光学设计1
光学设计
1、设计一个10倍的观察镜：全视场：2ω＝5°；出瞳直径：d=4.5mm ；镜目距：p=19.5mm；分辨率：α=5.5”；渐晕系数：k=0.48；棱镜出射面与分划板之间距离：a=10mm；棱镜：施密特屋脊棱镜；材料：BAK7；目镜：2-28。
2、设计一个10倍的观察镜：全视场：2ω＝5°；出瞳直径：d=4.5mm；镜目距：p=19.5mm；分辨率：α=5.5”；渐晕系数：k=0.62；棱镜的出射面与分划板之间的距离：a=10mm；棱镜：DIJ- 60°；材料：K9；目镜：2-28。
3、设计一个10倍的观察镜：全视场：2ω＝5°；出瞳直径：d=4.5mm；镜目距：p=19.5mm；分辨率：α=5.5”；渐晕系数：k=0.54；棱镜的出射面与分划板之间的距离：a=10mm；棱镜：D IJ-45°；材料：BAK7；目镜：2-28。
4、设计一个8倍的观察镜：全视场：2ω＝7°；出瞳直径：d=5mm；镜目距：p=20mm；分辨率：α=6”；渐晕系数：k=0.76；棱镜的出射面与分划板之间的距离：a=10mm；棱镜：施(斯米）密特屋脊棱镜；材料：K9；目镜：2-28。
5、设计一个8倍的观察镜：全视场：2ω＝7°；出瞳直径：d=5mm；镜目距：p=20mm；分辨率：α=6”；渐晕系数：k=0.61；棱镜的出射面与分划板之间的距离：a=10mm；棱镜：列曼屋脊棱镜；材料：K9；目镜：2-28。
6、设计一个8倍的观察镜：全视场：2ω＝7°；出瞳直径：d=5mm；镜目距：p=20mm ；分辨率：α=6”；渐晕系数：k=0.55；棱镜的出射面与分划板之间的距离：a=10mm；棱镜：阿贝屋脊棱镜；材料：K9；目镜：2-28。
7、设计一个8倍的观察镜：全视场：2ω＝6.5°；出瞳直径：d=5mm；镜目距：p=20mm ；分辨率：α=6”；渐晕系数：k=0.61；棱镜的出射面与分划板之间的距离：a=15mm；棱镜：阿贝屋脊棱镜；材料：K9；目镜：2-28。
光学设计课程设计
光学设计课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解光学设计的基本概念、原理和方法，掌握光学系统的组成和设计流程，培养学生的创新意识和实践能力。
具体目标如下：1.知识目标：•掌握光学基本概念、原理和定律。
•了解光学系统的组成和分类。
•学习光学设计的方法和步骤。
2.技能目标：•能够运用光学原理分析光学系统。
•掌握光学设计软件的基本操作。
•具备光学系统设计和优化能力。
3.情感态度价值观目标：•培养学生对光学科技的兴趣和热情。
•增强学生的创新意识和团队合作精神。
•培养学生关注社会发展和实际问题的意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.光学基本概念、原理和定律：光的传播、反射、折射、衍射等。
2.光学系统组成：透镜、镜片、光源、探测器等。
3.光学设计方法：几何光学、波动光学、数值光学等。
4.光学系统设计流程：需求分析、光学设计、光学仿真、优化等。
5.光学设计软件操作：Zemax、TracePro、LightTools等。
三、教学方法为实现课程目标，本课程将采用多种教学方法，如：1.讲授法：讲解光学基本概念、原理和定律，以及光学系统设计方法。
2.案例分析法：分析实际光学系统设计案例，让学生了解光学设计的过程和技巧。
3.实验法：让学生动手进行光学实验，培养实际操作能力和实验素养。
4.讨论法：分组讨论光学问题，培养学生的团队协作和沟通能力。
四、教学资源为实现课程目标，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的光学设计教材，如《光学设计》、《光学原理》等。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，如《光学手册》、《光学工程》等。
3.多媒体资料：制作课件、教学视频等，辅助学生理解和掌握光学知识。
