對稱式目鏡光學(xué)設(shè)計(jì)

1、工程光學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目F30mm對稱式目鏡設(shè)計(jì)班級:作者:學(xué)號:成績:指導(dǎo)教師:完成日期:目錄摘要2.第一章緒論3.1.1 目鏡3.1.2 目鏡設(shè)計(jì)原則4.1.3 目鏡設(shè)計(jì)要求5.第二章對稱式目鏡設(shè)計(jì)6.2.1 確定初始結(jié)構(gòu)6.2.2 焦距縮放7.2.3 優(yōu)化前結(jié)構(gòu)與圖像分析8.2.3.1 透鏡輸出8.2.3.2 像質(zhì)評價(jià)報(bào)告8.第三章對稱式目鏡優(yōu)化123.1 曲率半徑優(yōu)化123.2 Thickness優(yōu)化143.3 優(yōu)化后分析總結(jié)17第四章心得體會18第五章參考文獻(xiàn)21南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)儀器已普遍應(yīng)用在社會的各個(gè)領(lǐng)域。光學(xué)儀器的核心部分是光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)成像

2、質(zhì)量的好壞決定著光學(xué)儀器整體質(zhì)量的好壞，一個(gè)高質(zhì)量的的成像光學(xué)系統(tǒng)是要靠好的光學(xué)設(shè)計(jì)去完成。因此說，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)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指的是根據(jù)儀器所提出的使用要求，來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)、外形尺寸和光組的結(jié)構(gòu)等。本次課程設(shè)計(jì)將已有的目鏡的結(jié)構(gòu)形式作為初始結(jié)構(gòu)，主要任務(wù)集中在用電子計(jì)算機(jī)，按優(yōu)化理論和統(tǒng)計(jì)理論對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行像差校正，得到理想的對稱式目鏡。關(guān)鍵詞：光學(xué)設(shè)計(jì)像差校正對稱式目鏡南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文第一章緒論1.1 目鏡目鏡，用來觀察前方光學(xué)系統(tǒng)所成圖像的目視光學(xué)器件，是望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等目視光學(xué)儀器的組成部分。為消像差，目鏡通常由若干個(gè)透鏡

3、組合而成，具有較大的視場和視角放大率。在望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡中，目前常用的目鏡有惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、凱爾納目鏡、對稱式目鏡等?；莞鼓跨R結(jié)構(gòu)與原理：惠更斯目鏡是由兩片未經(jīng)過色差校正的凸透鏡組成；靠近眼睛的一片稱為目透鏡，起放大作用；另一片稱為場透鏡，它的作用使映像亮度均勻。在兩塊透鏡之間的目透鏡焦平面放一光欄，把顯微刻度尺放在此光欄上，從目鏡中觀察到疊加在物象上的刻度。如圖1.1所示，這就是所謂的惠更斯目鏡。圖1.1惠更斯目鏡結(jié)構(gòu)冉斯登目鏡結(jié)構(gòu)與原理：冉斯登目鏡，由兩個(gè)焦距相等的平凸透鏡組成，兩個(gè)凸面相對，兩者的間距d等于焦距的2/3。冉斯登目鏡的球差、軸向色差和畸變等均小于惠更斯目鏡，但垂軸色

4、差較大。若用消色差膠合透鏡代替接目鏡（稱為凱爾納目鏡），則可校正垂軸色差。冉斯登目鏡可當(dāng)普通放大鏡使用。如圖1.2所示，這就是所謂的冉斯登目鏡。圖1.2冉斯登目鏡結(jié)構(gòu)凱爾納目鏡結(jié)構(gòu)與原理：凱爾納目鏡，以字母K表示，是冉斯登目鏡的改進(jìn)型，消除了冉斯登目鏡的色差，這種目鏡，視場大，常用在低倍率觀測上，如彗星或大面積的天體。如圖1.3所示，這就是所謂的凱爾納目鏡。南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文對稱式目鏡結(jié)構(gòu)與原理：由兩個(gè)雙膠合透鏡組成，是目前應(yīng)用很廣的一種中等視場目鏡。對稱式目鏡的特點(diǎn)是垂軸色差和軸向色差都能得到很好的矯正，出瞳距離較大，視場大約為40。并且與其他目鏡相比較，對稱式目鏡具有較小的場曲，是中等視

