光學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書

PAGEPAGE2課程設(shè)計(jì)說明書題目：對(duì)稱式望遠(yuǎn)物鏡的設(shè)計(jì)學(xué)院：年級(jí)專業(yè)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：教師職稱：電氣工程學(xué)院《課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書課程名稱：光學(xué)儀器基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)基層教學(xué)單位：指導(dǎo)教師：學(xué)號(hào)學(xué)生姓名（專業(yè)）班級(jí)設(shè)計(jì)題目對(duì)稱式望遠(yuǎn)物鏡的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)焦距f=50mm，相對(duì)孔徑D/f=1：1.6,視場(chǎng)角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《光學(xué)設(shè)計(jì)》劉鈞，高明編著2006，西安電子科技大學(xué)出版社，西安《光學(xué)儀器設(shè)計(jì)手冊(cè)》1971，國(guó)防科技出版社，北京光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX應(yīng)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)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說明：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)書要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。目錄第1章摘要…………4第2章ZEMAX仿真…………………5第3章設(shè)計(jì)優(yōu)化……10第4章數(shù)據(jù)比較和優(yōu)化后參數(shù)……12課設(shè)心得及總結(jié)………14參考文獻(xiàn)………………15第1章摘要光學(xué)是研究光的行為和性質(zhì)，以及光和物質(zhì)相互作用的物理學(xué)科。本課設(shè)的主要是在學(xué)習(xí)《大學(xué)物理》、《工程光學(xué)》、《光學(xué)設(shè)計(jì)》等基礎(chǔ)學(xué)科的基礎(chǔ)上進(jìn)行光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)，掌握光學(xué)儀器設(shè)計(jì)的基本方法，使用縮放法設(shè)計(jì)對(duì)稱式望遠(yuǎn)物鏡。采用ZEMAX軟件，查找光學(xué)手冊(cè)選擇的合適的初始結(jié)構(gòu)，縮放焦距然后調(diào)出仿真圖，點(diǎn)列圖MTF圖，觀察圖形確定優(yōu)化對(duì)象及對(duì)象函數(shù)，對(duì)系統(tǒng)的球差、慧差、場(chǎng)曲和色差進(jìn)行優(yōu)化校正，并對(duì)像質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。第2章ZEMAX仿真利用ZEMAX做仿真，即利用縮放法確定某一初始結(jié)構(gòu)，并確定相關(guān)參數(shù)，通過模擬顯示光路傳輸來達(dá)到仿真的目的。根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取合適初始結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)透鏡參數(shù)。選用的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：焦距F=60.11;相對(duì)孔徑D/F=1:1.6;視場(chǎng)角2w=8°；RdnD47.4410.21.5163(K9)37-47.173.61.6164(F3)3751.127.368.41.5163(K9)25-27.052.41.6164(F3)25-355.78結(jié)合設(shè)計(jì)要求：焦距f=50mm，相對(duì)孔徑D/f=1：1.6,視場(chǎng)角2w=8°，對(duì)選用結(jié)構(gòu)的曲率半徑和透鏡厚度縮放，確定孔徑值和最大視場(chǎng)角w=4°?？s放后的結(jié)構(gòu)參數(shù)：RdnD39.36008.484361.5163(K9)37-39.2362.994481.6164(F3)3742.9222.7586.9871.5163(K9)25-22.5001.9961.6164(F3)25-295.9378將縮放后的結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入到鏡頭數(shù)據(jù)編輯框中，并輸入入瞳直徑d=31.25，根據(jù)視場(chǎng)類型選擇角度，角度w=4°，0.707w=2.828，三組視場(chǎng)數(shù)據(jù)(0,0),(0,2.828)和(0,4)。鏡頭數(shù)據(jù)框如下：2D視場(chǎng)圖如下：點(diǎn)列圖如下：場(chǎng)曲和畸變圖：光扇圖：MTF曲線圖：第3章設(shè)計(jì)優(yōu)化焦對(duì)2D圖采用自動(dòng)對(duì)進(jìn)行變化，確保光路交于成像板，觀察三光路交于光板的不同位置。進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，建立默認(rèn)的評(píng)價(jià)函數(shù)，設(shè)置可變參數(shù)。雙擊想要設(shè)置為可變參數(shù)值，選擇可變的求解類型，則該數(shù)為可變參數(shù)。下圖中的數(shù)據(jù)后有v字樣的即為可變參變量。對(duì)場(chǎng)曲、點(diǎn)列圖、光扇圖分析光學(xué)結(jié)構(gòu)成像的慧差大，場(chǎng)曲大等缺陷，設(shè)置不同的優(yōu)化函數(shù)對(duì)光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在評(píng)價(jià)編輯窗口中設(shè)置添加COMA(彗差)，LACL(垂軸色差)，EFFL(有效焦距值)函數(shù)，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)。優(yōu)化后與原光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比，來判斷優(yōu)化效果，效果不明顯則調(diào)整可變參量，再次進(jìn)行優(yōu)化，，重復(fù)以上步驟，直到優(yōu)化后效果達(dá)到預(yù)期為止。第4章數(shù)據(jù)比較和優(yōu)化后參數(shù)結(jié)合以上優(yōu)化達(dá)到某一優(yōu)化效果，2D優(yōu)化圖如下：優(yōu)化后的球差變得比較小，慧差相對(duì)于之前結(jié)構(gòu)有所減小，但是未達(dá)到優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，RMS點(diǎn)尺寸是徑向尺寸的均方根。先把每條光線和參考點(diǎn)之間的距離的平方，求出所有光線的平均值，然后取平方根。點(diǎn)列圖的RMS尺寸取決于每一根光線，因而它給出光線擴(kuò)散的粗略概念。GEO點(diǎn)尺寸只給出距離參考點(diǎn)最遠(yuǎn)的光線的信息。艾利圓環(huán)的半徑是1.22乘以主波長(zhǎng)乘以系統(tǒng)的F#，它通常依賴于視場(chǎng)的位置和光瞳的方向。對(duì)于均勻照射的環(huán)形入瞳，這是艾利圓環(huán)的第一個(gè)暗環(huán)的半徑。優(yōu)化后的點(diǎn)列圖如下：0視場(chǎng)垂軸像差曲線中，各色曲線比較集中，軸向色差不大，但是在接近全孔徑的時(shí)候，曲線偏離橫軸厲害，故初級(jí)球差大。課設(shè)心得及總結(jié)通過光學(xué)課設(shè)，使我對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)基本方法（縮放法、PW法）有了更加全面的認(rèn)識(shí)，知道設(shè)計(jì)的主要過程，主要由制定合理的技術(shù)參數(shù)、外形尺寸計(jì)算、光學(xué)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、像差的矯正以及像質(zhì)的評(píng)價(jià)。學(xué)會(huì)運(yùn)用ZEMAX軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的仿真，通過觀察圖形的系統(tǒng)圖、點(diǎn)列圖、扇形圖、光學(xué)傳遞函數(shù)曲線判斷光學(xué)系統(tǒng)的球差、慧差、像散、色差的大小，繼而進(jìn)行優(yōu)化校正使系統(tǒng)的成像更加理想。參考文獻(xiàn)《光學(xué)設(shè)計(jì)》劉鈞，高明編著2006，西安電子科技大學(xué)出版社，《光學(xué)儀器設(shè)計(jì)手冊(cè)》李士賢，鄭樂年1990，北京理工大學(xué)專業(yè)綜合訓(xùn)練評(píng)審意見表指導(dǎo)教師評(píng)語：成績(jī)：指導(dǎo)教師：