4.实验设备：配置光学实验器材，如透镜、光源、探测器等，供学生进行实验。
5.光学设计软件：提供正版光学设计软件，如Zemax、TracePro、LightTools等，供学生学习和使用。
五、教学评估为全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：评估学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，以了解学生的学习态度和实际水平。
光学设计
光学系统设计与工艺班级学号目录1、像质评价的基本方法 (02)1-1、基本像差 (02)1-2、zemax像差评估 (06)2、zemax的优化原理 (11)3、显微物镜的设计 (16)3-1、光学计算部分 (16)3-2、zemax优化方式 (17)4、望远物镜的设计 (23)4-1、光学计算部分 (23)4-2、zemax优化方式 (27)5、照相物镜的设计 (33)5-1、系统初始结构评价 (33)5-2、zemax优化方式 (35)6、双高斯目镜的设计 (42)6-1、光学计算部分和初始状态 (42)6-2、zemax优化方式 (43)7、望远镜组合设计 (44)7-1镜头组合后的整体系统要求 (44)7-2、系统的优化方式与优化的结果评估 (46)8、防电磁泄露的优化 (53)1、像质评价的基本方法1-1基本像差1球差：球差是由于镜头的透镜球面上各点的聚光能力不同而引起的。
从无穷远处来的平行光线在理论上应该会聚在焦点上。
但是由于近轴光线与远轴光线的会聚点并不一致，会聚光线并不是形成一个点，而是一个以光轴为中心对称的弥散圆，这种像差就称为球差。
球差的存在引起了成像的模糊，而从下图可以看出，这种模糊是与光圈的大小有关的。
小光圈时，由于光阑挡去了远轴光线，弥散圆的直径就小，图像就会清晰。
大光圈时弥散圆直径就大，图像就会比较模糊。
必须注意，这种由球差引起的图像模糊与景深中的模糊完全是两会事，不可以混为一谈的。
球差可以通过复合透镜或者非球面镜等办法在最大限度下消除的。
在照相镜头中，光圈数增加一档（光孔缩小一档），球差就缩小一半。
我们在拍摄时，只要光线条件允许，可以考虑使用较小的光圈来减小球差的影响。
2慧差：彗差是在轴外成像时产生的一种像差。
从光轴外的某一点向镜头发出一束平行光线，经光学系统后，在像平面上并不是成一个点的像，而是形成不对称的弥散光斑，这种弥散光斑的形状象彗星，从中心到边缘拖着一个由细到粗的尾巴，首端明亮、清晰，尾端宽大、暗淡、模糊。
光学设计课件
｛
横向及纵向尺寸
各组光瞳之间的衔接
三 成象质量
光学系统的外形尺寸计算
由物镜和目镜组成的望远系统
结构和光束限制
望远镜光路图：
反射棱镜成像特性:在光路中相当于平行平板 轴向位移 △L’= d ( 1 - 1/n)
｛
棱镜
简单棱镜 复合棱镜
屋脊棱镜
棱镜展开：沿反射面的次序依次展开
等效空气层的厚度
4D / n
h1 = ?棱镜 厚4h,半口 径8.5，假 设高8.5， 厚度d= 8.5х4=34 等效空气 平板厚d = d/n
系统等效光路图
Ⅰ Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ
系统结构图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有两个渐晕
｛
棱镜最后一面:挡上边25% 光束
目镜 ：挡下边25%的光束
望远物镜选型：P410课本
物镜D/f1’=1/4， D=30 , f1’=120
双胶合物镜
双分离物镜
三片型物镜
摄远物镜
｛
物镜可选双胶合 f’ = 120
D/f’ = 1/4 目镜型式 г = -tgω’ / tgω= -f1 ’ /f2 ’ 2ω’ Lz’ f2 ’
冉斯登目镜 2ω：30˚-40 ˚相对镜目距 Lz’ =1/4 凯涅尔目镜 2ω：40˚-50 ˚相对镜目距 Lz’
象差的现象、产生原因、如何消除各种象差
1. 明确象差概念
2. 掌握初级象差理论