5、場的目鏡中像質(zhì)較好的一種，出瞳距離也比較大，有利于縮小整個(gè)儀器的體積和重量，因此在一些中等倍率和出瞳距離要求較大的望遠(yuǎn)系統(tǒng)中使用的很多。如圖1.4所示，這就是所謂的對稱式目鏡。1.2 目鏡設(shè)計(jì)原則在設(shè)計(jì)目鏡時(shí)，通常按反向光路計(jì)算像差，即假定物平面位于無限遠(yuǎn)，目鏡對無限遠(yuǎn)目標(biāo)成像，在目標(biāo)的焦面上衡量系統(tǒng)的像差。至于目鏡的光瞳位置，可以按兩種方式給出。第一種方式是把實(shí)際系統(tǒng)的出瞳作為反向光路時(shí)目鏡的入瞳，給出入瞳距離p,入瞳直徑D等于系統(tǒng)要求的出瞳直徑。在目鏡像差校正的過程中，要求保證邊緣視場的主光線通過正向光路時(shí)物鏡的出瞳中心（即正向光路目鏡的入瞳中心）。其他視場的主光線，由于存在光闌球差并不通

6、過同一點(diǎn)，這樣計(jì)算出來的像差和實(shí)際成像光束的像差雖完全不同，但一般較小，可以忽略。第二種方式是如果像差計(jì)算程序能夠在給出實(shí)際光闌后自動求出入瞳位置，并用調(diào)整主光線位置的方法，保證不同視場的主光線通過實(shí)際光闌的中心。這樣南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文可以把正向光路時(shí)物鏡的出瞳作為實(shí)際光闌給出，計(jì)算出來的像差和實(shí)際成像光是的情況符合。出瞳直徑：就是影像通過望遠(yuǎn)鏡在目鏡后形成的光斑大小出瞳距離：是指能看清整個(gè)視場時(shí)眼睛離目鏡的最遠(yuǎn)距離。1.3 ZEMAX軟件簡介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只是透鏡設(shè)計(jì)軟件而已，更是全功能的

7、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IGESSTEPSAT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)。ZEMAXt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。ZEMAXft能強(qiáng)大，速度快，靈活方便，是一個(gè)很好的綜合性

8、程序。ZEMAX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勺界面簡單易用,只需稍加練習(xí),就能夠?qū)崿F(xiàn)互動設(shè)計(jì)。ZEMAX中有很多功能能夠通過選擇對話框和下拉菜單來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，也提供快捷鍵以便快速使用菜單命令。手冊中對使ZEMAX寸的一些慣用方法進(jìn)行了解釋，對設(shè)計(jì)過程和各種功能進(jìn)行了描述。ZEMAX!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)以及漫射光的設(shè)計(jì)應(yīng)用方面。1.4 設(shè)計(jì)要求本次課程設(shè)

9、計(jì)要求如下：(1)對稱式目鏡；(2)出瞳直徑4mm；(3)出瞳距離8mm；(4)視場角為+20度；(5)焦距E.F.L為30mm；(6)在可見光波段設(shè)計(jì)(取d、F、C三種色光，d為主波長)；(7)畸變小于10%;(8)MTF值在20lp/mm處大于0.30;南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文第二章對稱式目鏡設(shè)計(jì)2.1 確定初始結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)計(jì)算通常采用以下兩種方法：即代數(shù)法(解析法)和縮放法。代數(shù)法是根據(jù)初級像差理論來求解滿足成像質(zhì)量要求的初始結(jié)構(gòu)的方法，又稱為pw法；而縮放法是根據(jù)已有光學(xué)技術(shù)資料和專利文獻(xiàn)，選擇其光學(xué)特性與所要求的相接近的結(jié)構(gòu)作為初始結(jié)構(gòu)的方法，這是一種比較實(shí)用而又容易獲得成功的

10、方法。本次課程設(shè)計(jì)采用后一種方法，所選定的初始結(jié)構(gòu)及各參數(shù)查自光學(xué)鏡頭手冊。在手冊中根據(jù)設(shè)計(jì)要求，遵循小焦距大視場的原則，選擇盡可能接近的資料作為初始結(jié)構(gòu)，根據(jù)各種類型目鏡基本光學(xué)特性之間的關(guān)系，進(jìn)行像差校正。所選定的初始結(jié)構(gòu)及各參數(shù)查自光學(xué)設(shè)計(jì)手冊，初始參數(shù)如表2.1所示：面數(shù)r/mmd/mm材料ObjectQO1179.892.25F3228.939.00K93-28.931.35428.939.00K95-28.932.25F36-179.89Image1)打開ZMAX軟件，添加surface個(gè)數(shù)，將上表中r,d值分別輸入radius和thickness歹！J,所選玻璃輸入至glass列

