光学系统设计作业
光学系统设计-习题
nr1r2 f' ( n 1 ) n( r2 r1 ) ( n 1 )d 149.27mm
n 1 l'H f ' d 13.99mm nr1 n 1 lH f ' d 5.25mm nr2
l l lH 5005.25mm
6、设计照相物镜的焦距等于75mm，底片尺寸正方形， 边长为55mm，求该照相物镜的最大视场角等于多数？ 解：
' 1 ' 2
3
f f f2 f 0
' 1 ' 2 ' 2
28.87
d 1 f 1' f 2' 28 .87 78.87 d 2 f 1' f 2' 28 .87 21.13
173.19 f 1' f 2' f ' { 173.19
0, 若能成实像，则 l2 则成实像的条件是 2 x1 又 x2 所以， 2 x1 f 2
2
由于实物成实像的情况 ，所以对于 1来说， l1 x1 f1 0 即 x1 f1 f1
由于
f1 0 而 1
所以对于这两个条件不 能同时满足
得到
f ' 100mm
4.一薄透镜组焦距为100 mm，和另一焦距为50 mm的薄透镜 组合，其组合焦距仍为100 mm，问两薄透镜的相对位置。 解：
5、一块厚透镜，n=1.6，r1=120mm，r2=-320mm， d=30mm，试求该透镜焦距和基点位置。如果物距 l1=-5m时，问像在何处？ 解：
d 1 78.87 f ' 173.19 28.87
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。
光学设计岗位职责
光学设计岗位职责光学设计是光学行业中的一项技术工作，主要负责光学元件和光学系统的设计与优化。
光学设计岗位的职责包括以下几个方面：1.光学元件设计：光学设计师需要根据产品要求，设计各种光学元件，如透镜、棱镜、光栅等。
在设计过程中，需要考虑元件的曲率、折射率、形状等参数，以及光学特性，如焦距、光学畸变、透过率等。
设计师需要利用光学软件进行光学元件的建模和优化，以满足产品需要。
2.光学系统设计：光学设计师还需要设计光学系统，如光学显微镜、望远镜、摄像头等。
在进行系统设计时，需要考虑光路设计、光学元件的组合和位置等因素，以实现所需的成像效果。
设计师还需进行系统的整体损耗和性能的优化，以提高系统的成像质量。
3.光学模拟与分析：光学设计师需要利用光学软件进行光学模拟与分析，以评估光学元件和系统的性能。
通过模拟，可以预测光学系统的成像效果、光学畸变等问题，并进行优化。
此外，还可以通过模拟分析光学元件对光学系统性能的影响，确定元件的设计参数。
4.光学制造与测试支持：光学设计师需要与光学制造和测试团队密切合作，提供设计图纸和技术支持。
设计师需要了解光学制造的工艺和要求，以确保设计的可制造性，并根据制造过程中的限制进行相应的优化。
设计师还需要参与光学元件和系统的测试，验证设计的性能和指标，确保产品的质量。
5.技术研究与创新：光学设计师需要关注最新的光学技术发展和创新成果，与同行进行交流与讨论，以保持技术的更新和提高设计的水平。
设计师还需要进行相关技术的研究，探索新的设计方法和算法，以提高设计效率和成像质量。
6.解决问题与项目管理：光学设计师需要解决设计中遇到的各种问题，如成像质量不达标、光学畸变等。
设计师需有较强的问题分析和解决能力，能够找到问题的根本原因和解决方案。
此外，对于大型项目，设计师还需要进行项目管理，包括项目进度的把控、团队协作与沟通等，以保证项目的顺利进行。
总之，光学设计岗位的职责涵盖了光学元件和系统的设计与优化、模拟与分析、制造与测试支持、技术研究与创新，以及问题解决与项目管理等方面。
光学系统设计(四)答案
光学系统设计（四） 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.彗差、像散、畸变 22.圆、彗星 23. ∑''-='I2S u n 21L δ24.细光束像散25.位置色差、倍率色差 26.视场、孔径27.-20mm 、-13.26mm 或-13.257mm 、-33.36mm 或-33.3586mm 28.21221r r d n)1n ()r 1r 1)(1n (-+--=ϕ29.齐明透镜、球差 30.边缘、0.707 31.位置色差三、名词解释（本大题共5 小题。
