光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目：1.單透鏡的設(shè)計(jì)與優(yōu)化2. 人眼的幾何光學(xué)仿真及遠(yuǎn)視校正3.“內(nèi)六角螺釘”光源的創(chuàng)建學(xué)院(系)年級(jí)專業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書院（系）： 基層教學(xué)單位： 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)（班級(jí)）設(shè)計(jì)題目一.單透鏡的設(shè)計(jì)與優(yōu)化二.人眼的幾何光學(xué)仿真及遠(yuǎn)視校正三.“內(nèi)六角螺釘”光源的創(chuàng)建設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)一.單透鏡的設(shè)計(jì)與優(yōu)化參數(shù)：透鏡真實(shí)厚度為4mm，有效焦距為413.459um,入射光波長為d(0.587um),入瞳直徑為40mm，玻璃類型為BK7，F(xiàn)數(shù)為10，視場(chǎng)角分別為0&

2、#176;，3.5°，5°。二.人眼的幾何光學(xué)仿真及遠(yuǎn)視校正參數(shù)：眼睛長軸20.8，短軸10，眼鏡焦距33mm，視場(chǎng)角（真實(shí)像高）1.462，波長468nm、587nm、656nm，中心厚度3mm，孔徑類型：浮動(dòng)光柵。三.“內(nèi)六角螺釘”光源的創(chuàng)建1. Source Filament 參數(shù)：# Layout Rays: 80 # Analysis Rays：5000000Length: 10(長度)Radius: 4(半徑)Turns: 10(匝數(shù))2.Standard Lens參數(shù)ref object : 0 z position : 40material : german

3、ium radius 1 : 60 clear 1 : 25 edge 1 : 25thickness : 12.5 radius 2 ：-60 clear 2 : 25 edge 2 : 25 3.Detector Rect參數(shù)：z position : 100 material : absorbX half width : 30 Y half width : 30# X pixels : 150 # Y pixels : 150Color: 2 X angle Min : -90X angle Max : +90 Y angle Min : -90Y angle Max : +90設(shè)計(jì)要求

4、一.單透鏡的設(shè)計(jì)與優(yōu)化要求：希望初學(xué)者能夠通過此題目的練習(xí)，積累ZEMAX軟件的初步使用經(jīng)驗(yàn)。在完成練習(xí)的過程中學(xué)習(xí)如何選擇變量和構(gòu)造評(píng)價(jià)函數(shù)(MFE) 。二.人眼的幾何光學(xué)仿真及遠(yuǎn)視校正要求：要求用ZEMAX軟件，對(duì)人眼做幾何的仿真，還將加眼鏡，對(duì)遠(yuǎn)視眼進(jìn)行校正，完成本題目的設(shè)計(jì)后，要給出圖X和圖9。三.“內(nèi)六角螺釘”光源的創(chuàng)建創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)六腳螺釘?shù)墓庠矗螅航o出“光源+標(biāo)準(zhǔn)透鏡+探測(cè)器”的NSC Shaded Model圖。工作量兩周。詳見工作計(jì)劃。工作計(jì)劃第一天：學(xué)習(xí)并熟悉使用ZEMAX軟件，了解ZEMAX序列工作模式。第二天：設(shè)計(jì)一個(gè)單透鏡。第三天：學(xué)習(xí)對(duì)光學(xué)元件作離心和傾斜處理。第四

5、、五天：完成“人眼幾何光學(xué)的仿真及遠(yuǎn)視校正”的設(shè)計(jì)。第六天：學(xué)習(xí)ZEMAX的非序列工作模式，并在該模式下創(chuàng)建一個(gè)簡單的光源。用ZEMAX實(shí)現(xiàn)對(duì)光源的仿真，學(xué)習(xí)如何對(duì)光源進(jìn)行精確模擬。第七天：完成“內(nèi)六角螺釘”光源的創(chuàng)建。第八天：整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告。設(shè)計(jì)步驟及結(jié)果一單透鏡的設(shè)計(jì)與優(yōu)化1. 學(xué)習(xí)如何將透鏡的初始數(shù)據(jù)輸入到ZEMAX中。2. 對(duì)R2設(shè)置F數(shù)方案，使EFL(400.6787)和F數(shù)(10.01697)值恢復(fù)到近軸值。3. 對(duì)透鏡做彎曲處理，減少球差。4. 對(duì)透鏡做彎曲處理，減小彗差。5. 對(duì)透鏡做彎曲處理，減小像散。6. 觀察二次曲面系數(shù)對(duì)像差的影響。7. 學(xué)習(xí)TRAC操作數(shù)的使用。8. 學(xué)

