哈工大 光机系统设计 双胶合透镜 实验报告
光学综合透镜实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解光学综合透镜的基本原理和特性。
2. 掌握光学综合透镜的组装和调试方法。
3. 研究不同透镜组合对光学系统性能的影响。
二、实验原理光学综合透镜是由多个光学元件（如透镜、棱镜等）组合而成的光学系统。
通过合理组合和调整这些元件，可以实现对光线的聚焦、发散、偏振、反射等操作，从而实现特定的光学功能。
三、实验仪器与材料1. 光具座2. 凸透镜3. 凹透镜4. 棱镜5. 滤光片6. 光源7. 光屏8. 测量工具（如刻度尺、量角器等）四、实验内容与步骤1. 组装光学系统（1）将光源固定在光具座上，调整光源位置，使光线垂直照射到光学系统。
（2）将凸透镜和凹透镜依次放置在光具座上，调整它们的位置，使光线通过透镜后聚焦到光屏上。
（3）根据需要，将棱镜和滤光片插入光路中，观察光线的偏振、反射等现象。
2. 调试光学系统（1）调整透镜和棱镜的位置，使光线在光屏上形成清晰的像。
（2）调整滤光片的位置，观察不同波长光线对光学系统性能的影响。
3. 研究不同透镜组合对光学系统性能的影响（1）改变透镜的顺序，观察光线的聚焦、发散、偏振等现象。
（2）改变透镜的厚度，观察光学系统性能的变化。
（3）改变棱镜的倾斜角度，观察光线的偏振和反射现象。
五、实验数据与分析1. 光线聚焦实验（1）将凸透镜和凹透镜依次放置在光具座上，调整它们的位置，使光线通过透镜后聚焦到光屏上。
（2）记录聚焦点位置，分析透镜组合对聚焦效果的影响。
2. 光线发散实验（1）将凹透镜放置在光具座上，调整其位置，使光线通过透镜后发散。
（2）记录发散光线的角度，分析透镜对发散效果的影响。
3. 光线偏振实验（1）将棱镜插入光路中，调整其倾斜角度，观察光线的偏振现象。
（2）记录偏振光线的方向，分析棱镜对偏振效果的影响。
4. 光线反射实验（1）将滤光片插入光路中，调整其位置，观察光线的反射现象。
（2）记录反射光线的强度和方向，分析滤光片对反射效果的影响。
六、实验结论1. 通过实验，掌握了光学综合透镜的组装和调试方法。
光设报告
光学设计报告04111102一.双胶合望远物镜设计（一）．参数计算 1. 求J h h z ，，根据光学特性的要求： '4*3.714.8D D =Γ==4.728.142===D h35tan5 3.062z h =⨯=087.0''==f h u''tan 85tan57.437y f ω=∙=⨯=647.0'''==y u n J2.计算平行玻璃板的像差和数C S S S I II I ，， 平行玻璃板入射光束的有关参数为087.0=utan(5)0.0875z u =-=-1zu u≈- 平行玻璃板本身的参数为d=31mm ； n=1.5163； 1.64=ν 带入平行玻璃板的初级像差公式可得：4324432106.61.51631-1.5163×0.087×-311-I ⨯-==--=du n n S 44= =-6.610(-1)=6.610z u S S u --II I ⎛⎫⨯⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭224221 1.51631310.0878.21064.1 1.5163C n S du n υ-I --=-=-⨯⨯=-⨯⨯ 3.列出初级像差方程式求解双胶合物镜的C W P ，，∞∞理想状态下整个物镜系统的像差和数C S S S I II I ，，满足0=I S ； 0=II S ； 0=I C S 。
由于棱镜物镜系统S S S +=所以双胶合物镜的像差和数为4106.6--I I I ⨯==棱镜系统S S S4- 6.610S S S II II -II ==-⨯系统棱镜 4-8.210C C C S S S I I -I ==⨯系统棱镜(1)列出初级像差方程求P ，W ，C4106.64.7-I ⨯===P hP S 5109.8-⨯=P 4-6.610z S h PJ W -II =-=⨯31.4410W -=⨯4221022.84.7-I ⨯===C C h S C51.5010C -=⨯(2)由P ，W ，C 求C W P ，，∞∞由于h=7.4，f ’=85，因此有087.0=ϕh321057.7)(-⨯=ϕh431059.6)(-⨯=ϕh进而可得：135.0)(3==ϕh P P20.19()W W h φ=='0.00128C Cf ==由于望远镜本身对无限远物平面成像，因此无需再对物平面位置进行归化：135.0==∞P P 0.19W W ∞==0.00128C =将∞∞W P ，带入公式求0P200.85(0.15)0.134P P W ∞∞=--≈ 根据00128.0=C ，00.134P =查找玻璃组合。