象差分类
球差δL’ 彗差KT，KS 象散x’ts 场曲x’t x’s 畸变δyz’ 位置色差△lFC’ 倍率色差δyFC’
典型光学系统 1 显微镜，望远镜， 照相机，投影仪 成像原理 2 外形尺寸计算：轴向尺寸、垂轴 尺寸、通光口径、物高象高、光阑
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。
光学设计实验(一)望远镜系统设计实验
光学设计实验（一）望远镜系统设计实验1 实验目的（1）通过设计实验，加深对已学几何光学、像差理论及光学设计基本知识、一般手段的理解，并能初步运用；（2）介绍光学设计ZEMAX 的基本使用方法，设计实验通过ZEMAX 来实现 2 设计要求(1) 设计一个8倍开普勒望远镜的目镜，焦距f’=25mm ，出瞳直径D ’=4mm ，出瞳距>22mm ，视场角2ω’=25︒；考虑与物镜的像差补偿，目镜承担轴外像差的校正，物镜承担轴上像差的校正。
（总分：30分）（2）设计一个8倍开普勒望远镜的物镜，其焦距、相对孔径D/f ’、视场角、像差补偿要求根据设计（1）的要求来确定，要求给出计算过程。
（总分：30分）（3）将上述物镜与目镜组合成开普勒望远镜，要求望远镜的出射光束角像差小约3’左右。
如不符合要求，可结合ZEMAX 中paraxial 理想光学面，通过控制视觉放大倍率和组合焦距为无限大（如f ’>100000）等手段。
（总分：30分）（4）回答和分析设计中的相关问题（总分：10分）所有设计中采用可见光（F ，d ，C ）波段。
问题1：望远光学系统和开普勒望远镜的特点问题2：目镜的光学特性和像差特点问题3：常用的目镜有哪些？常用的折射式望远物镜有哪些？ 问题4：望远镜系统所需要校正的主要像差有那些？提示：目镜采用反向光路设计，目镜包括视场光阑，注意目镜孔径光阑的设置。
判定出射光束角像差小约3’左右的方法：在像面前插入一个paraxial 类型的面，若该面焦距（即与像面之间的距离）为1000mm ，则Spot diagram 的Geo Radius 则应小1mm 。
m 91512.5COS 343831000COS 3438322'μω=⨯⨯=⨯⨯≤f R 3 设计流程所谓光学系统设计就是根据使用要求，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、初始结构的计算和选择、象差校正和平衡以及象质评价。
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。
光学实验设计高中生物教案
光学实验设计高中生物教案
年级：高中生物
目标：通过本实验设计，学生将能够理解光学原理和实验方法，培养他们的实验设计和分析能力。
材料：
1. 白底反射板
2. 照明设备（如手电筒）
3. 直尺
4. 墨水笔
5. 实验记录表
实验步骤：
1. 将白底反射板平放在桌子上。
2. 将照明设备（手电筒）放在离反射板一定距离处，将其打开。
3. 使用直尺在反射板上标记出几个不同位置的点。
4. 选择一个标记点，将反射板倾斜一定角度，观察光线在反射板上的反射情况。
5. 用墨水笔在反射板上标记出光线的入射和反射方向。
6. 尝试调整光线的角度和位置，记录下不同情况下的反射情况。
7. 根据实验数据，分析光线的反射规律，确定入射光线和反射光线的关系。
8. 结合实验数据和分析结果，撰写实验报告并讨论实验结果。
拓展实验设计：
1. 尝试使用不同形状和质地的反射板，比较它们对光线的反射情况。
2. 探究不同光线入射角度和反射光线角度之间的关系。
3. 研究光线在不同介质中的传播和反射规律。
评估方式：
1. 学生根据实验结果撰写实验报告。
2. 学生展示实验过程和分析思路。
3. 老师进行实验数据分析和讨论的评价。
教学反思：
通过本实验设计，学生将能够深入理解光学原理和实验方法，培养他们的实验设计和分析能力。
同时，学生也会在实验中培养观察和实践的能力，提高他们的科学素养。
