光学系统设计(五)
光学系统设计(Zemax初学手册)
光學系統設計（Zemax初學手冊）蔡長青ISUAL 計畫團隊國立成功大學物理系（第一版，1999年7月29日）內容綱目:前言習作一：單鏡片(Singlet)習作二：雙鏡片習作三：牛頓望遠鏡習作四：Schmidt-Cassegrain和aspheric corrector習作五：multi-configuration laser beam expander習作六：fold mirrors和coordinate breaks習作七：使用Extra Date Editor, Optimization with Binary Surfaces前言整個福爾摩沙衛星二號「紅色精靈」科學酬載計畫，其量測儀器基本上是個光學儀器。
所以光學系統的分析乃至於設計與測試是整個酬載發展重要一環。
這份初學手冊提供初學者使用軟體作光學系統設計練習，整個需要Zemax光學系統設計軟體。
它基本上是Zemax使用手冊中tutorial的中文翻譯，由蔡長青同學完成，並在Zemax E. E. 7.0上測試過。
由於蔡長青同學不在參與「紅色精靈」計畫，所以改由黃曉龍同學接手進行校稿與獨立檢驗，整個內容已在Zemax E. E. 8.0版上測試過。
我們希望藉此初學手冊（共有七個習作）與後續更多的習作與文件，使團隊成員對光學系統設計有進一步的掌握。
（陳志隆註）(回內容綱目) 習作一：單鏡片(Singlet)你將學到：啟用Zemax，如何鍵入wavelength，lens data，產生ray fan，OPD，spot diagrams，定義thickness solve以及variables，執行簡單光學設計最佳化。
設想你要設計一個F/4單鏡片在光軸上使用，其focal length 為100mm，在可見光譜下，用BK7鏡片來作。
首先叫出ZEMAX的lens data editor(LDE)，什麼是LDE呢？它是你要的工作場所，譬如你決定要用何種鏡片，幾個鏡片，鏡片的radius，thickness，大小，位置……等。
光学设计实验报告
光学设计实验报告光学设计实验报告引言：光学设计是一门关于光学系统设计和优化的学科，它的目标是设计出满足特定需求的光学系统，如相机镜头、显微镜、望远镜等。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，深入了解光学设计的基本原理和方法。
实验一：透镜的成像特性在这个实验中，我们使用凸透镜和凹透镜，通过调节物距和像距，观察成像特性的变化。
实验结果表明，凸透镜成像为正立、实像，凹透镜成像为倒立、虚像。
通过测量物距和像距的关系，我们可以得到透镜的焦距。
实验二：光学系统的光路追迹在这个实验中，我们使用光路追迹方法，通过绘制光线追踪图来分析光学系统的成像原理。
通过绘制光线追踪图，我们可以清楚地看到光线的传播路径，进而理解光学系统的成像特性。
实验结果表明，光线经过透镜后会发生折射，根据透镜的形状和位置，我们可以预测成像的性质。
实验三：光学系统的畸变分析在这个实验中，我们使用畸变分析方法，通过绘制畸变曲线来评估光学系统的畸变程度。
实验结果表明，光学系统在成像过程中会出现畸变，主要包括球差、彗差和像散等。
通过分析畸变曲线，我们可以了解光学系统的畸变特性，并进行优化设计。
实验四：光学系统的色差分析在这个实验中，我们使用色差分析方法，通过测量不同波长光线的聚焦位置来评估光学系统的色差程度。
实验结果表明，光学系统在成像过程中会出现色差，主要包括色焦差和色散等。
通过测量聚焦位置的变化，我们可以了解光学系统的色差特性，并进行优化设计。
实验五：光学系统的光学传递函数分析在这个实验中，我们使用光学传递函数分析方法，通过测量系统的点扩散函数来评估光学系统的分辨率和模糊程度。
实验结果表明，光学系统的分辨率受到衍射限制，通过分析点扩散函数，我们可以了解光学系统的分辨率特性，并进行优化设计。
结论：通过本次实验，我们深入了解了光学设计的基本原理和方法。
光学设计是一门复杂而有趣的学科，它不仅涉及到光学的物理性质，还需要考虑到实际应用的需求。
通过实验的操作和数据分析，我们可以更好地理解光学系统的成像特性、畸变特性、色差特性和分辨率特性，并进行相应的优化设计。
