现代光学镜头设计

现代光学设计

——结课总结

光学工程一班陈江坤 学号 2120100556

一、掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。

像质评价方法

一、

几何像差曲线

1、球差曲线：

球差曲线纵坐标是孔径，横坐标是球差（色球差），使用这个曲线图，一要注意球差的大小，二要注意曲线的形状特别是代表几种色光的几条曲线之间的分开程度，如果单根曲线还可以，但是曲线间距离很大，说明系统的位置色差很严重。

2、轴外细光束像差曲线

这一般是由两个曲线图构成。图中左边的是像散场曲曲线，右边的是畸变，不同颜色表示不同色光，T和S分别表示子午和弧矢量，同色的T和S间的距离表示像散的大小，纵坐标为视场，左图横坐标是场曲，右图是畸变的百分比值，左图中几种不同色曲线间距是放大色差值。

3、横向特性曲线（子午垂轴像差曲线）：

不同视场的子午垂轴像差曲线，纵坐标EY代表像差大小，横坐标PY代表入瞳大小，每一条曲线代表一个视场的子午光束在像面上的聚交情况。理想的成像效果应当是曲线和横轴重合，所有孔径的光线对都在一点成像。纵坐标上对应的区间就是子午光束在理想像面上的最大弥散斑范围。这个数值和点列图中的GEO尺寸一致，GEO尺寸就是横向特性曲线

一、 绪论

本文利用Zmax程序优化设计一个He-Ne激光光束聚焦物镜，它在单色光波长下工作，成像质量要达到衍射受限水平。设计过程中，先用具体的计算结果初步讨论玻璃的选择和透镜片数的考虑，然后选择不同的评价函数，以及不同的初始结构，最终找到多个像质较优的解。

具体设计任务的要求如下： ①焦距f’=60mm； ②相对孔径

D1?； f'2③物距l??，视场角??0?； ④工作波长??0.6328?m；

⑤此镜头只需要消球差，几何弥散圆直径小于0.002mm； ⑥镜头结构尽量简单，争取用两块镜片达到要求。

二、 镜头片数及玻璃选择的考虑和初步分析

1、单片低折射率材料的情况

先看看单片低折射率材料物镜它的像质是什么样的， 选一个普通的K9，折射率n=1.51466 ，利用Zemax程序设计一个焦距f’=60mm，相对孔径

D1?，视场角f'2??0?的激光光束物镜，光阑放在透镜的第一面，入瞳直径为30mm，物镜初始结构

可以由公式

111?(n?1)(?)计算得出，可以取一个对称结构即r1??r2，可以得到f'r1r2物镜半径为61.7592mm。取第一个面半径为变量，第二个面半径用来保证焦距为60mm（图2-1）。评价函数选用“TRAY

光学工程,力学,仪器科学,电子科学与技术

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15-1 全息照相

1948年全息照相术诞生。

全息照相的优点：可以再现物体的立体形象。

普通照相 全息照相 以干涉、衍射为基础的 无透镜摄影，记录物体 所发光波的振幅和位相 （全部光信息）

只记录物体所发 光波的振幅

全息底片没有物体的影像，而是记录了物体所发 光波的全部信息的干涉条纹。

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一、全息照片的拍摄和再现 1、全息记录 记录物体上各点发出的光波的频率、振幅、位相

分光镜

激光器 物光和参考光在 感光胶片处相干 反射镜 叠加、感光。

反射镜

物光

参考光

振幅不同使条纹变黑程度不同， 相位不同则使条纹的密度、形状各异。

感光胶片

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相位的记录（参考光为平面波）

参考光 物光 d r O D

a

设a、b为某相邻的两条暗纹

dx

x

b

参考光在a、b两处相位相同 物光在a、b两处光程差为

dx

sin x 在底片同一处，来自物体上不同发光点的点，由于它 们的 或r不相同，与参考光形成的干涉条纹间距不同。

sin dx

r

底片上的干涉条纹间距及条纹走向反映了物体上各 发光点的位置差别。

光学工程,力学

ZEMAX 光学设计 教学档

光學設計基礎

首先是幾何光學基礎

幾何光學是光學設計的基礎。要做光學設計必須懂得各種光學儀器成像原理，外形尺寸計算方法，瞭解各種典型光學系統的設計方法和設計過程。

實際光學系統大多由球面和平面構成。記住共軸球面系統光軸截面內光路計算的三角公式，瞭解公式中各參數的幾何意義是必要的，具體公式可參考有關光學書籍，對於平面零件有平面反射鏡和棱鏡，它們的主要作用多爲改變光路方向，使倒像成爲正像，或把白光分解爲各種波長的單色光或單色光合成白光。