每小题2 分，共 10 分）32．调制传递函数：由于光学系统像差及衍射等原因，会造成像的对比度低于物的对比度。
将像的对比度与物的对比度的比值，称之为调制传递函数。
评分标准：答对主要意思得2分。
33．赛得和数：赛得推导出仅有五种独立的初级像差，即以和数∑I S 、∑II S 、∑IIIS、∑IV S 、∑V S 分别表示初级球差、初级彗差、初级像散、初级场曲、初级畸变，统称为赛得和数。
评分标准：答对主要意思得2分。
34．出瞳距：光学系统最后一个面顶点到系统出瞳之间的距离，称为出瞳距。
评分标准：主要意思正确得2分。
35．像差容限：根据瑞利判断，当系统的最大波像差小于λ41时，认为系统像质是完善的，当系统满足这一要求时，各像差的最大允许值称为像差容限，又称像差允限。
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。
几何光学.像差.光学设计部分习题详解
1.人眼的角膜可认为是一曲率半径r=7.8mm的折射球面，其后是n=4/3的液体。
如果看起来瞳孔在角膜后3.6mm处，且直径为4mm，求瞳孔的实际位置和直径。
2.在夹锐角的双平面镜系统前，可看见自己的两个像。
当增大夹角时，二像互相靠拢。
设人站在二平面镜交线前2m处时，正好见到自己脸孔的两个像互相接触，设脸的宽度为156mm，求此时二平面镜的夹角为多少3、夹角为35度的双平面镜系统，当光线以多大的入射角入射于一平面镜时，其反射光线再经另一平面镜反射后，将沿原光路反向射出4、有一双平面镜系统，光线以与其中的一个镜面平行入射，经两次反射后，出射光线与另一镜面平行，问二平面镜的夹角为多少5、一平面朝前的平凸透镜对垂直入射的平行光束会聚于透镜后480mm处。
如此透镜凸面为镀铝的反射面，则使平行光束会聚于透镜前80mm处。
求透镜的折射率和凸面的曲率半径（计算时透镜的厚度忽略不计）。
解题关键：反射后还要经过平面折射6、人眼可简化成一曲率半径为5.6mm的单个折射球面，其像方折射率为4/3，求远处对眼睛张角为1度的物体在视网膜上所成像的大小。
7、一个折反射系统，以任何方向入射并充满透镜的平行光束，经系统后，其出射的光束仍为充满透镜的平行光束，并且当物面与透镜重合时，其像面也与之重合。
试问此折反射系统最简单的结构是怎样的。
8、一块厚度为15mm的平凸透镜放在报纸上，当平面朝上时，报纸上文字的虚像在平面下10mm处。
当凸面朝上时，像的放大率为β＝3。
求透镜的折射率和凸面的曲率半径。
9、有一望远镜，其物镜由正、负分离的二个薄透镜组成，已知f1’=500mm, f2’=－400mm, d=300mm，求其焦距。
若用此望远镜观察前方200m处的物体时，仅用第二个负透镜来调焦以使像仍位于物镜的原始焦平面位置上，问该镜组应向什么方向移动多少距离，此时物镜的焦距为多少10、已知二薄光组组合，f’=1000，总长（第一光组到系统像方焦点的距离）L=700，总焦点位置lF’=400, 求组成该系统的二光组焦距及其间隔。
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。
10倍望远镜光学系统设计（普罗型）
10倍望远镜光学系统设计（普罗型）10倍望远镜光学系统设计（普罗型）摘要⽬前国内⽣产望远镜的⼚家（公司）较多，产品⼤部分销于国外，⽽对产品的性能精度要求越来越⾼，为适应社会要求，为使学⽣初步掌握光学仪器设计过程，光学系统是在透镜的基础上，以不同的组合来实现的，深⼊研究了正负透镜的成像规律和组合光路的成像特性，才能更好的研究复杂的光学系统，为⾼科技普及于民打下坚实基础。
进⼊⼆⼗⼀世纪，科学技术飞速发展，对应⽤软件的开发和使⽤，成为社会发展的重要途径。
本课题研究的主体是10倍普罗型望远镜光学系统。
普罗棱镜⼜叫直⾓棱镜，是传统的经典设计，⽐较常见的设计是由两个完全相同的直⾓棱镜构成，优点是形状简单，容易加⼯和装配，缺点是相对屋脊棱镜，重量和体积较⼤。
