單雙物鏡設(shè)計(jì)#(優(yōu)選.)

1、燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目：?jiǎn)坞p望遠(yuǎn)物鏡的設(shè)計(jì)學(xué)院（系）:電氣工程學(xué)院 年級(jí)專(zhuān)業(yè)：10級(jí)儀表3班學(xué) 號(hào)：1001030201學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：教師職稱：副教授電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程名稱：光學(xué)儀器基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)基層教學(xué)單位：自動(dòng)化儀表系指導(dǎo)教師： 王志斌學(xué)號(hào)學(xué)生姓名（專(zhuān)業(yè)）班 級(jí)10儀表3班設(shè)計(jì)題目單雙望遠(yuǎn)物鏡的設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 參 數(shù)焦距f=100mm，相對(duì)孔徑為1： 1.8, 2w 8°。設(shè) 計(jì) 要 求計(jì)算物鏡的各個(gè)參數(shù)；上機(jī)用軟件進(jìn)行優(yōu)化，確定最后的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，滿足像 差要求。參 考 資 料1、 劉鈞，高明編著，光學(xué)設(shè)計(jì)，2006，西安電子科技大學(xué)出版社，西安2、光學(xué)儀器

2、設(shè)計(jì)手冊(cè)，1971，國(guó)防科技出版社，北京3、光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX應(yīng)宀完 成 內(nèi) 容計(jì)算設(shè)計(jì)處望遠(yuǎn)物鏡的各個(gè)參數(shù) 上機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定最后的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)指導(dǎo)教師簽字王志斌基層教學(xué)單位主任簽字謝平說(shuō)明：1、此表一式三份，系、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份。2、學(xué)生那份任務(wù)書(shū)要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。電氣工程學(xué)院教務(wù)科燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)評(píng)審意見(jiàn)表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ):正確完善完善認(rèn)真較為合理合理較認(rèn)真理論分析一般方法設(shè)計(jì)一般不認(rèn)真較差較差工作態(tài)度成績(jī):指導(dǎo)教師：2013年7月11日答辯小組評(píng)語(yǔ):清晰設(shè)計(jì)結(jié)論正確基本正確不正確基本掌握原理了解不清楚成績(jī)：評(píng)閱人：2013年7月11日課程設(shè)計(jì)總成績(jī):答辯小組成員簽

3、字:2013年7月11日摘要望遠(yuǎn)鏡是一種利用凹透鏡和凸透鏡觀測(cè)遙遠(yuǎn)物體的光學(xué)儀器。 利用通過(guò)透鏡 的光線折射或光線被凹鏡反射使之進(jìn)入小孔并會(huì)聚成像， 再經(jīng)過(guò)一個(gè)放大目鏡而 被看到。又稱 “千里鏡 ”。望遠(yuǎn)鏡的第一個(gè)作用是放大遠(yuǎn)處物體的張角，使人眼能 看清角距更小的細(xì)節(jié)。望遠(yuǎn)鏡第二個(gè)作用是把物鏡收集到的比瞳孔直徑（最大 8 毫米）粗得多的光束，送入人眼，使觀測(cè)者能看到原來(lái)看不到的暗弱物體。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展光學(xué)儀器已普遍應(yīng)用在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。我們知道，光 學(xué)儀器的核心部分是光學(xué)系統(tǒng)。 然而一個(gè)高質(zhì)量的成像光學(xué)系統(tǒng)是要好的光學(xué)設(shè) 計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以說(shuō)，光學(xué)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)各種光學(xué)儀器的基礎(chǔ)。光學(xué)設(shè)計(jì)要完成

