单双物镜设计

燕山大学课程设计说明书题目：单双望远物镜的设计学院（系）：电气工程学院年级专业：10级仪表3班学号：1001030201学生姓名：指导教师：教师职称：副教授

电气工程学院《课程设计》任务书课程名称： 光学仪器基础课程设计 基层教学单位：自动化仪表系 指导教师：王志斌学号学生姓名（专业）班级10仪表3班设计题目单双望远物镜的设计设计技术参数焦距f=100mm，相对孔径为1：1.8,2w=8o。设计要求计算物镜的各个参数；上机用软件进行优化，确定最后的设计结构，满足像差要求。参考资料1、刘钧，高明编著，《光学设计》，2006,西安电子科技大学出版社，西安2、《光学仪器设计手册》，1971,国防科技出版社，北京3、光学设计软件ZEMAX应完成内容计算设计处望远物镜的各个参数上机进行优化设计，确定最后的设计结构指导教师签字王志斌基层教学单位主任签字谢平说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。电气工程学院教务科

燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：正确完善JLi口认真较为合理合理工作态度较认真理论分析 加一般方法设计一般不认真较差较差成绩： 指导教师： 2013年7月11日清晰正确基本掌握设计结论 基本正确了解不清楚不正确答辩小组评语：原理评阅人： 成绩： 评阅人： 2013年7月11日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：2013年7月11日望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜”。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼，使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。随着科学技术的发展光学仪器已普遍应用在社会的各个领域。我们知道，光学仪器的核心部分是光学系统。然而一个高质量的成像光学系统是要好的光学设计来实现的，所以说，光学设计是实现各种光学仪器的基础。光学设计要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。所谓光学设计就是根据系统所提出的使用要求，来决定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的性能参数、外形尺寸、各光组的结构等。大体可以分为两个阶段。第一阶段根据仪器总体的要求，从仪器的总体出发，拟定出光学系统原理图，并初步计算系统的外形尺寸，以及系统中各部分要求的光学特性等。第二阶段是根据初步计算结果，确定每个透镜组的具体结构参数，以保证满足系统光学特性和成像要求。这一阶段的设计成为“相差设计”，一般简称光学设计。评价一个光学系统的好坏，一方面要看它的性能和成像质量，另一方面要系统的复杂度。一个系统设计的好坏应该是在满足使用要求的情况下，结构设计最简单的系统。第一章ZEMAX软件介绍第二章缩放法的简介第三章初始结构的参数及曲线第四章优化后的光学系统参数及曲线第五章学习心得第六章参考文献第一章ZEMAX软件介绍ZEMAX是美国FocusSoftwareInc.所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Seqential及Non-Seqential的软件。ZEMAX是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。ZEMAX不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是ZEMAX的CAD转文件程序都是双向的，如IGES、STEP、SAT等格式都可转入及转出。而且ZEMAX可仿真Sequential和Non-Sequential的成像系统和非成像系统。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。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。第二章缩放法的简介所谓缩放，即根据对光学系统的要求，找出性能参数比较接近的已有结构，将其各尺寸乘以缩放比K,,得到所求的系统结构，并估计像差的大小或变化趋势。具体步骤如下：（1）根据所设计的外部参数，由手册等资料选取比较接近的现有结构。外部参数指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数据的参考价值。（2）根据焦距计算缩放比K：fK=设计焦距f现有焦距（3）将现有结构中的所有线量放大K倍，角量和相对量不变。（4）估计使用条件下的相差和瞳孔位置的变化，所选的结构被放大后，所有线量相差进而也随之放大，原有结构的使用条件不可能与现在的使用条件完全相同，但可以根据原来使用的孔径和视场及相差曲线的趋势，推算出新的使用条件下的相差值等。（5）检查和调整间隔（中心厚或边缘厚），以满足工艺要求，必要时更换玻璃材料。（6）上机计算。首先检查焦距是否为预想值，若相差太远，可复查缩放过程或原始值。再查其他值，或作像差矫正等。第三章初始结构的参数及曲线查阅光学设计手册得到单双物镜的类似结构系统，参数如下：名称光学性能结构参数r/mmd/mmnf'=90.1468.55121.5163(K9)单双D-369.80.7—=1:1.3f，163(K9)物镜2w=8ol'=57.79F-90.1665.315.81.6475(ZF1)缩放后结构系统，参数如下：名称光学性能结构参数r/mmd/mmnf'=10075.40513.21.5163(K9)单双D-406.780.77—=1:1.8f，54.1219.581.5163(K9)物镜2w=8ol'=63.569F-99.17671.8416.381.6475(ZF1)选定视场角：w=4,0.707w=2.828