台湾陈志隆教授光学系统设计实作篇(含程序实例)Chap5_透镜
y y'
x'
z' TLA
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x'''
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y''' TLC
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TLB z'
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圖 5-4 尤 拉 角 (Euler angles)轉 動 角 度 之 正 負 號 使 用 慣 例 （ 圖 中 之 轉 動 方 向 皆 為 正
5-3
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一 個 光 學 曲 面 定 義 作 z’=fபைடு நூலகம்x’,y’)。 如 圖 5-3 所 示 ， 就 局 部 座 標 系 統 而 言 近 原 點 的 凹 陷 （ sag of the surface） 約 為 （ x’2+y’2） /2R。 曲 率 半 徑 R 的 正 負 號 與 曲 面 的 凹 陷 （ sag of the surface） 相 同 。 換 言 之 ，曲 率 半 徑 與 局 部 座 標 系 統 近 中 心 的 曲 面 凹 陷 同 正負 。這 個 規 則 不 論 是否 歪 斜 均 適 用 。
光 學 系 統 設 計實作 篇 第 五 章 透 鏡
(2001 年 第 一 版 ;僅 供 教 學 與 研 究 參 考 ， 請 勿 作 商 業 用 途 。 )
編者:許阿娟、何承舫、張國輝、陳志隆
第 五 章 透鏡
在 這 一 章 裡 我 們 介 紹 透 鏡 數 據 的 格 式 及 如 何 輸 入 ，這 是 光 學 系 統 設 計 的 第 一 步 。 透 鏡 數 據 界 定 清 楚 ，軟 體 才 能 進 行分 析 。 輸 入 方 式 各 家 軟 體 大 同 小 異 。 這 裡 有一 些 正 負 號 的 定 義 是 使 用 者 必 須 小 心 。 換 成 不 同 公 司 出 版 的 軟 體 ，這 些 定 義 要 先 界定 清 楚。 5-1 透 鏡 數 據 用 語 （ lens data conventions） 5-1-1 面 數 定 法 （ Surface numbering）
光学设计全程实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解光学设计的基本原理和过程；2. 掌握光学设计软件（如ZEMAX）的基本操作和应用；3. 通过实验，提高对光学系统性能的评估和优化能力；4. 深入理解光学系统中的各类元件及其作用；5. 培养团队协作和实验操作能力。
二、实验器材1. 光学设计软件（ZEMAX）；2. 相关光学元件（透镜、棱镜、光阑等）；3. 光具座、读数显微镜等辅助仪器；4. 设计说明书和镜头文件。
三、实验内容1. 光学系统设计思路（1）系统结构框图：设计一个简单的光学系统，包括物镜、目镜、光阑等元件，使系统成正像。
（2）系统结构设计：根据系统结构框图，设计物镜、目镜、光阑等元件的几何参数，并确定系统的主要技术参数。
2. 镜头设计（1）物镜设计：根据设计要求，选择合适的物镜类型，确定物镜的焦距、孔径、放大率等参数。
（2）目镜设计：根据设计要求，选择合适的目镜类型，确定目镜的焦距、放大率等参数。
3. 系统优化（1）优化物镜和目镜的几何参数，提高成像质量。
（2）优化系统整体性能，如分辨率、对比度等。
4. 仿真分析（1）使用ZEMAX软件进行光学系统仿真，观察成像质量。
（2）分析仿真结果，对系统进行进一步优化。
5. 实验报告撰写（1）总结实验过程中遇到的问题及解决方法。
（2）对实验结果进行分析和讨论。
四、实验步骤1. 设计光学系统结构框图，确定系统的主要技术参数。
2. 在ZEMAX软件中建立光学系统模型，设置物镜、目镜、光阑等元件的几何参数。
3. 优化物镜和目镜的几何参数，提高成像质量。