光机实验报告
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y实验报告课程名称：光机系统设计实验名称：基于ZMAX的光机系统设计班级：0936203姓名：蔡海蛟学号：6090120331哈尔滨工业大学一.实验目的(1)熟悉并掌握ZMAX软件的使用(2)熟悉光学系统设计的步骤及方法(3)了解牛顿式望远镜和施密特—卡塞格林系统，并对其相差有一定了解(4)学会用ZMAX设计简单的光学系统，并对系统进行像质分析和系统优化二.基本原理(1)实验一、牛顿望远镜牛顿望远镜是最简单的用来矫正轴上像差的望远镜。
牛顿望远镜是由一个简单的抛物线形镜面组成的，而且除此之外别无它物。
抛物线很好地矫正了所有阶的球差，将望远镜使用在轴上系统，就没有其他的像差。
(2)实验二、带有非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统施密特-卡塞格林望远镜（Schmidt-Cassegrain）属于折反射(Catadioptrics)类别。
施-卡望远镜的设计是以伯恩哈德施密特的施密特摄星仪为基础：使用球面镜做主镜（沿袭施密特摄星仪的设计）以施密特修正板来改正球面像差承袭卡塞格林的设计，以凸面镜做次镜，施密特-卡塞格林望远镜（Schmidt-Cassegrain）属于折反射(Catadioptrics)类别。
在施密特-卡塞格林系统，光通过薄的非球面校正透镜进入镜筒，然后接触球面主镜。
被球面主镜反射的光线折回镜筒开口中部的第二反射镜，然后再次被第二反射镜反射，光线通过镜筒内部中间的管子聚集在目镜形成图象。
三.系统结构(1)实验一、牛顿望远镜图一.牛顿望远镜原理图利用ZMAX设计牛顿望远镜：设计一个1000mm F/5的望远镜(及需要一个曲率半径为2000mm的镜面，和一个200mm 的孔径)。
移动光标到第一面，即光阑面的曲率半径列，输入-2000.0，负号表示为凹面。
现在在同一个面上输入厚度值-1000，这个负号表示通过镜面折射后，光线将往“后方”传递。
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。
双胶合透镜
首先仍然是输入光学特性参数。 既然是doublet，你只要在单透镜的LDE 上STO 后再加入一面镜片即可。在第一、第二面镜片上 的Glass 项目键入BK7 和SF1。现在把STO 和第 二面镜的thickness 都fixed为3，仅第3 面镜的 thickness 100 thickness为100 且设为variable， variable
双胶合透镜设计 （a doublet）
单透镜是不能校正球差的，单正透镜具有负球差， 单负透镜具有正球差。 初级位置色差取决于透镜的光焦度和制造透镜所 用玻璃的光学特性。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 统通常都是将正负透镜组合，以使他们的色差相 互补偿。
保持边缘厚度为一个特定值的方法 在第一面的厚度列中双击
第一面的厚度已被调整过，字母“E”显示在框中， 表示此参量为一个活动的边缘厚度解。
再次更新表面数据窗口，边缘厚度3会被列出。通 过调整厚度，我们已对镜片的焦距作了一点改变。
然后，再进行optimization，然后选择“System”， “Update All”，再一次刷新图形。
在我们修整偏 小的边缘厚度 之前，我们先 将镜片放大。
移动光标到第一面的半口径 “Semi-Diameter”列， 键入“14”替代所显示的12.5，ZEMAX会消去 12.5并显示“14.000000U”。第二、三面也输入 14。
更新layout，现在孔径已经被放大，report显示第一 个边缘厚度变成一个负数。
实际光学系统——2D layout 除了光学系统的摆放外，你还会看到3条分别通过 entrance pupil (在此为surface 1)的top，center， bottom 在空间被trace出来。 他们的波长是一样的 （蓝色的），就是 primary wavelength。 这是Zemax default的 结果。
毕业设计_光学软件课程设计报告-双胶合透镜优化设计论文
各专业全套优秀毕业设计图纸《光电系统》课程设计报告姓名：唐晋川班级：0211102学号：2011210818一、设计题目——双胶合透镜优化设计双胶合透镜优化设计双胶合透镜是一种常用的望远物镜，它结构简单、光能损失小，合理选择玻璃和弯曲能校正球差，慧差、色差和像差，但不能消除象散、场曲与畸变。
根据上述原理使用OSLO软件进行双胶合透镜的设计并对其中一种特性进行优化设计，使得双胶合透镜的参数比较理想。
