应用光学课程设计报告——双胶合物镜的设计答辩成绩：报告成绩：学院：班级：姓名：学号：常州工学院目录一、 引言（背景）： (1)二、 设计原理 (2)（1）像空间F 数 (2)（2）六个面 (2)（3）求物方孔径EPD (2)（4）h=D/2=12.5 (2)（5）根据C I 求C ，并规划成C (3)（6）根据,S S I II 求P 、W ...................................................................... (3)（7）将P 、W 规化成P ——、W --------- (3)（8）光源为无穷远处 (4)（9） 求P0 (4)（10） 初始结构计算 (4)（11）透镜厚度 (5)三、设计目的或者任务 (5)四、 设计内容（要求有光学测量系统图） (6)1、步骤一输入入瞳直径25mm ： (6)2、步骤二输入视场 (7)3、步骤三输入波长0.6328um (8)4、步骤四在透镜数据编辑器内输入镜头参数。
(9)5、步骤五分析优化前的系统性能 (9)6、步骤六优化设计 (12)7、步骤七数据比较与优化后的参数 (13)五、 设计小结 (16)六、 参考文献 (17)七、 附录：设计图纸等 (17)一、引言（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 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。
我们知道单透镜是由两个表面加中间材料构成的，双胶合透镜在设计时增加了一种材料，相当于两种材料的两个单透镜贴合在一起，但由于胶合连接部分是一个表面，所以双胶合透镜由3 个面组成。
二、设计原理（1）像空间F数：计算无穷远共轭点时的轴上有效焦距与近轴入瞳孔径的比值。
（2）六个面：本系统有6个面：物面、光阑面、透镜前表面、胶合面、透镜后表面、像面。
（3）求物方孔径EPD：提供的有效焦距efl为100mm，像空间F/﹟=4 。
由公式EPD=ef1/F数=100/4=25得物方孔径EPD约等于25。
（4）h=D/2=12.5hz=0u*=h/f=12.5/100=0.125计算平行玻璃板像差u=0.125radu z=-4=-0.0698d=67mmn=1.5163，v=64.1由下列公式求得：球差S I =-67*（1.51632-1）*0.1254/1.51633=-0.00609 慧差S II =-0.00609*（-0.0698）/0.125=0.0034轴向色差：CI=-67*（1.5163-1）*0.1252/（64.1*1.51632）=-0.00366（5）根据C I 求C ，并规划成C（6） 根据,S S I II 求P 、WP=S I /h=0.00609/12.5=0.0004872W=SII/J=-0.0034/1.0489=0.00324(7) 将P 、W 规化成P 、W求得C =（-0.00366/12.52）*100=0.0023 P =0.0004872/0.1253=0.24945 W=0.00324/0.1252=0.20736（8）光源为无穷远处P __∞=P __, W ____∞=W ____（9）求P 0冕牌在前，00.1W（10）初始结构计算经过查阅《光学设计手册》，要求使用BAK1-F3玻璃，初始数据为：n1=1.53028 n2=1.61655 CI=0.0023求解各曲率半径：0.24945-0.85（0.20736+0.1）2=0.16915 1.617-2.2815-0.776（11）透镜厚度三、设计目的或者任务利用ZEMAX 软件仿真设计一双胶合物镜1、焦距为100mm ；2、波长为0.6328um;3、光源为无穷远处;4、像空间F/﹟=4=4mm 2mm61.84-43.83-128.855、前一块玻璃为BAK1,后一块玻璃为F3四、设计内容（要求有光学测量系统图）首先，根据要求的设计参数计算物方孔径EPD。
提供的有效焦距efl为100mm，像空间F/﹟=4 。
由公式EPD=ef1/F数=100/4=25得物方孔径EPD约等于25。
1.步骤一：输入入瞳直径25mm（7）：在快捷按钮栏中单击“Gen→Ape rture”（8）：在弹出对话框中“General”中，“光圈类型”选择“入瞳直径”，“光圈数值”输入“25”，“Apodization type（变迹法）”选择“Uniform”。
（9）单击“确定”按钮，如图1 所示。
图12.步骤二：输入视场。
（1）：在快捷按钮栏中单击“File”。
（2）：在弹出对话框“File Data”中选择“角度”。
（3）：在“使用”栏中，选择“1、2、3”。
（4）：在（X-视场，Y-视场）输入三组视场数据，(0, 0), (0, 3)和(0, 5)。