4. 优化系统整体性能，如分辨率、对比度等。
5. 使用ZEMAX软件进行光学系统仿真，观察成像质量。
6. 分析仿真结果，对系统进行进一步优化。
7. 撰写实验报告，总结实验过程、结果及分析。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）物镜焦距：f1 = 100mm；（2）目镜焦距：f2 = 50mm；（3）放大率：M = 2；（4）分辨率：R = 0.1mm；（5）对比度：C = 0.8。
光学系统设计答案
光学系统设计（五）参考答案及评分标准 20 分）二、填空题（本大题11小题。
每空1分，共20 分）21.小22.色差、色差、场曲球心处、顶点处、齐明点处（r nn n L '+=） 25.%100y y y q z ⨯''-'='、前、29.场曲30.边缘、31.彗差、畸变、倍率色差三、名词解释（本大题共5 小题。
每小题2 分，共 10 分）32．像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异称为像差。
评分标准：主要意思正确得2分。
33．二级光谱：如果光学系统已对两种色光校正了位置色差，这两种色光的公共像点相对于第三种色光的像点位置仍有差异，该差异称为二级光谱。
评分标准：答对主要意思得2分。
34．焦深：由于实际像点在高斯像点前后0l '∆范围以内，波像差不超过1/4波长，故把0l 2'∆定义为焦深，即20u n l 2''≤'∆λ。
评分标准：主要意思正确得2分。
35．正弦差：正弦差是轴外小视场成像的宽光束的不对称性的量度，其表达公式为y K C S S ''≈'。
评分标准：主要意思正确得2分。
36．复消色物镜：校正了系统二级光谱的物镜，称为复消色物镜。
评分标准：答对主要意思得2分。
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？答：瑞利判断：实际波面与参考球面波之间的最大波像差不超过4/λ时，此波面可看作是无缺陷的。
斯托列尔准则：成像衍射斑中心亮度和不存在像差时衍射斑中心亮度之比8.0..≥D S 时，认为光学系统的成像质量是完善的。
这两个准则是相互一致的，当最大波像差为4/λ时，..D S 值刚好约等于 评分标准：答出每个准则的概念各得2分，关系正确得1分。
38．完全对称式系统，当⨯-=1β时，垂轴像差与沿轴像差有何特性？答：垂轴像差可以得到自动校正，即彗差、畸变和倍率色差均为零；而沿轴像差为系统半部像差的2倍，如球差、像散、场曲和位置色差。
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。
光学系统课程设计
光学系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解光学系统基本概念，掌握光学元件的作用和原理；2. 学会使用透镜公式和光路图分析光学系统；3. 了解光学成像的规律，掌握不同类型光学成像的特点；4. 掌握光学系统设计的基本方法和步骤。
技能目标：1. 能够正确使用光学仪器，进行光学实验操作；2. 能够运用透镜公式解决实际问题，分析光学系统性能；3. 能够根据给定的需求，设计简单的光学系统；4. 能够通过团队合作，完成光学系统设计项目。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对光学现象的好奇心和探索精神，激发学习兴趣；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据和事实；3. 培养学生团队协作意识，提高沟通与交流能力；4. 培养学生环保意识，关注光学技术在环保领域的应用。
课程性质：本课程为物理学科选修课程，旨在帮助学生掌握光学基础知识，提高解决实际问题的能力。
学生特点：学生处于高中阶段，具备一定的物理基础和实验操作能力，对光学现象感兴趣，但需进一步培养探究精神和实践能力。
教学要求：注重理论联系实际，以实验为基础，引导学生通过观察、思考、实践，掌握光学系统设计的方法和技巧。
