光学设计课程报告班级：学号：姓名：日期：目录双胶合望远物镜的设计 (02)摄远物镜的设计 (12)对称式目镜的设计与双胶合物镜的配合 (20)艾尔弗目镜的设计 (30)低倍消色差物镜的设计 (38)无限筒长的高倍显微物镜的设计 (47)双高斯照相物镜的设计 (52)反摄远物镜的设计 (62)课程总结 (70)双胶合望远物镜的设计1、设计指标：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：视放大率：3.7⨯；出瞳直径：4mm ；出瞳距离：大于等于20mm ；全视场角：210w =︒；物镜焦距：'=85f mm物；棱镜折射率：n=(K9)；棱镜展开长：31mm ；棱镜与物镜的距离40mm ；孔径光阑为在物镜前35mm 。
2、初始结构计算 (1) 求J h h z ，，根据光学特性的要求4.728.142===D h ：44.75tan 85tan ''=⨯=•= ωf y0871.0''==f h u648.0'''==y u n J(2)计算平行玻璃板的像差和数CS S S I I I I ，，平行玻璃板入射光束的有关参数为0871.0=u0875.0)5tan(-=-= z u 005.1-=u u z平行玻璃板本身的参数为d=31mm ； n=； 1.64=ν 带入平行玻璃板的初级像差公式可得：000665.01.51631-1.5163×0.0871×-311324432-==--=I du n n S0.0006682=(-1.005)×-0.000665=u u ×=zI I I S S000824.0087.05163.11.6415163.13112222-=⨯⨯-⨯-=--=I u n n dS C υ(3)根据整个系统的要求，求出系统的像差和数S Ⅰ，S Ⅱ，C SⅠ：为了保证补偿目镜的像差，要求物镜系统（包含双胶合物镜和棱镜）的像差为：'m δL =0.1mm ，'0.001m SC =-，'0.05FC L mm ∆=(4)列出初级像差方程式求解双胶合物镜的C W P ，，∞∞由于棱镜物镜系统S S S +=所以双胶合物镜的像差和数为000852.0-棱镜系统-==I I I S S S0019642.0-棱镜系统-==II II I I S SS000444.0-棱镜系统==I I I C CS SS C(5)列出初级像差方程求P ，W ，C(6)由P ，W ，C 求C W P ，，∞∞由于h=，f ’=85，因此有进而可得：174.0)(3==ϕh P P3994.0)(2==ϕh W W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：174.0==∞P P 3994.0==∞W W将∞∞W P ，带入公式求0P根据，查找玻璃组合。
最后选择K10-ZF3。
其参数为： K10： ZF3：(7)求透镜组半径）（）（2121111νννϕ--=C以上半径对应焦距等于1，将它们乘以焦距,得到最后要求的半径为(8).确定透镜厚度透镜厚度除了和球面半径和透镜直径有关外，同是要考虑到透镜的固定方法，质量要求，加工难易等因素，参考光学设计手册中的规定，我们取，。
这样，双胶合物镜的全部结构参数为r d Glass4 K10 2 ZF3至此，双胶合望远物镜的初级像差求解全部完成了，物镜系统的全部结构参数如下：r d n0(光阑) 35 14 (K10)2 (ZF3)40 10 31 (K9)3、zmax初始结构输入将数据输入zmax后，输入结果如图系统二维结构图系统二维点列图初始光线扇形图初始结构的光学特性参数System/Prescription DataFile : C:\Users\weihua\Desktop\周视Title:Date : WED JAN 14 2015GENERAL LENS DATA:Surfaces : 7Stop : 1系统光圈: 入瞳直径=Glass Catalogs : SCHOTT CHINARay Aiming : Off变迹: 均衡,统一的, 因子= +000有效的焦点长度: (系统温度和压力在空气中)有效的焦点长度: (在像空间)Back Focal Length :统计轨迹:图像空间F/# :离轴工作面F/# :工作面F/# :Image Space NA :物空间NA :光阑半径:离轴像高:近轴放大率: 0入瞳直径:入瞳区域: 0入瞳直径:入瞳直径区域:Field Type : Angle in degrees最大视场: 5主光波长:镜头单位: 毫米角度放大率:Fields : 6Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight123456Vignetting Factors# VDX VDY VCX VCY VAN123456Wavelengths : 3Units:# Value Weight1234、zmax优化优化过程中采用EFFL评价函数来控制透镜焦距，将双胶合物镜的半径作为自变量。