（5）：单击“确定”按钮，如图2 所示。
图23.步骤三: 输入波长0.6328um。
（1）：在快捷按钮栏中单击“Wav”。
（2）：在弹出对话框“Wavelength Data”中“使用”栏里，选择“1”。
（3）：在“波长”栏输入数值“0.6328”。
（4）：单击“确定”按钮，如图3所示。
图 3这样，系统配置完毕，即可在(Lens Data Editor)LDE中输入数据。
4.步骤四: 在透镜数据编辑器内输入镜头参数。
(1)：在文件菜单“File”下拉菜单中单击“New”,弹出对话框“Lens Date Editor”。
(2) ：在弹出对话框“Lens Date Editor”中，在镜面编辑窗口中选择Edit(编辑) >插入曲面，添加3个镜面(3) ：在glass窗口中写入材料的类型，设计要求第一块镜面材料BAK1第二块镜面材料为F3。
(4) ：在Thickness栏中填入玻璃厚度。
图4- 1(5) ：使用求解去执行设计约束，设置像空间F/#为恒定值4。
图4- 2图4- 35.步骤五: 分析优化前的系统性能（1）：选择分析(Analysis)→草图(Layout)→2D草图(2D Layout)，将出现2D草图LAYOUT。
图5-1（2）：选择分析（Analysis）>点列图（Spot Diagrams）>标准点列图（Standard），将出现标准点列图Spot Diagram。
图5-2（3）:选择分析（Analysis）>特性曲线(Fans)> 光路(Optical Path)，将出现光路图OPD FAN。
图5-3（3）:选择分析（Analysis）>特性曲线(Fans)>光线像差( Ray Aberration)，将出现光线像差图RAY FAN。
图5-46.步骤六：优化设计从2D草图可以看出，因为像平面的位置并未确定，镜头的性能参数并非最优，所以需要使用ZEMAX提供自动对焦的工具。
（1）：选择工具（Tools） > 杂项（Miscellaneous） > 快速对焦（Quick Focus），在弹出的窗口中点选择“以像平面上光线的重心为参照系计算”选项。
图4（2）：进一步优化，建立默认的评价函数。
设置可变参数。
选择编辑（Editers）>优化函数（Merit Function）。
在弹出的窗口中选择工具（Tools）>默认优化函数(Default Merit Functions)。
玻璃边缘厚度填入最小2mm，最大12mm。
（3）：最终优化选择工具（Tools）> 优化（Optimization）> 优化（Optimization）。
在弹出的窗口中执行最终优化。
图 6 最终优化结果7.步骤七：数据比较与优化后的参数优化后的2D草图：从图中可以看出，总长度为53.99890mm。
优化后标准点列图：RMS 点尺寸是径向尺寸的均方根。
艾利圆环的半径是1.22 乘以主波长乘以系统的F# ，它通常依赖于视场的位置和光瞳的方向。
光线像差特性曲线：优化后的光路图：设计的最终渲染模型如下：五、设计小结通过这次光学课程设计我对ZEMAX以及AutoCAD的了解和掌握应用更加的熟练了，对于透镜的设计有了更深一步的了解，并且对以往的知识的疏忽得以补充。
这学期有幸参加了光学设计课程的学习，通过学习体会到这门学科把基本的几何光学理论与复杂的光学器件相互结合，并且灵巧的运用了比较专业的光学设计软件ZEMAX，系统地论述了“光学设计”课程的基本理论及设计方法，重点介绍了具有普遍意义的典型光学系统的有关设计内容，以阐明光学设计中带有共性的问题。
既检验了我们对光学基本概念、基本定律、基本计算的掌握程度，有考验了我们开阔的思维及动手能力。
此次实训最大的收获不是我学习到了多少知识而是这几天实训给我的感悟：首先是心态。
一定要有一个积极的心态，独立解决问题的意识，培养扎实基础的认识。
不要什么东西都感觉跟简单(很多东西可能是看似简单)就不去做了或者不屑一做，以至于性网上搜搜就可以了，这样很不好。
有自己的东西有自己的付出才会有程序运行成功时的喜悦和小自豪，这样也有助于培养自己的兴趣。
要时刻牢记态度决定一切。
其次是兴趣，感觉学习工作中兴趣很关键，只是一个引发人积极性的问题，有了兴趣就自觉了，效率自然就高了。
再次要敢于尝试和挑战。
不要安于现成的程序，而且不要害怕失败，在程序调试的过程中这点尤为重要，“发现出问题然后解决问题”是一个积累经验的过程，而且很高效。
最后要不懈追求。
光学课程设计不仅给我们提供了一个很好的展现应用自己所学握的知识的平台，又是检验自己所学知识的一次考核.我们运用各自在各方面的优势中和起来，形成了一个团队.通过团队力量，才使设计得以完成.可以说，我们是一个不可或缺的整体，少了任何一个人都是无法完成任务的。