二、设计原理双胶合透镜优化设计：双胶合透镜是一种常用的望远物镜，它结构简单、光能损失小，合理选择玻璃和弯曲能校正球差，慧差、色差和像差，但不能消除象散、场曲与畸变。
优化是光学系统设计过程中最重要的一步，一般来说初始结构的像质并不是很理想的，只有经过优化才能使光学系统的性能达到我们需要的状态。
通过初始设计的双胶合透镜像差不符合要求，所以要对其进行优化。
优化之前要进行两个必要的步骤：要确定优化变量和选用评价函数。
理论上讲，透镜组的全部结构参数都可以作为优化变量参与优化，光学系统中影响像质的因素是曲率半径r，折射率n和厚度d。
三、实验日志：1、使用oslo软件对双胶合透镜进行设计。
2、使用oslo软件对双胶合透镜进行优化设计。
四、实验步骤双胶合透镜设计并优化（1）双胶合透镜设计○1新建镜头文件○2输入透镜光学特性参数○3输入镜面数据○4保存透镜数据（2）双胶合透镜优化○1打开透镜文件并另存○2设置优化变量○3设置误差函数○4进行优化五、实验结果与分析双胶合透镜优化设计我对双胶合透镜所进行的优化是从透镜的像差着手进行的，从后面的数据中我们可以看出通过改变透镜的曲率半径、光圈大小和透镜的厚度都可以明显改善透镜的像差，从而提高透镜的成像质量。
综合考虑，我进行了三次优化，分别通过优化曲率半径、优化光圈大小和优化透镜的厚度来达到设计的目的。
双胶合透镜的原始最小RMS值为4.252773，像差值为-0.031841。
经过优化曲率半径后的最小RMS值为2.506337，像差值为-0.018681，经过优化透镜的厚度的最小RMS 值为1.8，像差值为-0.17142，最后经过优化光圈大小得出了经过三次优化的透镜的最小RMS值为1.639445，像差值为-0.014059，显然我们得出了很好的效果使得仿真比较成功。
光学设计实验二双胶合透镜系统设计
实验二：双胶合透镜系统
一．实验目的
掌握胶合透镜的设计方法、原理、过程及透镜系统的优化处理方法；
二．透镜系统的结构性能要求
1）相对孔径为1/4（F/#为4），焦距为100mm；
2）视场角为0︒；
3）玻璃材料分别为BK7，SF1；
4）相对波长为可见光波长；
5)厚度为3mm；
三．实验步骤
一个双透镜采用两片玻璃胶合，曲率半径大小相同。
通过使用两片具有不同色散特性的玻璃，一阶色差可以被矫正。
这样会产生较好的像质。
1．系统参数的设置：F/#为4；
视场角为0︒；
工作波长可见光波长；
2．结构参数的设置：第一个面焦距为100mm，厚度为3mm，玻璃材料为BK7；
STO面焦距为-100mm，厚度为3mm，玻璃材料为SF1；
如下图所示：
四．透镜优化过程
1.将曲率半径设为变量，厚度也设为变量，权重为1，创建评价函数包括EFFL 操作数，如下图所示：
2.将厚度也设为变量，glass min为2，max,6，edge为1；air min为0.2，max 为100，edge为0.2；如下图所示：
3.单击菜单栏Tools一最佳化Optimization，如下图所示：
五．双胶合透镜系统分析
1.对于点列图，优化后的系统点列图的弥散斑明显减小了很多，如下图所示：
2.对于wavefront Map图，像差从65.46减小到0.3034。
所以双胶合透镜能够校正了像差，如下图所示：
3.对于多色光焦点漂移图，如下图所示现在已经减小了色差的线性项，，二阶色差占了优势，因此如抛物线形状所示请注意多色光焦点漂移量减少为74um单透镜为1540um），如下图所示：。
zemax双胶合物镜设计发布版
设计题目设计题目：设计双胶合会聚透镜相对孔径 F=4；4400DF D mm f ==⇒=；焦距f ‘=100mm波长范围：可见光视场角 0°校正：球差，慧差、色差。
设计过程：1、 用PWC 法或镜头库确定原型，输入透镜数据2、 分析原型相差3、 优化4、 分析优化结果题目结束相关知识喷血，大牛可直接掠过或斧正塞得和系数引发的血案：塞得和系数的自变量有内部参数和外部参数，外部参数取决外部光线。
内部参数除PWC 外还与入射孔径角有关（孔径角应该随比例不变）；PWC 可由辅助光线参数求出，若由多个面构成则由多个面求和。
(PWC)0参数，单透镜取决于折射率，系统取决于系统结构。
P W C ∞∞∞是物面处于无穷远时，目的在于搞掉入射孔径角。
以上参数在实际系统有转换公式，待定参数反应系统结构、特性。
21()(1)n i i i i i u u P n n =∆=∆∆∑；1()(1)n i i i i i u u W n n =∆=∆∆∑； 其中'''1111;;;'i i i i i i i i i i u u u u u n n n n n n ∆=-∆=-∆=-闲话少说，言归正传，求解开始双胶合物镜求解过程：（1） P 0；20200.85(0.1)0.85(0.2)P P W P P W ∞∞∞∞⎧=++⎪⎨⎪=++⎩……[1] 冕牌玻璃在前……[2] 火石玻璃在前求出P 0；当物处于无穷远时，P ∞、W ∞均为0（孔径角消失）。