11、。2)點(diǎn)擊Gen(general),先將入瞳直徑設(shè)為4,在之后的優(yōu)化過程中再進(jìn)行調(diào)試和變更。3)點(diǎn)擊Fil(fielddata),選擇Angel,設(shè)定y.視場分別為0、7.07、10。4)點(diǎn)擊Wav(wavelength),單擊波長對話框底部的“選擇(Select->F,D,C(Visible)”按鈕。5)點(diǎn)擊Editors-*MeritFunction-*Tools,力口入EFFL項(xiàng)，選擇第2波長，設(shè)定Target為30,Weight值為1。得到系統(tǒng)平面剖面圖，如圖2.1:南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文圖2.1初始數(shù)據(jù)lay模擬圖2.2 焦距縮放設(shè)初始結(jié)構(gòu)焦距為f'，縮放后結(jié)構(gòu)焦距為f&

12、#39;*計(jì)算公式為：'*f/、n共不(2-1)其中：口、ri*分別為初始和縮放后結(jié)構(gòu)的曲率半徑：*fdi=df(2-2)其中：di、di*分別為初始和縮放后結(jié)構(gòu)的透鏡厚度和間隔。因?yàn)閒'=29.84，得到f'*/f'=1.00536,將初始結(jié)構(gòu)參數(shù)帶入公式，得到縮放后的門*和d如下表2.2:面數(shù)r/mmd/mm材料ObjectoO4.021180.852.26F3229.099.05K93-29.091.36429.099.05K95-29.092.26F36-180.8513.56Image表2-2中所示即為符合本次課設(shè)要求的目鏡初始數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)作為本次課

13、設(shè)后續(xù)說明中像差校正和光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化的基本數(shù)據(jù)。按照上述過程在ZEMAX軟件中輸入計(jì)算后的數(shù)據(jù)，至此，數(shù)據(jù)輸入工作基本完成,出現(xiàn)了如下的鏡頭數(shù)據(jù)編輯窗口，如表2.3:南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文EditSolvesOptionsHelpSurf:TyptComwEitRadiusGL19BSasd-DiiMcaiConicMJStsndaidIcifinitymioityInfijiL'yMW時(shí)STOStindiidInfinity4.02000D"MMQqO.ODODOQ2Standard110.8600002.26000DE34.719C9CO.QDODOD3St/daB29,09

14、00009.050000K947MOrODODOQ4StandtEd二二支三匚1.3EOOODB.909719O.QDQDQD5Standa.id303000a.asoooD5J9K600.000000fEtkiuiiiEd-29.C90QDQE；印F3E.BS14B10.000000Standaid<80-SSCOOO13.S£0003工削的招0.00000DIHABtudiEdInfinityB.29Z2D3O-ODODOO2.3優(yōu)化前結(jié)構(gòu)與圖像分析2.3.1 透鏡輸出點(diǎn)擊工具欄中Lay圖標(biāo)，出現(xiàn)優(yōu)化前物鏡系統(tǒng)平面剖面組，如圖2-2:皿1：LayoutZ=30J375.&#

15、165;=15904圖2.2縮放后lay模擬圖像圖像分析結(jié)果：如圖顯示，縮放后結(jié)構(gòu)基本滿足設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要求，沒有出現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的變形和不合理現(xiàn)象。2.3.2 像質(zhì)評價(jià)報(bào)告1)點(diǎn)擊工具欄中Ray圖標(biāo)，出現(xiàn)rayfan曲線圖，如圖2.3:南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文制口1:RyFan圖2.3初始數(shù)據(jù)子午光束與弧矢光束垂軸像差曲線圖像分析：在ZEMAX中有一個(gè)重要的分析手段，就是顯示rayfan圖。rayfan表示是光學(xué)系統(tǒng)的綜合誤差。它的橫坐標(biāo)是光學(xué)系統(tǒng)的入瞳標(biāo)量，縱坐標(biāo)則是針對主光線（發(fā)光點(diǎn)直穿光闌中心點(diǎn)的那條光線）在像面上的位置的相對數(shù)值。2）點(diǎn)擊工具欄中FCD圖標(biāo)，出現(xiàn)軸外細(xì)光束像差曲線，如圖2.4:Si