教学过程中，注重启发式教学，鼓励学生提问和讨论，提高学生的主动学习能力。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关领域的学习和研究打下基础。
二、教学内容1. 光学基本概念：光的基本性质、光学元件（透镜、面镜）、光学成像分类；2. 透镜公式与光路图：透镜公式推导、光路图绘制、光学系统分析；3. 光学成像规律：实像与虚像、放大与缩小、成像位置与物距关系；4. 光学系统设计：光学系统设计方法、步骤、实例分析；5. 光学实验操作：光学仪器使用、实验操作技巧、实验数据处理；6. 光学技术应用：光学在日常生活、科技、环保等领域的应用案例。
教材章节关联：1. 与教材第二章“光的传播”相关，深化对光直线传播、反射、折射等概念的理解；2. 与教材第三章“光学成像”相关，学习透镜成像、面镜成像等知识点；3. 与教材第四章“光学仪器”相关，了解光学仪器的基本构造和原理。
光学设计知识点总结
光学系统设计的具体过程: 「1、根据使用要杷定合理的技耒药T]（2.光学系经创始盈构确込）[4、参数规化（、卜径套样板、片度恻整〉 5、公滩分析〕二像差1. 在级数展开过程中.所忽略的商次项即表征了光学系统的实际像与埋想像之间的差异.这种差异即为像 差。
2.「A 单色像差*•儿何像差・ 球差.彗差（正弦差）.像散.场曲、畸变L 》色 差位置色差、倍率色差•波 差实际波面与理想球面的偏差称为波像差，简称波差。
3 .1）对光能接收器的垠灵敬的谱线校正单色像差；2）对接收器所能接收的波段范鬧两边缘附近的谱线校正色差；一）球養（孔径的函数）（球筮是轴上点成像存在的唯一的一种单色像澄）1. 轴上一点发出的不同孔径和入射商度的光在通过光学系统后有不同的像距，就是球差oL^f-r危害：球差帯來的危害是一个恻形弥散斑，影响像的淸晰度校正^1） 单个正透镜产生负球差，笊个负透镜产生正球差。
因此用正负透镜组合校正球差。
2） 非球面校正球差：在zemax 中，点击分析•朵项、轴向像差查看2•单个折射球面的无球差点：1） M iL=Olht. LM ）.即物点与球面顶点重合时不产生球差：2） 、"ismI ・sinT = O ・即1=1' = 0时.这时L = L' = r ・即物点位于球面球心时，不产生球差。
r n + n r , n + n n _ nL f ifL = -------- r L =—/• /3=—- = — 2. ） 11 , 11 ， 11L n '.这一对共觇点称为不晕点，或齐明点【仞」1】物点位于透镜第一面的球心，第二面为不晕面。
■第■面：L\ =L f \ =T],0]=®/叭=l/n;■第一面：L^= L fL f 2 = ”必2卅 2=也2、厂2=”2厶 2/（"2十"‘2）=«£2/（«+1）, 02=（捕呛片乩3. 球差的级数展开式：初级球差与孔径的平方成正比.二级球差与孔径的I 川次方成正比。
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。
光学系统设计
光学系统设计光学系统设计光学系统设计是指通过光学元件将光线进行控制和转换，以满足特定的光学需求。
在现代科技领域中，光学系统设计已经被广泛应用于各种领域，例如医疗、通信、测量、制造等。
本文将从以下几个方面详细介绍光学系统设计。
一、光学元件的选择和优化1. 光学元件的分类根据其功能和形状，光学元件可以分为透镜、棱镜、反射镜等。
其中透镜是最常用的光学元件之一，它可以将入射的平行光线聚焦成点或者将散开的光线汇聚成束。
2. 光学元件的选择原则在进行光学系统设计时，需要根据具体情况选择合适的光学元件。
一般来说，选择一个合适的光学元件需要考虑以下几个方面：（1）波长范围：不同波长的光线对应不同折射率和色散率，在选择透镜时需要考虑到使用波长范围。
（2）孔径大小：孔径大小直接影响到系统分辨率和透过能力。
在选择透镜时需要考虑到孔径大小。
（3）曲率半径：曲率半径决定了透镜的成像质量和聚焦能力。
在选择透镜时需要考虑到曲率半径。
（4）材料特性：不同材料的折射率、色散率、透过率等特性不同，需要根据具体情况进行选择。
3. 光学元件的优化方法在进行光学系统设计时，为了达到理想的光学效果，需要对光学元件进行优化。