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。
精品文档-光学设计(刘钧)-第1章
第1章 绪论
4. 以总体设计为依据，以像差评价为准绳，来进行长光路的 拼接与统算。若结果不合理，则应反复试算并调整各光组的位
5. 绘制各类图纸，包括确定各光学零件之间的相对位置，光 学零件的实际大小和技术条件。这些图纸为光学零件加工、检 验，部件的胶合、装配、校正，乃至整机的装调、测试提供依
第1章 绪论
第1章 绪论
1.2 光学系统设计的具体过程和步骤
1.2.1 光学系统设计的具体过程 1. 从光学系统对使用要求满足程度出发，制定光学系统合理
2. 光学系统总体设计和布局
第1章 绪论
3. 一般分为选型、确定初始结构参数、像差校正三个阶段 1) 选型 2) (1) 解析法(代数法) (2) 缩放法 3) 像差校正、平衡与像质评价
D tan
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f 100
Cm
第1章 绪论
每一种知识都需要努力， 都需要付出，感谢支持！
第1章 绪论
知识就是力量，感谢支持！
第1章 绪论
一一一一谢谢大家！！
第1章 绪论
第1章 绪论
1.1 光学设计的发展概况 1.2 光学系统设计的具体过程和步骤 1.3 仪器对光学系统性能与质量的要求
第1章 绪论
1.1 光学设计的发展概况
1.1.1 光学设计的概念 所谓光学系统设计，就是根据仪器所提出的使用要求，来
决定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的性能参数、 外形尺寸和各光组的结构等。 1.1.2 光学设计的发展概况
第1章 绪论
1.3.4 仪器的使用条件 望远镜的工作放大率应按下式选取: 0.2D≤Γ≤0.75D 有时对光学系统提出的要求是互相矛盾的。这时，应进行
深入分析，全面考虑，抓住主要矛盾，切忌提出不合理的要求。 例如在设计照相物镜时，为了使相对孔径、视场角和焦距三者 之间的选择更加合理，应该参照下列关系式来选择这三个参数:
光学设计基础PPT课件
kSVi1源自k i1h2 z
h2
P 3J
k i1
h
2 z
h2
W
J
2
k i1
h z h
3 h
u n
n n n nr
J
2
k i1
1 h2
1 n2
精品课件
23
二、 从已有资料中选择初始结构的方法
随着计算机的发展和光学设计技术的提高， 人们已经设计出很多性能优良的各种光学系统， 并把这些资料载入技术档案和专利文献中。有些 光学设计手册也专门收集了有关设计资料。如能 从这些专利文献中选择一些光学特性与所设计的 物镜尽可能接近的结构做为初始结构，不但会给 设计者节省好多时间，而且也容易获得成功。尤 其是，设计高性能的复杂物镜时，一般都从专利 文献中选择初始结构。
小视场 显微物镜 大孔径 望远物镜
L,SC,lFC
大视场 目镜
小孔径
X
ts
,
X
t
,
X
s
KT, yFC,yZ
大视场 摄影物镜 全部七种象差 大孔径 投影物镜
精品课件
简单,双胶合 （双分离） 称小象差系统
无须校正轴上点象 差，主要为轴外点 象差，适当校正光 栏球差，比较复杂
复杂 称为大像差系统
14
第二章 光学系统设计过程
精品课件
3
象差研究： （1）象差的分类 （2）象差产生的原因及危害 （3）光学系统对象差的要求及象质评价
所以总的目的 --完成光学系统及光学元件的设计； 象差分析、象差平衡、象质评价
精品课件
4
（2）象差的分类与表示
分类
轴上点 单白色光 ::光 Ll'F',SC C'
(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。
光学设计常用知识点总结
光学设计常用知识点总结光学设计是一门研究光学系统设计和优化的学科，它涉及到许多领域包括光学元件设计、成像系统设计、激光系统设计、光学仪器设计等等。
在光学设计中，要考虑到光学系统的性能、成本和制造工艺等方面的因素，因此需要具备一定的专业知识和技能。