由[1]求得00.0085P =-；此时默认冕牌玻璃在前。
可选择K7+ZF3，此时色差0I C =;00.012P =；0 4.11Q =-若由[2]求得00.034P =-，且火石玻璃在前，ZF2+BaK2，此时0I C =；00.032P =-；0 5.05Q =-（2）0 4.11 4.110.06014Q Q =±=-±=-±；00.154.110.089821.67W Q Q ∞-=-=-+；则取：0 4.11 4.110.06014 4.05Q Q =±=-+=-+=-（3） 求解光焦度分配121221111()()1C v v v ϕϕϕ⎧=--⎪⎨⎪=-⎩；11212122160.63111()() 1.948264860.6329.5110.9482648v C v v v v v ϕϕϕ⎧=--===⎪--⎨⎪=-=-⎩ （4） 由上式中Q 求解结构参数：212111121111213322221 2.10171 1.6829201111111-0.6765111Q r n Q r n n n Q r r n n n ρϕϕϕρρϕϕρ⎧==+=-⎪⎪⎪==+=+=⎨--⎪⎪-==-=+-=⎪---⎩1230.594210.475811.4782r r r =⎧⎪⇒=-⎨⎪=-⎩；（5） 带入zemax 中进行优化：代入软件后在，lens data 里面把参数输入好。
ZEMAX光学设计软件应用训练实验报告
东莞理工学院
ZEMAX光学设计软件应用训练实验报告
选择“analysis”，“miscellaneous”，“field curv/dist”场曲线如图所示。
牛顿式反射望远镜结构示意图
．输入数据：第一面，光阑面的曲率半径列输入-2000.0，负号表示为凹面，
列输入“MIRROR”。
选择“System”，“General”，然后在“通用数据对话框（
Box）”中输入一个200的孔径值，并单击“OK”。
ZEMAX使用的缺省值是波长
现在打开一个图层窗口，光线显示了从第一面到像平面的轨迹，此时像平面在镜面的左边。
如下图：
2．构造转折面：第一面的厚度改为-800mm。
像平面，按Insert在主面与像平面之间插入一个虚构
思考题与实践题：
1、牛顿反射式望远镜属于我们《应用光学》书本上所介绍的那种望远镜系统？
注意我们已将主反射面的距离减小到-18，第四面的半径已经被加入了一个变量标记。
新图层，检查一切是否正常。
如下图：
注意大约有4个波长的像差仍然有待改正。
现在单击第一面（光阑面）的“
设置第一面的半径为变量，再次优化（Tools，Optimization，Automatic
从主菜单，选SYSTEM，FIELDS，并将视场角的个数设置为3，输入y-
在评价函数编辑时，选Tools，Default Merit Function，并将RINGS
在遮挡器和辅助镜面之间的小缝隙纯粹是很小的一点。
这里是为了更容易让大家看到。
MTF现在已被主要是辅助镜面产生的遮挡所改变。
更新MTF窗口，看一下新的MTF，如下图：。
光学计算机辅助设计报告
光学设计辅助报告姓名：张雨辰学号：1011100139光学计算机辅助设计报告内容一：已知参数双胶合望远物镜的像质评价1）像质评价的意义：任何一个光学系统不管用于何处，其作用都是把目标发出的光按仪器工作原理的要求改变它们的传播方向和位置，送入仪器的接收器，从而获得目标的各种信息，包括目标的几何形状、能量强弱等。
因此，对光学系统成像性能的要求主要有两个方面：第一方面是光学特性，包括焦距、物距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距离等；第二方面是成像质量，光学系统所成的像应该足够清晰，并且物像相似，变形要小。
第一方面的内容即满足光学特性方面的要求属于应用光学的讨论范畴，第二方面的内容即满足成像质量方面的要求，则属于光学设计的研究内容。
从物理光学或波动光学的角度出发，光是波长在400~760nm的电磁波，光的传播是一个波动问题。
一个理想的光学系统应能使一个点物发出的球面波通过光学系统后仍然是一个球面波，从而理想地聚交于一点。
但是实际上任何一个实际光学系统都不可能理想成像。
所谓像差就是光学系统所成的实际像与理想像之间的差异。
由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在一个光学系统成像质量优劣的评价问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。