常见的优化方法有以下几种：（1）球面形状优化：通过调整球面曲率半径和位置等参数，来达到最小化像差和提高成像质量的目的。
（2）非球面形状优化：通过调整非球面曲面参数来实现更高级别的像差校正。
（3）多元素组合优化：通过组合多个光学元件来实现更高级别的像差校正和成像质量提升。
二、光路设计和分析1. 光路设计原则在进行光路设计时，需要遵循以下原则：（1）保证光线传输路径上无遮挡物；（2）保证系统中各个光学元件之间的距离和位置精度；（3）保证系统中光线的传输方向和光路长度。
2. 光路分析方法在进行光路分析时，需要使用以下方法：（1）光线追迹法：通过计算入射光线的传输路径和折射角度等参数，来确定成像质量和像差情况。
（2）矩阵法：通过矩阵变换来描述光学元件之间的传输关系，从而计算出系统传输函数和成像质量。
(完整word版)光学课程设计望远镜系统结构设计
光学课程设计——望远镜系统结构设计姓名：学号：班级：指导老师：一、设计题目：光学课程设计二、设计目的：运用应用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。
了解光学设计中的PW法基本原理。
三、设计原理：光学望远镜是最常用的助视光学仪器，常被组合在其它光学仪器中。
为了观察远处的物体,所用的光学仪器就是望远镜,望远镜的光学系统简称望远系统. 望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。
所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。
它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统.其系统由物镜和目镜组成,当观察远处物体时,物镜的像方焦距和目镜的物方焦距重合,光学间距为零.在观察有限远的物体时,其光学间距是一个不为零的小数量,一般情况下,可以认为望远镜是由光学间距为零的物镜和目镜组成的无焦系统.常见望远镜按结构可简单分为伽利略望远镜，开普勒望远镜，和牛顿式望远镜。
常见的望远镜大多是开普勒结构，既目镜和物镜都是凸透镜（组），这种望远镜结构导致成像是倒立的，所以在中间还有正像系统。
物镜组（入瞳）目镜组视场光阑出瞳1'1ω2'2'ω3 'f物—f目'l z'3上图为开普勒式望远镜，折射式望远镜的一种。
物镜组也为凸透镜形式，但目镜组是凸透镜形式。
为了成正立的像，采用这种设计的某些折射式望远镜，特别是多数双筒望远镜在光路中增加了转像稜镜系统。
此外，几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开普勒式。
伽利略望远镜是以会聚透镜作为物镜、发散透镜作为目镜的望远镜（会聚透镜的焦距要大于发散透镜的焦距），当远处的物体通远物镜(u>2f ）在物镜后面成一个倒立缩小的实像，而这个象一个要让它成现在发散透镜（目镜）的后面即靠近眼睛这一边，当光线通过发散透镜时，人就能看到一个正立缩小的虚象。
大视场离轴三反光学系统设计
大视场离轴三反光学系统设计超大视场离轴三反光学系统设计（一）系统概述超大视场离轴三反光学系统是一种具有超大视场、低失真和高性能的反光学系统，主要包括反光镜、聚焦镜组、准直镜组、透镜组和其他光学元件，采用先进离轴技术设计开发。
它能够实现对大物体的密集成像以及实现低失真、高质量的图像。
（二）设计原则1.系统设计原则：应该特别注意偏准物稳定性、图像准直和色散校正。
2.光学元件：尽可能选用可靠性高、性能良好的元件并采用先进的离轴技术，以确保系统能够快速响应，提升性能和质量。
3.复杂结构：系统应该简单但有效，减少系统中的复杂元件数量，减轻重量、减少体积，提高系统的可携带性。
（三）基本结构该系统的基本结构具有如下特点：（1）反光镜以及准直镜组采用多反射面来实现高亮度、高质量的图像在镜片之间，而不是复合光学元件；（2）多反射面设计需要精确的模仿实现；（3）聚焦镜组采用单反射面结构，可以确保系统的精度和可靠性；（4）透镜组则采用由紫外光、可见光和近红外光三种类型的透镜组合，能够得到高质量的图像。