设计出10倍普罗型望远镜的技术指标：放⼤率10* D/f＇=1:6 视场2w =5°正像视度调节范围±5折光度. 分别计算出物镜、⽬镜的焦距，出瞳、⼊瞳的直径，视场光阑的直径，⽬镜的视场⾓，瞳距，⽬镜⼝径，⽬镜的视度调节范围。
将所得数据输⼊ZEMAX软件实现像差的校正与平衡。
最终设计出合格望远镜，画出零件图。
关键词：光学系统设计；望远镜；透镜成像；像差T en times the optical telescopes system design（porro）AbstractThe current domestic production of a telescope of the manufacturer said that most of the foreign product to sell, with the product and higher accuracy, in order to adapt to society, to prepare students to master optical instrument for the preliminary design process 。
工程光学习题参考答案解析第三章平面和平面系统设计
第三章 平面与平面系统1. 人照镜子时，要想看到自己的全身，问镜子要多长？人离镜子的距离有没有关系？ 解：镜子的高度为1/2人身高，和前后距离无关。
2有一双面镜系统，光线平行于其中一个平面镜入射，经两次反射后，出射光线与另一平面镜平行，问两平面镜的夹角为多少？ 解：OA M M //32 3211M M N M ⊥∴1''1I I -= 又 2''2I I -=∴α同理：1''1I I -=α 321M M M ∆中 ︒=-+-+180)()(1''12''2I I I I αO︒=∴60α 答：α角等于60︒。
3. 如图3-4所示，设平行光管物镜L 的焦距'f =1000mm ，顶杆离光轴的距离a =10mm 。
如果推动顶杆使平面镜倾斜，物镜焦点F 的自准直象相对于F 产生了y =2mm 的位移，问平面镜的倾角为多少？顶杆的移动量为多少？ 解：θ'2f y = rad 001.0100022=⨯=θ αθx=mm a x 01.0001.010=⨯=⨯=∴θ图3-44. 一光学系统由一透镜和平面镜组成，如图3-29所示。
平面镜MM 与透镜光轴垂直交于D点，透镜前方离平面镜600mm 有一物体AB ，经透镜和平面镜后，所成虚像''A ''B 至平面镜的距离为150mm,且像高为物高的一半，试分析透镜焦距的正负，确定透镜的位置和焦距，并画出光路图。
图3-29 习题4图解： 由于平面镜性质可得''B A 及其位置在平面镜前150mm 处 ''''B A 为虚像,''B A 为实像则211-=β 21'1-==L L β 450150600'=-=-L L 解得 300-=L 150'=L 又'1L -L 1='1f mm f 150'=∴ 答：透镜焦距为100mm 。
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显微物镜光学参数要求为：β=2⨯，NA =0.1，共轭距离为195mm 。
1）根据几何光学计算相应参数；
2）运用初级像差理论进行光学系统初始结构计算；
3）使用光学设计软件对初始结构进行优化，要求视场角o 5±；
4）根据系统的特点列出优化后结构的主要像差分析； 5）计算优化后结构的二级光谱色差。
一、显微物镜的基本参数计算
为有效控制显微镜的共轭距离，显微镜设计时，一般总是逆光路设计，即按1/β进行设计。
该显微物镜视场小，孔径不大，只需要校正球差、正弦差和位置色差。
因此，采用双胶合物镜。
''''
1
2
195111l l l l l l f β==-
-=-= 解，得 ''6513043.33l l f ==-= 正向光路 根据 ''
'
J nuy n u y == sin NA n u = 在近轴情况下 NA nu =
'
2y y
β==
由此可求解 '''
0.05NA n u == 由此可知逆向光路的数值孔径
综上，该显微物镜的基本参数为
NA 'f 'l l
0.05 43.33 65 130- 二、求解初始基本结构
1）确定基本像差参量
根据校正要求，令'0L δ=、'0SC =、'
