光学课程设计说明书

PAGEPAGE2课程设计说明书题目：对称式望远物镜的设计学院：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：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：指导教师：学号学生姓名（专业）班级设计题目对称式望远物镜的设计设计技术参数焦距f=50mm，相对孔径D/f=1：1.6,视场角2w=8°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《光学设计》刘钧，高明编著2006，西安电子科技大学出版社，西安《光学仪器设计手册》1971，国防科技出版社，北京光学设计软件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基层教学单位主任签字说明：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。目录第1章摘要…………4第2章ZEMAX仿真…………………5第3章设计优化……10第4章数据比较和优化后参数……12课设心得及总结………14参考文献………………15第1章摘要光学是研究光的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。本课设的主要是在学习《大学物理》、《工程光学》、《光学设计》等基础学科的基础上进行光学仪器的设计，掌握光学仪器设计的基本方法，使用缩放法设计对称式望远物镜。采用ZEMAX软件，查找光学手册选择的合适的初始结构，缩放焦距然后调出仿真图，点列图MTF图，观察图形确定优化对象及对象函数，对系统的球差、慧差、场曲和色差进行优化校正，并对像质进行评价。第2章ZEMAX仿真利用ZEMAX做仿真，即利用缩放法确定某一初始结构，并确定相关参数，通过模拟显示光路传输来达到仿真的目的。根据设计要求选取合适初始结构的系统透镜参数。选用的初始结构参数如下：焦距F=60.11;相对孔径D/F=1:1.6;视场角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结合设计要求：焦距f=50mm，相对孔径D/f=1：1.6,视场角2w=8°，对选用结构的曲率半径和透镜厚度缩放，确定孔径值和最大视场角w=4°。缩放后的结构参数：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将缩放后的结构参数输入到镜头数据编辑框中，并输入入瞳直径d=31.25，根据视场类型选择角度，角度w=4°，0.707w=2.828，三组视场数据(0,0),(0,2.828)和(0,4)。镜头数据框如下：2D视场图如下：点列图如下：场曲和畸变图：光扇图：MTF曲线图：第3章设计优化焦对2D图采用自动对进行变化，确保光路交于成像板，观察三光路交于光板的不同位置。进行进一步优化，建立默认的评价函数，设置可变参数。双击想要设置为可变参数值，选择可变的求解类型，则该数为可变参数。下图中的数据后有v字样的即为可变参变量。对场曲、点列图、光扇图分析光学结构成像的慧差大，场曲大等缺陷，设置不同的优化函数对光学结构进行分析，在评价编辑窗口中设置添加COMA(彗差)，LACL(垂轴色差)，EFFL(有效焦距值)函数，并设置相关参数。优化后与原光学结构进行相应的对比，来判断优化效果，效果不明显则调整可变参量，再次进行优化，，重复以上步骤，直到优化后效果达到预期为止。第4章数据比较和优化后参数结合以上优化达到某一优化效果，2D优化图如下：优化后的球差变得比较小，慧差相对于之前结构有所减小，但是未达到优化标准，RMS点尺寸是径向尺寸的均方根。先把每条光线和参考点之间的距离的平方，求出所有光线的平均值，然后取平方根。点列图的RMS尺寸取决于每一根光线，因而它给出光线扩散的粗略概念。GEO点尺寸只给出距离参考点最远的光线的信息。艾利圆环的半径是1.22乘以主波长乘以系统的F#，它通常依赖于视场的位置和光瞳的方向。对于均匀照射的环形入瞳，这是艾利圆环的第一个暗环的半径。优化后的点列图如下：0视场垂轴像差曲线中，各色曲线比较集中，轴向色差不大，但是在接近全孔径的时候，曲线偏离横轴厉害，故初级球差大。课设心得及总结通过光学课设，使我对光学设计基本方法（缩放法、PW法）有了更加全面的认识，知道设计的主要过程，主要由制定合理的技术参数、外形尺寸计算、光学结构的优化、像差的矫正以及像质的评价。学会运用ZEMAX软件进行简单的仿真，通过观察图形的系统图、点列图、扇形图、光学传递函数曲线判断光学系统的球差、慧差、像散、色差的大小，继而进行优化校正使系统的成像更加理想。参考文献《光学设计》刘钧，高明编著2006，西安电子科技大学出版社，《光学仪器设计手册》李士贤，郑乐年1990，北京理工大学专业综合训练评审意见表指导教师评语：成绩：指导教师：