4、的工作包括光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所謂光學(xué)設(shè)計(jì)就 是根據(jù)系統(tǒng)所提出的使用要求， 來(lái)決定滿足各種使用要求的數(shù)據(jù)， 即設(shè)計(jì)出光學(xué) 系統(tǒng)的性能參數(shù)、外形尺寸、各光組的結(jié)構(gòu)等。大體可以分為兩個(gè)階段。第一階 段根據(jù)儀器總體的要求， 從儀器的總體出發(fā)， 擬定出光學(xué)系統(tǒng)原理圖， 并初步計(jì) 算系統(tǒng)的外形尺寸， 以及系統(tǒng)中各部分要求的光學(xué)特性等。 第二階段是根據(jù)初步 計(jì)算結(jié)果， 確定每個(gè)透鏡組的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)， 以保證滿足系統(tǒng)光學(xué)特性和成像要 求。這一階段的設(shè)計(jì)成為“相差設(shè)計(jì)” ，一般簡(jiǎn)稱光學(xué)設(shè)計(jì)。評(píng)價(jià)一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的好壞， 一方面要看它的性能和成像質(zhì)量， 另一方面要系 統(tǒng)的復(fù)雜度。 一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞應(yīng)該是在

5、滿足使用要求的情況下， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最 簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。目錄第一章 ZEMAX 軟件介紹第二章 縮放法的簡(jiǎn)介第三章 初始結(jié)構(gòu)的參數(shù)及曲線第四章 優(yōu)化后的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)及曲線第五章 學(xué)習(xí)心得第六章 參考文獻(xiàn)第一章ZEMAX軟件介紹ZEMAX是美國(guó)Focus Software Inc.所發(fā)展出的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，可做光學(xué)組件設(shè)計(jì)與照明系統(tǒng)的照度分析，也可建立反射，折射，繞射等光學(xué)模 型，并結(jié)合優(yōu)化，公差等分析功能，是套可以運(yùn)算Seqe ntial及Non-Seqe ntial 的軟件。ZEMAX是一套綜合性的光學(xué)設(shè)計(jì)仿真軟件，它將實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 概念、優(yōu)化、分析、公差以及報(bào)表整合在一起。ZEMAX不只是透鏡

6、設(shè)計(jì)軟件而已，更是全功能的光學(xué)設(shè)計(jì)分析軟件，具有直觀、功能強(qiáng)大、靈活、 快速、容易使用等優(yōu)點(diǎn)，與其它軟件不同的是ZEMAX的CAD轉(zhuǎn)文件程序都是雙向的，如 IGES、STEP SAT等格式都可轉(zhuǎn)入及轉(zhuǎn)出。而且ZEMAX可仿真Sequential 和Non-Sequential的成像系統(tǒng)和非成像系統(tǒng)。ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)程序是一個(gè)完整的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，是將實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念，優(yōu)化，分析，公差以及報(bào)表集成在一起的一套綜合性的光學(xué)設(shè) 計(jì)仿真軟件。包括光學(xué)設(shè)計(jì)需要的所有功能，可以在實(shí)踐中對(duì)所有光學(xué)系 統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化，分析，并具有容差能力，所有這些強(qiáng)大的功能都直觀 的呈現(xiàn)于用戶界面中。ZEMAX功能強(qiáng)

7、大，速度快，靈活方便，是一個(gè)很好的綜合性程序。ZEMAX能夠模擬連續(xù)和非連續(xù)成像系統(tǒng)及非成像系統(tǒng)。ZEMAX能夠在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)建模、分析和其他的輔助功能。ZEMAX的界面簡(jiǎn)單易用，只需稍加練習(xí)，就能夠?qū)崿F(xiàn)互動(dòng)設(shè)計(jì)。ZEMAX中有很多功能能夠通過(guò)選擇對(duì)話框和下拉菜單來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，也提供快捷鍵 以便快速使用菜單命令。手冊(cè)中對(duì)使ZEMAX時(shí)的一些慣用方法進(jìn)行了解釋?zhuān)瑢?duì)設(shè)計(jì)過(guò)程和各種功能進(jìn)行了描述。ZEMAXS前已經(jīng)是被光電子領(lǐng)域熟知的光學(xué)設(shè)計(jì)的首選軟件。該軟件擁有兩大特點(diǎn)，就是可以實(shí)現(xiàn)序列和非序列分析。在全球范圍內(nèi)，這款軟件 已經(jīng)被廣大的應(yīng)用在設(shè)計(jì)顯示系統(tǒng)，照明，成像的使用系統(tǒng)，激光系統(tǒng)以 及