16、1：FieldCurv/DistCats=3.3924,Field=-°圖2.4初始數(shù)據(jù)軸外細(xì)光束像差曲線左圖為像散場曲曲線，右圖為畸變曲線，縱坐標(biāo)為視場，橫坐標(biāo)左圖是場曲，右圖是畸變的百分比值。由圖可知，初始數(shù)據(jù)所示的光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)不夠好，有待進(jìn)一步的優(yōu)化。3）光學(xué)傳遞函數(shù)（MTF）分析，單擊工具欄中的MTF圖標(biāo)，出現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)圖，如圖2.5:南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文2:FFTMTF2圖2.5初始數(shù)據(jù)MTF曲線圖圖像分析：所謂MT既表示各種不同頻率的正弦強(qiáng)度分布函數(shù)經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后，其對比度（即振幅）的衰減程度。當(dāng)某一頻率的對比度下降為零時(shí)，說明該頻率的光強(qiáng)分布已無亮度變化，

17、既該頻率被截止。這是利用光學(xué)傳遞函數(shù)來評價(jià)光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的主要方法。從理論上可以證明，像點(diǎn)的中心點(diǎn)亮度值等于MTFffl線所圍成的面積，曲線所圍成的面積越大，表明光學(xué)系統(tǒng)所傳遞的信息量越多，光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量越好，圖像越清晰。因此在光學(xué)系統(tǒng)的接收器截止頻率范圍內(nèi)，利用MTF曲線所圍成的面積的大小來評價(jià)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量是非常有效的。如圖所示明顯可知，MTFffl線所圍成的面積過小，且MTFfi在20lp/mm時(shí)過小，光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量不高，所以需要對其進(jìn)行優(yōu)化。4）點(diǎn)擊工具欄中SPT圖標(biāo)，出現(xiàn)spotdiagram曲線圖，如圖2.6：圖2.6初始數(shù)據(jù)點(diǎn)列圖圖像分析：在幾何光學(xué)的成像過程中，由

18、一點(diǎn)發(fā)出的許多條光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后，由于像差的存在，使其與像面不再集中于一點(diǎn)，而是形成一個(gè)分布在一定范圍內(nèi)的彌散圖形，稱之為點(diǎn)列圖點(diǎn)列圖下方給的數(shù)可以看出每個(gè)視場的RMSRADIUS均方根半徑值）、10南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文AIRY光斑半徑、GEORADIUS；幾何半徑（最大半徑），值越小成像質(zhì)量越好。根據(jù)分布圖形的形狀也可了解系統(tǒng)的各種幾何像差的影響，如是否有明顯像散或彗差特征，幾種色斑的分開程度如何等。對于點(diǎn)列圖圖像而言，點(diǎn)陣集中程度越高，彌散半徑越小，成像質(zhì)量也就越高。就初始數(shù)據(jù)點(diǎn)列圖圖像而言，點(diǎn)陣分散，成像質(zhì)量不高。11南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文第三章對稱式目鏡優(yōu)化3.1 曲率半徑優(yōu)化一般來

19、說，透鏡組的全部結(jié)構(gòu)參數(shù)都可以作為優(yōu)化變參量與優(yōu)化，首先，通過優(yōu)化曲率半徑的途徑來提高像質(zhì)，對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行像質(zhì)評價(jià)。采用ZEMAX自動優(yōu)化的方法：首先右擊第二個(gè)面的Radius,選中Variable,點(diǎn)擊Opt按鈕，選中其中的Automatic,對第一組曲率半徑進(jìn)行自動優(yōu)化，觀察優(yōu)化結(jié)構(gòu)，與初始數(shù)據(jù)像差分析圖進(jìn)行比較，如果，光學(xué)系統(tǒng)得到優(yōu)化，則將該組曲率半徑固定，如果結(jié)果不盡如人意，則將保留原始數(shù)據(jù)。按照如此的思路，對本光學(xué)系統(tǒng)中出現(xiàn)的曲率半徑依次進(jìn)行優(yōu)化，最終得到曲率半徑優(yōu)化完成的參數(shù)，并對圖像進(jìn)行分析。得到的光學(xué)系統(tǒng)分析圖如下：®VFFTMTFFreq=。屈曲MTF-0i9/75