下面将对光学设计中常用的知识点进行总结。
1. 光学系统的基本原理光学系统是由光学元件组成的，包括透镜、棱镜、反射镜等。
光学系统的基本原理包括折射、反射、色散、光程差等，需要了解这些原理才能设计出符合要求的光学系统。
2. 光学元件的设计光学元件的设计是光学设计的核心内容，它涉及到表面形状、材料选择、光学参数等方面的问题。
例如，透镜的设计需要考虑到球面透镜和非球面透镜的设计原理，以及材料的折射率、色散性质等。
3. 成像系统的设计成像系统的设计是光学设计中的重要内容，它涉及到光学系统的分辨率、像质、畸变、光学畸变等问题。
在成像系统的设计中需要考虑到光学设计参数、材料选择、加工工艺等因素。
4. 激光系统的设计激光系统的设计是光学设计中的重要领域，它涉及到激光器、激光束的控制、激光系统的稳定性等问题。
在激光系统的设计中需要考虑到光学器件的参数选择、光线的调节和控制等因素。
5. 光学仪器的设计光学仪器的设计是光学设计的重要内容，它涉及到望远镜、显微镜、光谱仪、光栅等仪器的设计。
在光学仪器的设计中需要考虑到光学系统的性能、成像质量、成本和制造工艺等因素。
6. 光学设计软件的应用光学设计软件是光学设计的重要工具，它可以用于光学系统的建模、优化、分析等工作。
现在已经有很多成熟的光学设计软件，如Zemax、Code V、LightTools等，它们可以帮助工程师更好地进行光学设计工作。
总之，光学设计是一门复杂的学科，它涉及到多个方面的知识，需要工程师具备一定的专业知识和技能。
以上是关于光学设计常用知识点的总结，希望能够帮助读者更好地了解光学设计领域。
光学设计1
tg tg hz11 hz22
目镜的物方视场角一般很小，我们假定ω=0，
将 1 代入2 上式得： tg (hz1 hz2 )2
由于ω=0，因此hz1 y ,f代tg入 上式求解
hz得2 ：
hz 2 f 2
tg1
f f
2
公式中
f f
2> 1，我们取
目镜的球差和轴向色差，一般也不能完全校正， 需要由物镜来补偿，因为在物镜中这两种像差 也是很容易控制的。
彗差则尽可能独立校正，有少量彗差无法完全 校正，也可以用物镜的彗差进行补偿。
这样虽然物镜和目镜都分别有一定的像差，但 整个系统像差得到很好校正，可以使系统的成 像质量得到提高。
以上所说，是在目镜和物镜尽可能独立校正像差 的前提下，进一步考虑它们之间的像差补偿问题，这 是对要求在物镜后焦面即目镜前焦面上安装分划镜的 望远系统来说的。如果系统中不要求安装分划镜，则 物镜和目镜的像差校正可以按整个系统综合考虑，使 系统结构尽可能简化。
1 1
h2 hz2
2 2
由图可以看到h1和h2同号，hz1,hz2,φ1,φ2均大于
零，因此 S IIC不可能等于零。不过由于h1,h2，hz2都 不大，所以公式中的两项都不大，垂轴色差不致十分
严重。为尽可能减小垂轴色差，玻璃的色散应尽量小
（v值尽量大），一般都采用色散较小而又最常用的
K9玻璃。
由于系统中全是正透镜，它的球差和轴向色差 比其他目镜大，这种目镜通常用于出瞳直径和 出瞳距离都不大的实验室仪器中，光学特性大
前面介绍的四种目镜，都是由两个正透镜组构成的， 对称式目镜的两个正透镜组密接，所以它的场曲最小， 惠更斯目镜中两正透镜的间隔最大，场曲最大
光学设计
光学设计1．光源把握要选择LED，就必须考虑满足使用要求的光学设计，通常可利用光学模拟软件等手段来进行透镜、反射器等光学元器件的设计。
在涉及LED封装的情况下，首先要从封装设计入手，充分考虑芯片的位置、大小、反射器光学器件形状等因素的影响，否则将会产生与实际不符的结果，此点应引起足够的重视。
LED芯片可能会被误认为点光源，但实际上由于芯片存在一定的面积，应视作面光源来加以考虑，光学设计时，应注意光源面上各点将向空间各方向发光。
2．透镜设计设计透镜时，首先应根据使用要求选择透镜材料。
用于透镜的材料一般有玻璃、塑料，由于材料及其等级的不同，折射率、透过率也不同，因此务必通过材料厂家提供的参数表等进行确认。