8、漫射光的設(shè)計(jì)應(yīng)用方面。第二章 縮放法的簡(jiǎn)介所謂縮放，即根據(jù)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的要求，找出性能參數(shù)比較接近的已有結(jié)構(gòu)， 將其各尺寸乘以縮放比 K,，得到所求的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并估計(jì)像差的大小或變化趨 勢(shì)。具體步驟如下：（1）根據(jù)所設(shè)計(jì)的外部參數(shù)，由手冊(cè)等資料選取比較接近的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。外部參數(shù)指D、f ' 2w等。其中主要是f不能相差太大，相差太大即失去了原有 數(shù)據(jù)的參考價(jià)值。（2）根據(jù)焦距計(jì)算縮放比K:f設(shè)計(jì)焦距Kf現(xiàn)有焦距（3）將現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的所有線量放大 K倍，角量和相對(duì)量不變。（4）估計(jì)使用條件下的相差和瞳孔位置的變化，所選的結(jié)構(gòu)被放大后，所有線 量相差進(jìn)而也隨之放大，原有結(jié)構(gòu)的使用條件不可能與現(xiàn)在

9、的使用條件完全相同，但可以根據(jù)原來(lái)使用的孔徑和視場(chǎng)及相差曲線的趨勢(shì)，推算出新的使用條件 下的相差值等。（5）檢查和調(diào)整間隔（中心厚或邊緣厚），以滿足工藝要求，必要時(shí)更換玻璃材 料。（6）上機(jī)計(jì)算。首先檢查焦距是否為預(yù)想值，若相差太遠(yuǎn)，可復(fù)查縮放過(guò)程或 原始值。再查其他值，或作像差矯正等。第三章初始結(jié)構(gòu)的參數(shù)及曲線查閱光學(xué)設(shè)計(jì)手冊(cè)得到單雙物鏡的類(lèi)似結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，參數(shù)如下:名稱光學(xué)性能結(jié)構(gòu)參數(shù)r/mmd/mmnf 90.1468.55121.5163（ K9）單雙D-369.80.71:1.3 f49.217.81.5163（ K9）物鏡2w 8o-90.165.8J vvo65.311.6475（

10、ZF1）If 57.79縮放后結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，參數(shù)如下:名稱光學(xué)性能結(jié)構(gòu)參數(shù)r/mmd/mmnf 10075.40513.21.5163（ K9）單雙D Q-406.780.771:1.8 f54.1219.581.5163（ K9）物鏡12w 8o-99.1766.382W871.8411.6475 （ZF1）l F 63.569選定視場(chǎng)角：w=4，0.707w=2.828原始數(shù)據(jù)如下優(yōu)化前的Layouts （外形圖）特就弋品騙剛a遙hhL.m 二 it.COI JFICLlFIHTLCr 1 1. OF 1優(yōu)化前的Ray Fan （光線曲線）TFWLEFWE RA f FRI r PL CTME

11、口 JUL 10 -DI 3HR? JriUH 二匚ftL.E :± Fnn trinri :0 - 4&t C = ； c 匚i.:EFFACE : IRGELEI IS. zrixrcil JFIGUFRTIPI 1PF： 1優(yōu)化前的 Optical Path Differenee (OPD) Fans (光程差曲線)H<?w： :'Ef 口D口 1 口PERCENTriF TTCHL F RTH DIFFEF'.EI IC EiJET iTUL IQ 二CUEHfV.HHUi! S亡 RLE： t-000 i 舊乍二一d - 48o0 S5-E：