20、-Update“RingiPrifitTtirfZowiSPflrihLFEE以UmCtClESFtRfUllIhE®新3-+?？?電工1口二卜町二TKH圖3.1曲率半徑優(yōu)化后MTF曲線圖郵1；FieldQjrv/DistUpdateSettingsPrintWmdcwTtsflZoom用GrTh£ll2hC.TBKX昵BhFlEIEHFtShDITUE.THUDEC2HRLERIE_0ZECEGEEES例陽JEMJIKh4ti19,E:'MEF-HEM,£eJHlaaMTELfifiT工OH【OFj/陽收H圖3.2曲率半徑優(yōu)化后軸外細(xì)光束像差曲線12南通

21、大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文圖3.3曲率半徑優(yōu)化后子午光束與弧矢光束垂軸像差曲線B2:SpotDiagram圖3.4曲率半徑優(yōu)化后點(diǎn)列圖由上述像差分析圖可知，經(jīng)過曲率半徑優(yōu)化，像差減小，光學(xué)系統(tǒng)得到完善，保留優(yōu)LensDmEditor化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表3.1所示:翻EditSolvesOptionsHdpEUdisThicknojClass'CiffniEOBJStandardInfiriit7lELfinityItifinity0.00DODOSTOStazida.idInfLnitp4.OSODO-D4.D0D0D0O.DODODa2SLandazd44.9Bi£334VK34.7

22、552370.MD0D03Sm血E3msV九MOMD門4.94OS690.000000.StandiidF,加口W1.3SQ0QDS.6553760.DQQQD0SStandardP9.OSGOODPK9&.7590200.00D0D0Standa.rd-IS-730233P2.26QD00口F35.442975a.DODODQ7M4.9B«3S4P13.S時(shí)比口5.33-37970.000000工維Sm皿蕤Infin.ity4.0228660.000000為進(jìn)一步改善光學(xué)系統(tǒng)，接下來進(jìn)行Thickness優(yōu)化。13南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文3.2 Thickness優(yōu)化具體優(yōu)化過

23、程不變，加入人為優(yōu)化的過程，優(yōu)化后得到的圖像如下:1:FFTMTFUpdateSittingsPrintWindowTenaZoom副融IS-0Z1洞的BFTIRlfbejehctl孫iirCLESfefKILLIiETBJmrr二iurtidh國二匚d圖3.5Thickness優(yōu)化后MTF曲線圖1:FieldCurv/Dist圖3.6Thickness優(yōu)化后軸外細(xì)光束像差曲線00-1Updab?5小呻$PrinfWindowTcirt2口口而LEWSHRShEHILE.THULEZ2H33LEtfiHrwi5CFLE：i第£EBDH££P>®Q用

24、姐313三任七圖3.7Thickness優(yōu)化后子午光束與弧矢光束垂軸像差曲線14南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文圖3.8Thickness優(yōu)化后點(diǎn)列圖經(jīng)分析比較，光學(xué)系統(tǒng)得到完善，符合設(shè)計(jì)要求，保留優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表3.2所示:(HLensDataEditorEditSolvesOptionsHelpSuifzlypftCo«wntEUdiuThickneiff&13H3Seaii-DiajmtecConicOBJStandardInfinityInfinityInfinityQ.OQO-DQDSTOInfinity4.0200004.QDOOOQo.oomD2snaE44.9B&#

25、171;3&<；.3ZU5«ra,7532370.QDMOD3157配埼39.0600004.M47M0.ODMM4Stinxiird>25-MODODhMMQOQS.0E3G21O.OOOOMSSt回M£9.090000p9.0EGOOO9S.763130O.OOMM«-15.730133p7raSr44577O.0OMWSt皿MT7B54p13.8923S4B.336179O.ODODOO血StWEbuEiniifr1.011107?？侻MO由圖分析得，像差沒有得到有效改善，未達(dá)到課程設(shè)計(jì)的要求，于是接下來進(jìn)行對Conic的優(yōu)化。3.3Co