6、習(xí)虛擬面的插入。9. 學(xué)習(xí)全視場(chǎng)條件下TRAC的使用，以及如何找到全視場(chǎng)條件下的“ BEST RMS FOCUS”位置。10. 觀察球差、彗差以及像用同透鏡厚度的關(guān)系透鏡SING1o9a外形圖：11. 如果將透鏡的厚度設(shè)為變量，就必須同時(shí)對(duì)厚度值加以約束。限制透鏡厚度的操作數(shù)有：MNCG，MXCG。透鏡SING1o10a外形圖：二.人眼的幾何光學(xué)仿真及遠(yuǎn)視校正1. 初始參數(shù)的錄入，得到遠(yuǎn)視眼模型，并以此視角對(duì)F成像。分別對(duì)“遠(yuǎn)視眼”的角膜、前室、瞳孔、水晶體、后室和視網(wǎng)膜等面的參數(shù)進(jìn)行錄入，然后通過補(bǔ)償光闌對(duì)其進(jìn)行校正，可得到在100 lp/mm的可視銳度范圍內(nèi)能產(chǎn)生分辯率良好的像的人眼模型。

7、2. 加眼鏡矯正，得到多結(jié)構(gòu)條件下，系統(tǒng)正確的3D Layout：在Surface 1和Surface 2之間插入3個(gè)面，這3個(gè)面將分別代表眼鏡的前、后表面和實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的coordinate break面。在Multi-Configuration Editor中插入兩個(gè)新的操作數(shù)，三個(gè)操作數(shù)分別表示眼睛透過眼鏡，直視相當(dāng)遠(yuǎn)處的物體，眼睛透過眼鏡，稍向下注視中等距離遠(yuǎn)的物體，表示眼睛透過眼鏡，相當(dāng)向下地注視非常近的物體。再將全球坐標(biāo)參考面設(shè)在surface 4 上。根據(jù)Spot Diagram，將視場(chǎng)角變?yōu)檎鎸?shí)像高：1.446。校正前的3Dlayout(圖X)圖9（校正前多結(jié)構(gòu)情形下系統(tǒng)的MT

8、F曲線和Diffraction Images）3對(duì)眼鏡優(yōu)化在LDE中，將Surface 2(glasses-front)的Radius，Conic，和 從2nd Order Term開始一至到 12th Order Term的項(xiàng)設(shè)為變量。然后，在Extra Data Editor (EDE)中，將Surface 3 (glasses-back)的Max Term #，設(shè)為40，將Norm Radius設(shè)為20，再將Surface 3的X1Y0，X0Y1等所有40個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)項(xiàng)均設(shè)為變量。再在MFE內(nèi)，插入兩行新操作數(shù)，并設(shè)置其參數(shù)，這兩個(gè)操作數(shù)的作用是防止在優(yōu)化過程中，眼鏡片的邊緣變得過厚或過

9、薄。校正后的3D layout校正后多結(jié)構(gòu)情形下系統(tǒng)的MTF曲線和Diffraction Images三.“內(nèi)六角螺釘”光源的創(chuàng)建1、 利用CAD軟件，繪制出內(nèi)六角螺釘?shù)膱D形（要滿足正確的長度、直徑等要求）。將繪制好的圖形以STEP，IGES，SAT，或STL格式保存。2、 將保存的上述螺釘文件（老師提供）復(fù)制到ZEMAX > Objects目錄下。3、 打開ZEMAX，由File > Non-Sequential Mode路徑，進(jìn)入非序列模式。4、 將object的類型設(shè)為Imported，然后從Data File欄選擇STEP格式的內(nèi)六角螺釘文件。設(shè)置Tilt about Y：

10、-90。5、 在步驟4完成的Imported行后，新插入一行，將這一行的object類型設(shè)為Source Filament，Layout Rays：20，Analysis Rays：5000000，length：20，radius：4，turns：20，tilt about Z：90，Y position：10。6、 再插入新的一行，將object的類型設(shè)為standard lens，它將起到對(duì)“內(nèi)六角螺釘”光源發(fā)出光線的會(huì)聚作用。7、最后插入探測(cè)器。探測(cè)器object的類型設(shè)為Detector Rect，參數(shù)設(shè)置完成后，進(jìn)行追蹤光線追蹤?！肮庠?標(biāo)準(zhǔn)透鏡+探測(cè)器”的NSC Shaded Model圖：參考資料工程光學(xué)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件簡介ZEMAX的序列工作模式