优化后最终结果如下所示：优化后的系统参数系统二维图系统点列图系统光线扇形图优化后系统光学参数System/Prescription DataFile : C:\Users\weihua\Desktop\周视Title:Date : WED JAN 14 2015GENERAL LENS DATA:Surfaces : 7Stop : 1系统光圈: 入瞳直径=Glass Catalogs : SCHOTT CHINARay Aiming : Off变迹: 均衡,统一的, 因子= +000有效的焦点长度: (系统温度和压力在空气中)有效的焦点长度: (在像空间)Back Focal Length :统计轨迹:图像空间F/# :离轴工作面F/# :工作面F/# :Image Space NA :物空间NA :光阑半径:离轴像高:近轴放大率: 0入瞳直径:入瞳区域: 0入瞳直径:入瞳直径区域:Field Type : Angle in degrees最大视场: 5主光波长:镜头单位: 毫米角度放大率:Fields : 6Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight123456Vignetting Factors# VDX VDY VCX VCY VAN123456Wavelengths : 3Units:# Value Weight123通过对于点列图等其他报告的比较，可以看出系统的像差有了极大的改善，达到了系统所要求的像差范围。
二、摄远物镜设计1、设计要求焦距,通光口径,视场，像距>54mm r d13 (BAK3)5 (ZF6)1 1 18 (ZK7)1 1 14 (BAF8)(ZK8)1 1 1(1)输入摄远物镜的半径、厚度和玻璃材料；(2)输入光学特性参数：入瞳口径、视场角和三种波长；(3)确定孔径光阑位置，光阑与第一面重合；(4)将像距设定为理想像距；(5)画二维或三维图，观察是否正确；(6)对像质进行评价，计算扇形像差、点列图、波像差和MTF;(7)将所有半径（光阑面除外）和厚度间隔设为变量；(8)建立评价函数，反复进行优化；(9)评价成像质量2、zmax初始结构系统参数系统二维图点列图扇形像差系统的MTF 系统的结构参数System/Prescription DataFile : C:\Users\weihua\Desktop\桌面\zmax光学\Title:Date : WED JAN 14 2015GENERAL LENS DATA:Surfaces : 9Stop : 1系统光圈: 入瞳直径= 60Glass Catalogs : SCHOTT CHINARay Aiming : Off变迹: 均衡,统一的, 因子= +000有效的焦点长度: (系统温度和压力在空气中)有效的焦点长度: (在像空间)Back Focal Length :统计轨迹:图像空间F/# :离轴工作面F/# :工作面F/# :Image Space NA :物空间NA : 3e-009光阑半径: 30离轴像高:近轴放大率: 0入瞳直径: 60入瞳区域: 0入瞳直径:入瞳直径区域:Field Type : Angle in degrees最大视场:主光波长:镜头单位: 毫米角度放大率:Fields : 4Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight1234Vignetting Factors# VDX VDY VCX VCY VAN 1234Wavelengths : 3Units:# Value Weight1233、zmax系统优化优化后的系统结构参数优化后的二维结构图优化后的扇形像差系统的结构参数System/Prescription DataFile : C:\Users\weihua\Desktop\Title:Date : WED JAN 14 2015GENERAL LENS DATA:Surfaces : 9Stop : 1系统光圈: 入瞳直径= 60Glass Catalogs : SCHOTT CHINARay Aiming : Off变迹: 均衡,统一的, 因子= +000有效的焦点长度: (系统温度和压力在空气中)有效的焦点长度: (在像空间)Back Focal Length :统计轨迹:图像空间F/# :离轴工作面F/# :工作面F/# :Image Space NA :物空间NA : 3e-009光阑半径: 30离轴像高:近轴放大率: 0入瞳直径: 60入瞳区域: 0入瞳直径:入瞳直径区域:Field Type : Angle in degrees最大视场:主光波长:镜头单位: 毫米角度放大率:Fields : 4Field Type: Angle in degrees# X-Value Y-Value Weight1234Vignetting Factors# VDX VDY VCX VCY VAN1234Wavelengths : 3Units:# Value Weight123由上面可以看出，经过对系统的结构进行优化，系统的焦距达到了预期，并且成像质量也得到了很大的改善，系统的像差得到了极大的优化，通过观察点列图和MTF函数可以看出成像质量达到了预期。