原始数据如下中鼠施点睛呷h明］. 二1三菇）珊日庭巴双颈口血碌•翻用JfflZ：IlIHCrnoi.JidiiiE血皿交pi_--JLJ5J缸・二沿妞Canic=；r[tiLi9dlIlixlumi：CBJ£口3由idhziMLiInfiiitjIhnnitjMDMIHSTC3出曲出Molyfl.HUIIM.日皿d.OMDdSU3±ld7&.4-1MMU.20M!)]四35.圈圈加'].'][D]M；S箱曲H—88口mm31.一用25a.rain1SHaidSi.UMMUJbMMsai.Tj&iH3£团由id-39.1?&]ML3BKINm29.MU&J'].'][D]MSEiaid二州朔国豳T31.BSGLHd.flMNSU3±ldkziMLj7.13131']优化前的Layouts（外形图）优化前的优化前的RayFan（光线曲线）优化前的OpticalPathDifference(OPD)Fans(光程差曲线)优化前的优化前的MTF分析曲线7^0.MPDE:DTO，三二三:口[lEt4.0™de?1.Ci--E:7^0.MPDE:DTO，三二三:口[lEt4.0™de?1.Ci--E:1.LFnu，rHF：niiFiTICII0E I!丁F：I「EDJUL10二口1三CihTAF「iTI口一「F匕1Tmti.oEbS..ui.二UF'.Ur厂E：I：lIRGE L.E：II二.二II..COMFIGURRTIOrdj.nF1OBJ：D.CCDDEEE-HR：H.fEdHIURHR：H.fEdHI口时；!即旧陪二二•UFFFO：：111ftnift：D.er-miSF'DTdirgehiiHEDJUL102012：LNITSARE痴.FIELD :1二F：H：Ewnj：—[上..注:二[子.铲口GECP.HDIK.：lD7.l£iHlt-Q.377训E：.空，H2HLE：E；RF.：l口州REFEREHT'E二['HIEFFRiL.E1I：.,二1区rniifiqijf：rtIQI।1.口F：1第四章优化后的光学系统参数及曲线优化函数设置设定默认优化函数：选择工具栏EditorsfMeritFunction^ToolsfDefaultMeritFunction，在该选项框中选择RMS,SpotRadius,Centroid,其它项默认即可，选择确定。为避免焦距变化过大，将其确定为初始值，即设定有效焦距EFFL为100，权重为1。曜It二手取即-1laiq？t越g忧UE1U£i:二二二比1弧11F口IIKiJDM'lDLdMDMMD.的。闻2金3ES13新频CezsiilLzaritiusrtizn.:3HF亚白匕iadi.uacentrcid田3工坷mEazis1新频Kdd£：EultaiithidnEES上汨出_：7EmtiainU.53DIE频Kdd£：Eultglassthickreisicu&dai^ccnEtiais,:=.G3LHE9UE领包日他farfieldL7谀谴1D.Cflfl&MDjIDDMD■].K5711D.O：111KMOJQDOODLC0063D.吐弼WO„14738BB谀7=2：1D.Cflfl&MDjIDDMDD.O：111KMOJQDOODL眠1想D.支阖2屋尊明9碗二:二1口.加电】DjIDDMD'3.94A36&D.加UKMOJODOOD上四的63苑郎2：.6STii3410由幽口.如DMD.aD[f?]D0.355711D.MD&?]O.GDMQD(LDMfiSDJ4E2250.32427611碗三二口.加电】Dj]DDMDD.加UKMO.flDH']D1=^140Dj]7D43e4.11^3112DA2睡口.加电】DjIDDMDD.加UKMOJODOOD上四阴63D.10EIK213DA2睡3口.加电】DjIDDMD■3.K5711D.加UKMOJODOOD上四阴63EL睡闻L脏招uW三二3D.CHQ&MDjID&MD■]„W1D7DjMOMO.ODM']D■].1=^140D.T39G1?S.2WE1%HATme2口.刚网D.dDCOlD，窗口CO]O.d&MdDL阳岫5D.14DME此的案1G3LHEH2I领包日他farfield工17谀7=2：1D.CHQ&MDJDWDLI和融D.23D734OJQDOOD■].H323nU231200„DK3«G1B门％7=2：1D.CHQ&MDJDWDLS535&3D.员2流OJQDOOD■].D51713D1涮羽EBKH明19门芯二:二1口.加电】DJDWD'3.4T33B3D.a5i«OJODOODLiszanDj]41K32D门芯三二1O.CflflK*]DJDTCflD■3.K5711D.加UKMO.flDH']D上陶胆4.阳与ET03优化后参数如下：釐曲田蝌哪螂酶购W）船三：骑6ChnBit」iniItidreES"LasaSEii-CiaEterGeir阊5询dE：d加叫Igity二亡fQ.Q1W就£间如dD.0UMH^.SODdDflC.0D0DU2三主通力13.MD空0.M03加时初：制VD.7M27.253100O.ODODflO4S^ndard54IM19.5O0D穹25.B5DEBIO.OMDdO5Standaid-H.75H13■■LWDmnniAnnnna“.匕2v。.咖则a加时叽航求V通州」V巴兜一O.ODODflO■^ndard工三匚可O.OOODHI优化后的Layouts（外形图）优化后的RayFan（光线曲线）优化后的RayFan（光线曲线）优化后的OpticalPathDifference(OPD)Fans(光程差曲线)

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