从物理光学出发，推导出几何像差等像质评价指标。
有了像质评价的方法和指标，设计人员在设计阶段，即在制造出实际的光学系统之前就能预先确定其成像质量的优劣，光学设计的任务就是根据对光学系统的光学特性和成像质量两方面的要求来确定系统的结构参数。
2）像质评价的方法与Zemax实现：对于像质评价有两个阶段：1 设计完成后，加工前，对成像情况进行模拟仿真；2 加工装配后，批量生产前，要严格检测实际成像效果。
当前我们所作的工作就是对第一阶段进行实际讨论。
对于像质评价的方法有两种：1 不考虑衍射：光路追迹法（点列图，像差曲线）；2 考虑衍射：绘制成像波面，光学传递函数等；有：瑞利判断：几何像差曲线进行图形积分得到波像差；中心点亮度（斯托列尔准则）：成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比S.D来表示成像质量；分辨率：反映光学系统分辨物体细节的能力，可以评价成像质量；点列图：由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，称为点列图；传递函数：一定空间频率下像的对比度与物的对比度之比。
zemax设计 - 双胶合设计
双胶合设计设计一：透镜参数：1.焦距为100mm。
2.相对孔径为1/5。
3.全视场2ω为10度。
4.物距为无穷远。
5.双胶合透镜一个采用BK7玻璃，另一个采用F2玻璃。
1.Prescription Date具体参数：1.Lens Data Editor2.系统二维图3.系统三维图4.点列图从图中我们可以看到，系统的弥散斑并不太大，弥散斑随着视场的增加而增加。
当ω=5度时，系统的弥散斑半径为60.847，保持在可接受的范围内。
将Show Airy Disk选中，并选择ω=2.5度时作为观察对象，可以得到上面的图形。
虽然大部分光线并不集中在中心区域，但是这种效果对于双胶合设计来说也足够了。
5.MTF曲线TS 5.0000 degree这条曲线在10(lp/mm)时大致为0.35，满足设计需求。
其他的曲线也较接近最上面的黑线（衍射极限），且较为平滑。
S曲线（弧矢曲线）与T曲线（子午曲线）也比较重合。
6.Ray Fan（光线扇面）7.OPD Fan(光程差扇形图)8.Field Curv/Dist（场曲）设计二：设计二的MTF曲线更高，但弥散斑也比设计一高，当ω=5度时，弥散斑半径为69.830。
透镜参数：6.焦距为100mm。
7.相对孔径为1/5。
8.全视场2ω为10度。
9.物距为无穷远。
10.双胶合透镜一个采用BK7玻璃，另一个采用F2玻璃。
2.Prescription Date具体参数：3.Lens Data Editor4.系统二维图5.系统三维图6.点列图在上图中，当ω=5度时，弥散斑半径为69.830，比设计一中的要高。
7.MTF曲线TS 5.0000 degree这条曲线在10(lp/mm)时大致为0.4，比设计一的效果要好。
8.Ray Fan（光线扇面）9.OPD Fan(光程差扇形图)10.Field Curv/Dist（场曲）。
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。
ZEMAX实验报告
ZEMAX实验——双胶合镜头（a doublet）摘要一个双胶合镜头是由两片玻璃组成，通常粘在一起，所以他们有相同的曲率。
利用不同玻璃的色散性质，一阶色差可以被矫正。
也就是说，需要得到抛物线形的多色光焦点漂移图，而不是直线的，这反过来会产生较好的像质。
在保持100mm焦距和在轴上的设计要下，将会加入视场角。
同时定义边缘厚度解，使产生图层和视场曲率图，并分析双胶合镜头的出光效果。
关键词：ZEMAX光学设计；双胶合镜头；成像分析目录1 引言 (II)2 实验目的.................................. 错误！未定义书签。
3 实验原理分析 (2)4 实验步骤 (3)5 实验结果.................................. 错误！未定义书签。
1 引言ZEMAX是美国Focus Software Inc.所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是一套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。
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。
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。