12、u cSc. l_ El 1 °.f i xZLfFFRUE； ITIHGELXil IRIijLIFiRTrOH 1. L>F： 1DISWFTIDMFIELD '. 'JR' 'HT'.iPE 口I優(yōu)化前的MTF分析曲線'S H.C'OCC DFt?1 .Cl1I?WO DFG:.j.sjtv DEVil11ilph1II.曰mEh1? m twA? ©:E：ULO-"-一LDZ"LL-D.&.4.3-.:i;一1kDKJ=T ry -X"乜 U = 亠 ”-"

13、TN- .J- .t .航7護(hù)l,WEd 1 口SPATIftL FREQUENCE IH C rDLjES PEF： fULLir iETEP.F口 LirHF： 口 r|F|TH匚門(mén) DE H7F：|E：L? JUL l'J JP1?ih-T'h PijF' 0 - H E：匕 1 T口 Ji - dSuu E.Ui.-SUPFAt E: UIRLE 'LEI IS ZUQKT： D.CC'E»D LEI-KT=二.&衛(wèi)EEssII-H- Ih-uCOr IFIGURRTZCH 1. OF 1SPOT 口工FtGFFHIWED JU

14、. Ki -OK；LUIK FIRE 皿FIELDr».E世 PRDILC.:IPl-OtlGEO RWIU& :16.277刮&一壓耳:何E FAR -icwREFFPKT : CHIEF FRTL.EII2 <f|.CCH IFIGUFRTICH I UF J第四章 優(yōu)化后的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)及曲線優(yōu)化函數(shù)設(shè)置設(shè)定默認(rèn)優(yōu)化函數(shù)：選擇工具欄Editors Merit Fun ction Tools Default Merit Fun ction ，在該選項(xiàng)框中選擇 RMS, Spot Radius, Cen troid, 其它項(xiàng)默認(rèn)即可，選擇確定。為避免焦距變化過(guò)大

15、，將其確定為初始值，即設(shè)定 有效焦距EFFL為100，權(quán)重為1。jam珈碩9EI tUTEE7Tejei1 UFLIFIL!UDNmUDMiraIOD.10DN0jjsiiieno：KIS ajii二 2Zsf=Elt 12二亡 fzzrtizn.: 31G =f：t ZBiiLs osztrcdd 益 S iirc= E =iz=旳希igg孟 tradirbOK3JEEs;lni cLckiui kuadi:? sanihi.SSJit£J3鍛sdz iii iiild 1.7網(wǎng)1Q 龍畫(huà)J.53T11D.3J0KD期EZ-DSESESDJ10N3.1(738!91IlMOMi.a

16、omI.W1DTD.：ODCOJD.asranI.1SLWD42BSZD.r?J8:二二1D D»D2.SCS65nwm1DH9S3o.rzna2 eri3<ID 3£札曲畑塞加10. J也l_bH3£9:.:竝:九盟蛀芒11二二:I0.3J0COJD.nami.moTDJJQtOJd血?jiǎng)俫o.roof1TUCZi.oauMiI.MSEEO.：'DCuD：剛3aD90£3D.10BH2E.UUU想孟二二3oion札妁訐11B.SOOCOI.M43E31JO8U14 TSAZ3G.DIOEOd jamD.1J9&1-123«

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19、C'H .TC'OS I H 1L.EIIIS.ZII.-.CCU JFICLIFFlTIQr 1 口F； J優(yōu)化后的Ray Fan （光線曲線）TP.RFEH i' FRI r RLC'TiJET iTUL IQ 二CUE卜fV.HHUi! Si?F>L.F : t SC O OP0-Ci - 4&o0 55-E： u c5c L曰 JS .JLF.FRUE ； THHGEL'ur IRIGUFiFiTrLil J 1. DF： 1優(yōu)化后的 Optical Path Differenee (OPD) Fans (光程差曲線)uFTIl-F

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