0FC L ∆=，即
0C S S
S I
∏
I ===∑∑∑，即
43332220
00
z C
S h P S h h P Jh W S
h C φφφφI I ∏
I ===+===∑∑∑ 解，得 0P W C I === 将其规化到无穷远
11sin 0.1NA n u ==，11n = 则 11sin 0.1/2u U β=⋅=-，11 6.5h l u mm =⋅=
规化孔径角为
110.1
20.3333071
6.543.33
u u h φ-==
=-⋅ 由公式
()
()()
21141522P P W u W W u μμ∞∞
=++++=++可求得规化后的基本像差参量
代入可得
0.36560.8832
P W ∞∞
==-
2）选择玻璃组合 取冕牌玻璃在前
得 (
)
2
00.850.1
0.155792P P W ∞
∞
=-+=-
根据0P 和C I ，查表选取相近的玻璃组合为BaK7-ZF3，其参数为
Bak7:56,5688.111==v n ZF3:5.29,7172.122==v n
0010.11520, 4.295252, 2.113207P Q ϕ=-=-=
2.397505A =， 1.698752K =
3）求形状系数Q
1,20 4.295252Q Q ==-
解得 1 3.849150Q =-，2 4.741352Q =-
0300.8832450.060241
4.295252 4.7797281.698752
W W Q Q K ∞--+=±=-±=-
取两个相近结果的平均值
4.76054Q =-
4）求各球面的曲率半径 在规化条件下 '
1f =
由公式 1111211212
1223322221
11
1
1111111
n Q r n n Q r n Q r r n n n ϕϕρρρϕϕϕρ==+=+--==+-==-=+---- 可得 123 1.067869
2.6473331.099948
ρρρ==-=-
则焦距'
43.33f mm =时对应的曲率半径为
'
11
40.576f r ρ=
= '
22
16.367f r ρ=
=- '
33
39.393f r ρ=
=-
5）对薄透镜加厚
213D h mm ==
采用压圈法固定，查表得 1.5mm ∆= 则 透镜的全直径 14.5D mm φ=+∆= 故该显微物镜的外径 14.5mm φ= 透镜的中心厚度公式 21d t x x =-+ 其中
i i x r =代入1r 、2r 、3r 数值 可得
10.232x = 20.584x =- 30.239x =-
查表知正透镜边缘最小厚度
10.8
t≥
负透镜中心最小厚度
21.0
d≥
代入可得
11.616
d≥
21.0
d≥
可取
12.0
d mm
=
21.5
d mm
=
该物镜的参数为
r d D n F n
C
n
40.576 2.05688
.1575969
.1565821
.1
16.367
-5.17172
.1734681
.1710371
.1
39.393
-111三．光学系统初始结构优化
利用Zemax软件的自动优化功能进行像差优化设计
初始参数录入如图
自变量选取各球面的曲率半径
对共轭距进行缩放缩放值为195/198.50.9823677
=
缩放后得
此时保留物距不变其余设为变量进行优化。
在评价函数中加入的操作数有焦距EFFL,目标值为43.33，垂轴放大率PMAG，目标值为-0.5，操作数TOTR，目标值为71，控制色差加入操作数AXCL,目标值为0。
最终优化后的光学系统参数如下图，共轭距为195.00011mm。
四、光学系统的主要像差分析
该光学系统的像差结果（赛的和数）如下所示：
该光学系统的点列图及传递函数曲线如下图所示：对传递函数曲线选取主频率为80Hz
五．光学系统的色差分析
光学系统的色差曲线如下图所示：
优化后的焦距43.33272mm
则二级光谱色差为 ''
0.000520.022533FCD L f ∆==
光学系统设计
专业：光学工程
姓名：马芬
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