26、nic優(yōu)化具體優(yōu)化過程如上，加入人為優(yōu)化的過程，優(yōu)化后得到的圖像如下:由1:FRMTFFreq=5.0T74,MTF=0.8751-UpdateSritingrsPtirtWindowTfisctZoome.eaid.QB二口.B。smrinLfrequencyincteusrwHSLUEHerE*Pa-fCH=!aH=iT1i：1TFLBEHAS<1TITTLE.THJCECZ4ZfliEFQffDTD世即!1區(qū)E(amc.-FiRE?,FTeffi皿平工Guftmmn牛t圖3.9Conic優(yōu)化后MTF曲線圖15南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文4:FieldCurv/DistPrint期河口內(nèi)Ic

27、城foam圖3.10Conic優(yōu)化后軸外細(xì)光束像差曲線圖3.11Conic優(yōu)化后子午光束與弧矢光束垂軸像差曲線圖3.12Conic優(yōu)化后點(diǎn)列圖16南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文3.4優(yōu)化后分析總結(jié)經(jīng)過對優(yōu)化后圖像的分析可知，光學(xué)系統(tǒng)的像差得到了一定的校正，優(yōu)化后的結(jié)果明顯優(yōu)于優(yōu)化前的結(jié)果，并且符合課程設(shè)計(jì)要求。優(yōu)化后的對稱式目鏡的參數(shù)如表3.2所說LensEditorEditSolvesOptionsHelpSurf:TypaCrwniantR&diuwTh.iclcnaaaG工”CanicOBJSvandardInfinityInfinityInfinitya.ggg5T0S匕andAEdIn

28、finity4.0200004-口口口口力口a.oooooo3St；Bndaxd2.32L2&EF34,7549>1D12.199033StandardIB.7303335.050000Hr5.6S6S4343eajidacd-23.CJM0001.3600005.J26711.7S861SSSiandazd29.090000Ps.osoaaoPKSB.77&214-12.4£31BSStandard-IS,730233P2.32125CPF357390出egg7Standscd一q4.亨右后334P13.B37000斗日日2力6歸ggMIHA£匕au

29、d.Bi.rd.<.aa7QBla.oooooo17南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文第四章心得體會這學(xué)期有幸參加了光學(xué)設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)，通過學(xué)習(xí)體會到這門學(xué)科把基本的幾何光學(xué)理論與復(fù)雜的光學(xué)器件相互結(jié)合，并且靈巧的運(yùn)用了比較專業(yè)的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX系統(tǒng)地論述了“光學(xué)設(shè)計(jì)”課程的基本理論及設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)介紹了具有普遍意義的典型光學(xué)系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容，以闡明光學(xué)設(shè)計(jì)中帶有共性的問題。既檢驗(yàn)了我們對光學(xué)基本概念、基本定律、基本計(jì)算的掌握程度，又考驗(yàn)了我們開闊的思維及動手能力，是具有比較實(shí)際意義的一門課程，這門課程結(jié)構(gòu)清晰，前一部分注重幾何光學(xué)像差理論的基礎(chǔ)知識，后一部分著重介紹光學(xué)設(shè)計(jì)，下面是我結(jié)合個(gè)人

30、情況對這門課程的心得體會以及對老師在這門課教學(xué)方式和課程重點(diǎn)知識方面的一些建議：課程在前一部分主要介紹了幾何光學(xué)的基本概念基本定律、球面和平面系統(tǒng)、理想的光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)中光束限制及光能，可見重點(diǎn)偏重于幾何光學(xué)的基本知識，為以后的光學(xué)設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)與光的電磁性質(zhì)關(guān)系不是很密切，這些基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)是對整個(gè)復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)起到至關(guān)重要的作用。中部主要關(guān)于像差理論做了詳細(xì)的講解，像差并非相差，主要介紹了球差、軸外像差、波像差以及基本光線的光路計(jì)算。這個(gè)部分更加實(shí)際一些，在基本理論上與實(shí)際現(xiàn)象相聯(lián)系依據(jù)基本計(jì)算給予普遍像差關(guān)系強(qiáng)有力的證明解釋，也為以后的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為鋪墊，因?yàn)橐恍┑湫偷墓鈱W(xué)系統(tǒng)都將圍繞著