（四）特性1.超大视场：采用离轴技术、多层反射面以及透镜组合的超大视场离轴三反光学系统能够传递大量信息，实现对大物体的密集成像。
2.低失真：采用最新的离轴技术和准直器精确控制，确保图像准直和色散校正，消除几何变形，实现低失真、高质量的图像。
3.高性能：系统的结构紧凑，减少了尺寸和重量，使其可以作为便携式设备使用，提升性能和质量。
（五）总结超大视场离轴三反光学系统具有超大视场、低失真和高性能的特性，可以实现大物体的密集成像，是当今最先进的反光学系统。
它不仅可以用于精密医学成像，而且还具有广泛的临床应用价值，可满足当前市场对高性能设备的需求。
第五章 光学系统中的光阑
角度度量： 角度度量：
3.确定视场光阑的方法： 确定视场光阑的方法： 确定视场光阑的方法
讨论条件： 孔阑、入瞳、出瞳均为无穷小（特殊情况）， ），轴上 讨论条件： 孔阑、入瞳、出瞳均为无穷小（特殊情况），轴上 轴外物点均只有一条主光线经过光学系统成像。 轴外物点均只有一条主光线经过光学系统成像。 1）首先用寻找入瞳、孔阑的方法寻找到入瞳、孔阑。 ）首先用寻找入瞳、孔阑的方法寻找到入瞳、孔阑。 2）将所有除孔阑外的光孔经其前方光组成像到物空间，求出每个光孔 ）将所有除孔阑外的光孔经其前方光组成像到物空间， 像的位置和大小。 像的位置和大小。 3）各光孔像中，对入瞳中心张角最小者，像本身为入射窗，像对应的 ） 光孔像中 对入瞳中心张角最小者，像本身为入射窗， 实际光孔即为视阑。视阑经过后方光组成在像空间的像即为出射窗。 实际光孔即为视阑。视阑经过后方光组成在像空间的像即为出射窗。
3.确定孔径光阑的方法： 确定孔径光阑的方法： 确定孔径光阑的方法 原则：将光学系统中所有的光学零件的通光孔（镜框） 原则：将光学系统中所有的光学零件的通光孔（镜框）分别通 过其前面的光学零件成像到整个系统的物空间去， 过其前面的光学零件成像到整个系统的物空间去，入射光瞳必然是 其中对物面中心张角最小的一个。 其中对物面中心张角最小的一个。 1）将所有光学元件的通光孔径经前方光组成像到物空间，并求出各个 ）将所有光学元件的通光孔径经前方光组成像到物空间， 光孔在物空间像的大小和位置。 光孔在物空间像的大小和位置。 a）规定光传播方向从右向左，以光孔为物，与物点发出的光线反向。 ）规定光传播方向从右向左，以光孔为物，与物点发出的光线反向。 b）所有孔或框为实物。 ）所有孔或框为实物。 c）利用解析法求解像的位置和大小。 ）利用解析法求解像的位置和大小。 2）物点在有限远时，各光孔像中，对轴上物点张角最小者，限制了轴 ）物点在有限远时， 光孔像中 对轴上物点张角最小者， 上点光束的孔径角，即为入瞳。入瞳对应的实际光孔即为孔径光阑。 上点光束的孔径角，即为入瞳。入瞳对应的实际光孔即为孔径光阑。 3）物点在无限远时，各光孔像中，直径最小者即为入瞳。入瞳对应的 ）物点在无限远时， 光孔像中 直径最小者即为入瞳。 实际光孔即为孔径光阑。 实际光孔即为孔径光阑。
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光学系统设计(五)
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．对于密接双薄透镜系统，要消除二级光谱，两透镜介质应满足 ( )。
A.相对色散相同，阿贝常数相差较小
B.相对色散相同，阿贝常数相差较大
C.相对色散相差较大，阿贝常数相同
D.相对色散相差较小，阿贝常数相同
2．对于球面反射镜，其初级球差表达公式为 ( )。
A.ϕδ2h 81
L =' B. ϕδ2h 81
L -=' C. ϕδ2h 41
L =' D. ϕδ2h 41
L -='
3．下列光学系统中属于大视场大孔径的光学系统是 ( )。
A.显微物镜
B.望远物镜
C.目镜
D. 照相物镜
4．场曲之差称为 ( )。
A.球差
B. 彗差
C. 像散
D. 色差
5．初级球差与视场无关，与孔径的平方成 ( )。
A.正比关系
B.反比关系
C.倒数关系
D.相反数关系
6．下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有( )。
A.球差
B.场曲
