n = '''ri l r u=+ 转面公式：'u u ='l l d =-第二章 Zemax 光学设计软件简介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。
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。
ZEMAX 能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。
ZEMAX 的界面简单易用， 只需稍加练习， 就能够实现互动设计。
ZEMAX 中有很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。
同时，也提供快捷键以便快速使用菜单命令。
手册中对使 ZEMAX 时的一些惯用方法进行了解释，对设计过程和各种功能进行了描述。
ZEMAX目前已经是被光电子领域熟知的光学设计的首选软件。
该软件拥有两大特点，就是可以实现序列和非序列分析。
在全球范围内，这款软件已经被广大的应用在设计显示系统，照明，成像的使用系统，激光系统以及漫射光的设计应用方面。
ZEMAX软件可以实现的主要功能：几何光学设计：各种成像镜头的设计、成像质量分析、温度环境分析、生产加工分析。
物理光学设计：各种激光系统及元件的设计及分析，光学相干衍射特性分析、光纤耦合等。
照明系统设计：各种照明系统的设计，包含光机设计，可以个Pro-E、Auto-CAD、Solid-Works 等。
扩展功能：ZEMAX软件可以和C语言、C++、VB等编程语言进行配合使用。
以上各种功能几乎涵盖了光学的各个领域，在各个领域中该软件都可以实现自动的优化求解，使用非常便捷，是目前全球光学工程师应用最广泛的设计软件！ZEMAX功能强大：1.玻璃材料离散优化方法：可以指定材料库进行玻璃牌号的优化，此方法配合高级优化进行，软件可以自动方便的寻找软件指定玻璃牌号的材料。
2.直观的成像质量分析：当您设计好一款镜头的时候，可以将一个BMP格式的图片放在物方，用这个功能可以快速的看到经过镜头后成像在像面上的成像图片的质量。
成像分析方便直观。
3.丰富的光学棱镜和元件库:在ZEMAX-EE版软件中，有丰富的光学元件及棱镜库，方便调用、使用灵活、材料尺寸可以随意定义。
4.照明系统快速优化功能：最新版的ZEMAX-EE对于照明系统的优化速度提高了50倍，是同类软件无法相比的。
同时采用传统的评价函数的设定方式，使用方便。
5.功能强大的全局优化算法。
6.公差分析可以模拟生产加工及装配。
有些光学系统用在很广的温度范围或不在常温下使用时，需要考虑温度和压力的影响。
ZEMAX使用非线性温度模型，而不是简单的dn/dt近似。
ZEMAX可以指定或优化温度膨胀系统的透镜或组件之间的间距，玻璃目录包括温度和压力数据，以支持温度效应分析计算，可以精确地仿真光学面的温度膨胀特性。
巨集：ZEMAX支持巨集语言，称为ZPL，其结构有点像BASIC，也支持函数调用、自定义数组、数字和字串、文本和图形输出等。
针对更复杂的分析功能，ZEMAX支持延伸功能程序界面，叫Extensions，可在外部程序的控制下进行光线追迹、分析和优化，可用C或C++语言编写。
偏振光追迹：ZEMAX具有全面的偏振光追迹和分析能力，可以任意定义输入光线的偏振态，ZEMAX可考虑穿透、反射、吸收、偏振态、衰减和延迟。
偏振光追迹可要求计算面和体材料的效应，面效应决定于面上的光学薄膜特性。
薄膜模型：ZEMAX具有薄膜的建模能力，可定义多层金属或介电质膜。
薄膜可以用在介电质或金属基底上，可以由任意层数、任意材料组成，每种材料可以由复折射率定义。
在设计成像系统时，点光源能够精确描述很多方面的成像质量，但是扩展光源对观察畸变 (特别是非径向畸变)很有用，用来检查像的方向、分色及定量观察整个系统的性能。
ZEMAX支持二种扩展光源：ASCII格式的光源，是一些简单的形状，如字母、方块等，也支持彩色的Windows BMP和JPG格式的光源，它可以对光源进行缩放、旋转，也可以放在视场中的任何地方。
材料建模：ZEMAX中有详细的体吸收模型，包括任意波长、任意厚度的玻璃穿透率，体吸收会使光线衰减，衰减的程度决定于光线的光程、材料特性和波长，所有材料都可以定义吸收或穿透特性。