此外，还需注意温度的变化也会导致参数的变动。
参数确定后，便可根据菲涅耳定律进行光学设计。
所谓的菲涅耳定律，就是当存在两种不同材质（如玻璃与空气等介质）的情况下，其界面上入射光角度（入射角）与出射光角度（出射角）相互关系的表达式（图3.1，表3.1）。
图3.1菲涅耳定律示意思表3.1 主要介质的折射率空气 1水1．33丙烯酸1．49水晶1．54聚碳酸酯1．59光学玻璃1．45~1．92蓝宝石1．76设入射光一侧介质的折射率为n1，入射角为θ1，出射光一侧介质的折射率为n2，出射角为Ø2，则下列公式成立：n1sinθ1=n2sinθ2由于LED产生的热，会导致周围材料与透镜的线膨胀系数的差异，从而发生损坏的情况的出现，故构造设计务必注意。
3．反射器设计当需要反射器时，还需要进行反射器设计。
与透镜的设计一样，首先应选择材料，且应在充分理解材质特性的基础上进行设计。
在无法发挥材料性能的情况下，可通过蒸镀或涂刷等表面处理方法来提高其反射率。
有时反射器也用作LED 的散热材料，这种情况下，如透镜设计中所提及的那样，必须注意与周围材料线膨胀系数的差异。
4．光斑对策白光LED一般是通过蓝光芯片与黄光荧光粉结合而获得白光，或用RGB芯片经光的三原色混光获得白光，因此灯具或模组的出射光就可能在被照面上形成色斑，特别在使用多个芯片的情况下，其自身所产生的明暗、光色差异问题必须有适宜的解决对策。
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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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按反向光路，目镜的成像要求是把无限远的物成像 在焦平面上，同时要求入瞳位在透镜前方的一定距 离上。上面第二种情况正好符合这些要求，又能使 目镜中要求校正的像散、彗差同时为零，因此平凸 形单透镜就是可能的最简单的目镜结构。
畸变由于不影响成像清晰，一般不作严格校正。通 常在目镜中都有较大的畸变，随目镜视场大小而不 同，大致数值如下列所示:
2
40° 60°～70° >70°
yz (%)
5%
10%
>10%
(3)目镜中场曲一般不校正
根据消场曲条件，光学系统要校正场曲必须在系统 中有相互远离的正透镜组和负透镜组，两者的光焦 度符号相反，数值近似相等。如图:
对显微镜的目镜来说，它的焦距和视放 大率之间符合以下关系:
f目
250
显微镜目镜的视放大率Γ一般在10左右，显
微目镜的焦距也在25 mm左右。因此无论
是望远镜的目镜，还是显微镜的目镜，焦
距短是它们的共同特点。
(2)相对孔径比较小
由于目镜的出射光束直接进入人眼的瞳孔，人 眼瞳孔的直径一般在2～4mm左右变化，因此 军用望远系统的出瞳直径一般在4mm 左右。 显微镜的出瞳直径则为1～2mm左右。而目镜 的焦距约为15～30mm，所以目镜的相对孔径 一般小于1:5。
假定物体位在无限远，入瞳在目镜的前方，在它 的焦平面上计算像差。当物镜按正向光路计算像 差，目镜按反向光路计算像差时，它们之间像差 的组合关系为： 轴向像差 : L组 合 L’物（正向光路） L目 ’ （反向光路） 垂轴像差 : KT组合 KT物（正向光路） KT目（反向光路）
目镜按反向光路计算像差:
=f 1.2, 2 =30 °,代
f 2
入上式得：
hz2 1.27 f 2
正透镜组上主光线投射高，达到焦距的1.27倍，透镜的直径 大约等于焦距的2.5倍。轴外像差特别是高级像差将变得很大， 即使用若干透镜组合，轴外像差如彗差、像散、畸变、垂轴 色差也无法达到很好的校正。所以在目镜中一般不校正场曲， 在广角目镜中只是设法使场曲减小一些。
tg tg hz11 hz2 2
tg tg hz11 hz22
目镜的物方视场角一般很小，我们假定ω=0，
将 1 代入2 上式得： tg (hz1 hz2 )2