在光學系統中造成光能損失的原因有三點：透射面的反射損失、反射面的吸收損失和光學材料內部的吸收損失。

其次是象差理論

光學系統有七種初級象差：

球差

慧差

象散

場曲

畸變

位置色差

垂軸色差

然後是材料的選擇和公差的分配

玻璃按下列各項質量指標分類和分級：

折射率和色散係數

同一批玻璃中，折射率及色散係數的一致性

光學均勻性

應力雙折射

條紋度

氣泡度

光吸收係數

最後要瞭解光學工藝

光學工藝大致分爲切割，粗磨，精磨，抛光和磨邊，最後還有鍍膜和膠合。

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光學名詞中英文對照

光圈(Iris)：位於攝像機鏡頭內部的、可以調節的光學機械性闌孔，可用來控制通過鏡頭的光線的多少。 隔離放大器(Isolation am

线 名姓 封 密 号学东 南 大 学 考 试 卷（B 卷）

课程名称 现代光学基础 考试学期 06-07-2

得分

适用专业

考试形式

考试时间长度

分钟

一选择和填空题(共18题,共36分,每题二分)

1. 一束单色光经过厚度为100.0cm的水层(n=1.3)后,再穿过厚度为10.0cm的玻璃块(n=1.4),其总光程为_____________________。

2. 两相干光的振幅分别为A1和A2，当它们的振幅都增大一倍时，干涉条纹的可见度有何变化? ( )

A，增大一倍； B，减小一半； C，增大两倍； D，不变

3. 将波长为λ的单色光从空气垂直入射到折射率为n的透明介质膜上，要使反射光得到加强，薄膜的厚度最少应为( )

A，λ/4n； B，λ/2n； C，λ/4； D，λ/2。

4. 杨氏双缝实验中，如果光源向上移动，则干涉图样( )

A，向上移动； B，向下移动； C，不动； D，无法断定。

5.．用半波带法研究菲涅耳圆孔衍射时，

线 名姓 封 密 号学东 南 大 学 考 试 卷（B 卷）

课程名称 现代光学基础 考试学期 06-07-2

得分

适用专业

考试形式

考试时间长度

分钟

一选择和填空题(共18题,共36分,每题二分)

1. 一束单色光经过厚度为100.0cm的水层(n=1.3)后,再穿过厚度为10.0cm的玻璃块(n=1.4),其总光程为_____________________。

2. 两相干光的振幅分别为A1和A2，当它们的振幅都增大一倍时，干涉条纹的可见度有何变化? ( )

A，增大一倍； B，减小一半； C，增大两倍； D，不变

3. 将波长为λ的单色光从空气垂直入射到折射率为n的透明介质膜上，要使反射光得到加强，薄膜的厚度最少应为( )

A，λ/4n； B，λ/2n； C，λ/4； D，λ/2。

4. 杨氏双缝实验中，如果光源向上移动，则干涉图样( )

A，向上移动； B，向下移动； C，不动； D，无法断定。

5.．用半波带法研究菲涅耳圆孔衍射时，

《分镜头脚本》课程教学大纲

课程编号：559011011

一、课程说明

（一）开课对象：三年制艺术设计（动漫方向）专业 （二）课程性质：

本课程是三年制培养方案确定的必修专业课。授课对象主要是艺术设计（动漫方向）专业的学生，参加本课程的学习并达到课程评价要求者，可获2学分。

先修课程为： 1 设计速写。

2 剧本创作与分析。 3 动画运动规律。 （三）课程目的：

1 总体目的

本课程为专业课实践教学。分镜头脚本是动画片制作前期准备工作中重要的一步，是导演总体把握短片拍摄的视觉化效果图，可以提前决定影片的效果。

2 具体目标

(1) 掌握故事板的绘制。

(2) 运用动画运动规律，根据剧本和自己的制作风格制作出设计作品。 （四）课程教学的基本原则：

1 根据课程性质和目标的定位，本课程的内容选择原则为：

（1）紧密结合写生与考察的培养目标，注重本课教学的科学性、系统性、专业性与实践性，注意理论与实践相结合，指导与示范相结合，观察与实践相结合。

（2）坚持每天对学生作品的检查和点评，根据学生的实际情况作出指导。 （3）优秀作品的展出汇报。 （五）学时数、学分数及学时数具体分配： 学时数：36 学时 学分数： 2 学分 学时数具体分配：

《分镜头脚本》课程教学大纲

课程编号：559011011

一、课程说明

（一）开课对象：三年制艺术设计（动漫方向）专业 （二）课程性质：

本课程是三年制培养方案确定的必修专业课。授课对象主要是艺术设计（动漫方向）专业的学生，参加本课程的学习并达到课程评价要求者，可获2学分。

先修课程为： 1 设计速写。

2 剧本创作与分析。 3 动画运动规律。 （三）课程目的：

1 总体目的

本课程为专业课实践教学。分镜头脚本是动画片制作前期准备工作中重要的一步，是导演总体把握短片拍摄的视觉化效果图，可以提前决定影片的效果。

2 具体目标

(1) 掌握故事板的绘制。

(2) 运用动画运动规律，根据剧本和自己的制作风格制作出设计作品。 （四）课程教学的基本原则：

1 根据课程性质和目标的定位，本课程的内容选择原则为：

（1）紧密结合写生与考察的培养目标，注重本课教学的科学性、系统性、专业性与实践性，注意理论与实践相结合，指导与示范相结合，观察与实践相结合。

（2）坚持每天对学生作品的检查和点评，根据学生的实际情况作出指导。 （3）优秀作品的展出汇报。 （五）学时数、学分数及学时数具体分配： 学时数：36 学时 学分数： 2 学分 学时数具体分配：

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

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