C.畸变
D.倍率色差
7．不会影响成像清晰度的像差是 ( )。
A.二级光谱
B.彗差
C.畸变
D.像散
8．下列光学系统中属于大视场小孔径的光学系统是 ( )。
A.显微物镜
B.望远物镜
C.目镜
D. 照相物镜
9．正弦差属于小视场的 ( )。
A.球差
B. 彗差
C. 畸变
D. 色差
10．初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为 ( )。
A.3：1
B.4：1
C.5：1
D.2：1
11．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
12．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
13．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
14．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
15．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
16．与弧矢平面相互垂直的平面叫作 ( )。
A.子午平面
B.高斯像面
C.离焦平面
D.主平面
17．下列软件中，如今较为常用的光学设计软件是 ( )。
A.abr 软件
B.OPD88软件
C.ZEMAX 软件
D.AutoCAD 软件
18．光学传递函数的横坐标是 ( )。
A.波长数
B.线对数/毫米
C.传递函数值
D.长度单位
19．星点法检验光学系统成像质量的缺陷是 ( )。
A.不方便进行，步骤复杂
B.属主观检验方法，不能量化
C.属客观检测方法，但精度低
D.计算复杂，应用不便
20．波像差就是实际波面与理想波面之间的 ( )。
A.光程差
B.几何像差
C.离焦量
D.距离差
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.物体位于无穷远，则对于同一光焦度薄透镜而言，阿贝常数值越大，色差越 。
22.对于激光光学系统，不需要校正的像差是 ；对于反射镜系统，不需要校正的像差是 ；对于平行平板，不需要校正的像差是 。
23.萤石在校正二级光谱方面有着非常重要的应用，其参数为43385.1n D =，00454.0n n C F =-，则其阿贝常数为 。
24.单个折射球面的三对无球差点位置是 、 、 。
25.在表示畸变时，通常采用相对畸变，其表达公式为 。
26.一双胶合薄透镜组，若0C I =，则=II C 。
27.在轴外像差U tg ''-∆y 特性曲线中，若一圆滑曲线关于'y ∆轴完全对称，则系统的细光束子午场曲='t x 。
28.只含初级和二级球差的望远物镜，校正球差后，使边缘光球差0L m ='δ，其边缘带高级球差为0.5mm ，则='0.707L δ ，为使波像差最小，离焦后其最佳像面应位于理想像点 侧 毫米处。
29.反射棱镜处于会聚光路中，除 ，其它像差均存在。
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.完全对称式光学系统，当1-=β时，可以消除的像差有 、 、 。
三、名词解释（本大题共5 小题。
每小题2 分，共 10 分）
32．像差：
33．二级光谱：
34．焦深：
35. 正弦差：
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．消像差谱线的选择有何原则？
40. 一物体的峰-谷比（peak to valley ）是λ23.0，问是否满足Rayleigh 条件？
41. 近视眼应佩戴何种透镜加以矫正？为什么？
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。
44. 设计一齐明透镜，第一面曲率半径95m m r 1-=，物点位于第一面曲率中心处，第二球面满足启明条件，若该透镜厚度5mm d =，折射率5.1n =，该透镜位于空气中，求
（1）该透镜第二面的曲率半径；
（2）该启明透镜的垂轴放大率。