由于ω=0，因此hz1 y ,f代tg入 上式求解
hz得2 ：
hz 2 f 2
tg1
ห้องสมุดไป่ตู้f f
2
公式中
f f
2> 1，我们取
轴向像差: L组 合 L’物（正向光路） L目 ’ （反向光路）
垂轴像差: KT组合 KT物（正向光路） KT目 （反向光路）
轴向像差同号叠加，异号相消; 垂轴像差则同号相消，异号叠加。
6.2 常用目镜的型式和像差分析
1.简单目镜——冉斯登、惠更斯目镜
目镜中主要校正的单色像差是像散和彗差。
单个透镜在两种情形能同时使彗差和像散等于零： 1.透镜两面曲率之比近似为2：1的弯月透镜，入瞳 位在透镜后方0.3f’处，如图（a）所示 2.透镜近似为平凸形，入瞳在透镜前方0.3f’处,如 图(b)所示
如图目镜只有四片透镜 、视场能达到60°:
对显微镜目镜来说，由于不同倍率的物镜和目 镜要求互换使用，因此难于考虑物镜和目镜的 像差补偿问题，一般都采取独立校正像差。
(5)由于目镜是目视光学仪器的一个组成部分， 因此和物镜一样采用F光和C光消色差，对D光 或e光校正单色像差。
(6)在设计目镜时，通常按反向光路进行设计:
(3) 视场角大
根据望远系统的视放大率Γ和物镜视场角ω以及目
镜的视场角的关系式:
tg tg
无论是增大望远镜的视放大率Γ，还是增加视场角ω，都要求 增大目镜的视场角ω’。对显微镜来说，要增加物镜的线视
场必须增加目镜物方焦面的线视场，在目镜焦距一定的条件
下，也要增加目镜的视场角ω’。因此目镜的视场一般都比较 大，通常2ω’在40°左右，广角目镜的视场在60°左右。某
因此在目镜设计中，主要校正像散、垂轴色差和彗 差这三种像差。初级彗差和光束孔径的平方成比例， 由于目镜的出瞳直径较小，彗差不会太大，在这三 种像差中它居于次要地位。因此目镜设计中最重要 的是校正像散和垂轴色差这两种像差。
(4)在设计望远镜目镜时，需要考虑它和物镜之 间的像差补偿关系
望远镜物镜只能校正球差、彗差和轴向色差， 无法校正像散和垂轴色差。物镜残留的像散和 垂轴色差，要求由目镜补偿。而在目镜中这两 种像差是比较容易控制的。
(1)由于目镜的视场比较大，出瞳又远离透镜组， 轴外光束在透镜组上的投射高较大，在透镜表面 上的入射角自然很大，因此轴外的斜光束像差如 彗差、像散、场曲、畸变、垂轴色差都很大。为 了校正这些像差，目镜的结构一般比较复杂。
(2)目镜的焦距比较短，相对孔径又比较小，同时由 于校正轴外像差的需要，透镜数较多。因此球差和 轴向色差一般不大，不用特别校正就能满足要求。 目镜的像差校正以轴外像差为主，如彗差、像散、 垂轴色差最重要。
望远镜系统： 显微镜系统：
1.目镜光学特性的特点
(1)焦距短
望远镜物镜和目镜焦距之间存在以下关系:
f物 f目
当目镜的焦距增加时，物镜焦距很快增加(因为Γ >>1)，为减小仪器体积重量，须尽可能减小目镜的 焦距。
另外，仪器又要求一定的出瞳距离，这就限制了目 镜的焦距不能过小。一般望远镜目镜的焦距在15～ 30mm左右。
些特广角目镜甚至达100°。视场角大是目镜的一个最突出的 特点。
(4) 入瞳和出瞳远离透镜组
目镜的入瞳一般位于前方的物镜上，而出瞳则位于 后方的一定距离上
目镜的成像光束，必然随着视场角的增加而远离透 镜组的光轴，使目镜的透镜直径和它的焦距比较起 来相当大，给像差校正带来困难
2.目镜的像差和像差校正的特点
目镜的球差和轴向色差，一般也不能完全校正， 需要由物镜来补偿，因为在物镜中这两种像差 也是很容易控制的。
彗差则尽可能独立校正，有少量彗差无法完全 校正，也可以用物镜的彗差进行补偿。
这样虽然物镜和目镜都分别有一定的像差，但 整个系统像差得到很好校正，可以使系统的成 像质量得到提高。
以上所说，是在目镜和物镜尽可能独立校正像差 的前提下，进一步考虑它们之间的像差补偿问题，这 是对要求在物镜后焦面即目镜前焦面上安装分划镜的 望远系统来说的。如果系统中不要求安装分划镜，则 物镜和目镜的像差校正可以按整个系统综合考虑，使 系统结构尽可能简化。