偏振数据：ZEMAX可以定义偏振与非偏振入射光束，可在3D空间中追迹电场矢量，包括每个面的交点处之S和P分量，其偏振分析结果可以是表格数据或图形数据。
双折射材料：ZEMAX可仿真双折射单轴晶体，如方解石。
其介质的有效折射率是角度(与面法线及晶轴的夹角)的复函数，因此这些材料的光线追迹相当复杂，ZEMAX 可全面地以3D处理传播的光线，可正确计算任何入射角、任意晶轴方向的任何偏振态之相位，也可考虑偏振穿透率，另外o光和e光的路径也可计算，其中还包含双折射材料库，任何色散的新材料都可以自定义。
第三章平行光管物镜参数的手工计算3.1平行光管物镜初始结构参数3.1.1平行光管的定义：平行光管英文名称：collimator平行光管是通过它取得来自无限远的光束，此光束谓之平行光。
是装校调整光学仪器的重要工具，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，连同测微目镜头，或显微镜系统，则可以测定透镜组的焦距，鉴别率，及其他成像质量。
将附配的调整式平面反光镜固定于被检运动直的工件上，用附配于光管的高斯自准目镜头，通过光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。
3.1.2平行光管的主要用途：主要是用来产生平行光束的光学仪器，是装校调整光学仪器的重要工具，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，连同测微目镜头，或显微镜系统，则可以测定透镜组的焦距，鉴别率，及其他成像质量。
3.1.3平行光管工作原理：将附配的调整式平面反光镜固定于被检运动直的工件上，用附配于光管的高斯自准目镜头，通过光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。
光源发出的光经聚光镜会聚与分光板反射后均匀照亮分划板。
当分划板位于物镜的焦面上时，分划板的像在物镜像空间的无穷远处，即由平行光管发出的光是平行光束。
3.2 光线追迹求解系统焦距f 及后焦距值BFL第一面光路追迹平行光入射 h=25mm250.13644183.22843h i r === ''10.136440.089761.52n i i n ==⨯= ''0.136440.089760.04668u u i i =+-=-='''183.228430.08976183.22843535.554560.04668ri l r u ⨯=+=+= 第一次转面'0.04668u u =='8535.554568527.55456l l =-=-=第二面光路追迹527.55456(135.406383)0.046680.228550135.406383l r i u r ---=⨯=⨯=-- '' 1.52(0.228550)0.2080221.67n i i n ==⨯-=- ''0.04668(0.228550)(0.208022)0.026152u u i i =+-=+---='''(135.406383)(0.208022)(135.406383)941.6625450.026152ri l r u -⨯-=+=-+= 第二次转面'0.026152u u ==' 2.5941.662545 2.5939.162545l l =-=-=第三面光路追迹939.162545(400.834502)0.0261520.087427400.834502l r i u r ---=⨯=⨯=-- '' 1.67(0.087427)0.1460031n i i n ==⨯-=- ''0.026152(0.087427)(0.146003)0.084728u u i i =+-=+---='''(400.834502)(0.146003)(400.834502)289.8821420.084728ri l r u -⨯-=+=-+= 系统焦距 ''25295.061845tan()0.084728h h f u u ==== 后焦距（BFL ） '289.882142BFL l ==第四章 课程设计结果Zemax 验证295.061845f =mm 289.88214BFL =mm图光线追迹图图1：光线追迹一维图图2：光线追迹三维立体图平行光管物镜图3：ZEMAX软件计算的参数图根据ZEMAX验证，手工计算结果与实际结果基本一致，误差很小。