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。
工程光学课程设计双胶合透镜的镜片
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211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 ' =0.5 X 25/100=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 • Dm=1.732DmD m仁D0+d(2U p - D0/f) 〜21.4D m2=n(D0 f 2u p fd)〜17.75 nf pD 0 2 pfu PDmi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 =L • (1 —n2) • u' 4/n 3=—0.00337,2 3 3Sn =L • (1 —n) • u' • u' p /n =—0.000943,Sm =L • (1 —n2) • u' 2• u' 2p /n 3=—0.000264其中n=1.5163，L=37.06，u' =0.125，u' p =0.0352 2棱镜的初级色差为Ci =d - (1 —n) • u1/vn 0.00203C n =d - (1 —n) • u' p • u' /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 T, C i。
直角屋脊棱镜的像差由物镜补偿Si =y • P"=0.00337 P° = S i/y 〜0.00027Sn =y p • P +j • W j=y ' • n'・u' p—n'・u'・y' p =0.4365 所以W = S n/j=0.0021583可求得P,W, C i的归化值y t =12.5*0.0仁0.125 则P^= P T/ (y3=0.13824 一CO T 2W= W/ (y t) =0.13811，Ci = C i /y2t =0.001299。
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哈工大光机系统设计双胶合透镜实验报
告
哈工大光机系统设计双胶合透镜实验报告哈尔滨工业大学实验报告Harbin Institute of Technology 实验报告课程名称：
光机系统设计实验名称：
双胶合消色差物镜设计院系：
电气及自动化与控制系班级：
姓名：
学号：
哈尔滨工业大学1，实验目的设计一个双胶合消色差透镜，并绘制图形，熟悉应用光学、机械学等相关知识，掌握光机系统设计的流程。
2. 结构特性分析双胶合消色差物镜光学性能要求: 1) f / 6，焦距540mm；2) 视场角1.5°；3) 镜片材料选择BAK1 和BK7；4) 20 线对/mm 处MTF>0.4；5) 工作波长：
可见光 3. 初始结构设计当物体处于无穷远时，P∞=W∞=0（孔径角消失），设计消色差系数C=0。
透镜的光焦度分配公式：
通过应用光学相关知识，算的双胶合透镜的曲率半径依次为：
R1 =345.231 R2 =-240.89 R3 =-1003.25 两个透镜的初始厚
度设计各为7mm，透镜组到成像面的距离设计为近轴光线，由ZEMAX 计算出相应厚度调整值。
图1 双胶合透镜出结构设计图2 所示，视场90mm；如图3 所示，视场角设定为1.5°，图4 所示，入射光线为可见光；如所示为初始透镜结构图。
图2 设定视场图3 设置光场图4 设定入射光4. 系统优化设计焦距值为540mm,设定默认优化函数EFFL target 为540，权重为1，选择透镜的三个曲率半径以及相应的厚度作为优化参数，优化结果如图5所示。
图5 优化结果参数5. 像质分析由图6所示，优化后最大的波像差大约为4个波长，尚未达到衍射极限，应为焦平面上的彗差影响所致；同时可见这个透镜相对与可见光的低阶色差比较小，满足设计要求。
图8优化后光线追迹曲线如图6所示，优化后存在彗差，由图中度数可得艾里斑半径为8.595μm，而像差RMS半径为18.570μm，可见此优化结果基本达到设计要求，可以使用。
图7 优化后散点图最后查看调制传递函数，由图10可见，在20线对处的MTF值为0.4835，符合设计要求。
综上所示，本次双胶合消色差透镜的设计符合达到题目的要求。
在20线对/mm处满足MTF>0.4 6.小结：
通过完成本次光机系统设计的大作业基本熟悉了应用光
学、机械学等相关知识和光机系统设计的流程，但由于一些知识点掌握的不好也遇到了很多麻烦，大作业的设计也使本课程做到了加强基础、重视应用、开拓思维、培养能力、提高素质。