31、光路的傳播途徑以及像差色差的計(jì)算展開，在老師的教學(xué)中，更加清晰透徹的了解到光學(xué)系統(tǒng)之間的關(guān)系。當(dāng)我們在理論上做好充分準(zhǔn)備之后，就將付諸實(shí)踐去體會我們之前所學(xué)習(xí)了解到的知識如何在實(shí)際光學(xué)器件起到的作用，甚至是如何更具實(shí)際情況設(shè)計(jì)出一套自己所需要的光學(xué)系統(tǒng)。這門課程首先先介紹了一些比較典型的光學(xué)系統(tǒng)，從我們密不可分的眼睛成像系統(tǒng)再到我們?nèi)粘Ｋ玫娘@微鏡、望遠(yuǎn)鏡、攝影光學(xué)系統(tǒng)等等，我們可以更加系統(tǒng)并且更加帶有比較專業(yè)水平的眼光去分析這些系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及其成像原理，學(xué)習(xí)好這些基本傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)會為我們以后設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的幫助。課程末，我們的學(xué)習(xí)也進(jìn)入了比較痛苦的階段，畢竟我們還是對高端光

32、學(xué)系統(tǒng)和復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)了解研究甚少，并且缺乏一些專業(yè)性的數(shù)學(xué)處理手段，只能在理論上去了解已經(jīng)成型的的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的工作原理，在數(shù)值計(jì)算上并不是十分占優(yōu)勢。那些特殊的光學(xué)系統(tǒng)及表面結(jié)構(gòu)要求我們熟練掌傅里葉變換、激光理論、旋轉(zhuǎn)理論等數(shù)學(xué)處理方法、并且學(xué)要一些專業(yè)性的光學(xué)18南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文設(shè)計(jì)軟件，其實(shí)市場上關(guān)于光學(xué)設(shè)計(jì)的軟件種類繁多，老師在上課的時(shí)候給我們介紹了ZEMAX勺相關(guān)界面及其設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)候的相關(guān)操作。ZEMA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

33、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ZEMAW仿真Sequential和Non-Sequential的成像系統(tǒng)和非成像系統(tǒng),ZEMAX目前有：SE及EE兩種版本。ZEMAXT應(yīng)用的領(lǐng)域及范圍：傳統(tǒng)相機(jī)鏡頭數(shù)位相機(jī)鏡頭，觀景窗，等鏡頭設(shè)計(jì)。像我一樣，很多同學(xué)也遇上了相同的麻煩，感覺光學(xué)設(shè)計(jì)這個(gè)東西很難，特別不好上手！主要原因在于光學(xué)設(shè)計(jì)這個(gè)軟件功能過于強(qiáng)大專業(yè)、資料繁多，當(dāng)然也是這款軟件于眾不同之處。可是，如果我們想了腳學(xué)習(xí)一下，就不知道干從什么地方下手。這個(gè)時(shí)候，我建議大家可以根據(jù)一些

34、小的例子，一步一步的進(jìn)行，比如先了解整個(gè)軟件的界面和功能，然后知道如何添加原件，以及設(shè)定原件的各種參數(shù)，慢慢的加入光線等等，最后形成一個(gè)整套的系統(tǒng)，然后在根據(jù)使用手冊或者經(jīng)驗(yàn)壽命進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。其次，要有想法，這個(gè)解釋很簡單。我想，我們真正進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的時(shí)候，都是希望我們的產(chǎn)品可以用在一個(gè)具體的環(huán)境中，發(fā)揮具體作用。那么，我們必須對和設(shè)計(jì)有關(guān)的東西很熟悉。尺寸，大小，光束的特點(diǎn)，實(shí)際加工的限制，對成像質(zhì)量的要求等等，這些其實(shí)都要在設(shè)計(jì)之前心里面有個(gè)數(shù)，不能盲目下手，這樣比較流暢的設(shè)計(jì)也會節(jié)省時(shí)間和精力。第三，軟件只是更加專業(yè)的工具，不能代替人的思想，不要什么都盲目的依靠軟件，否則會帶來很糟糕的設(shè)計(jì)結(jié)果。設(shè)計(jì)之前，除了要做好之前所說的，還要對一些具體的問題進(jìn)行計(jì)算，如醉簡單的，對光路的重要之處進(jìn)行高斯光學(xué)計(jì)算，或者加入實(shí)際問題的考慮等等。這樣，當(dāng)你用軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)檢驗(yàn)時(shí)，你就不會至于被動，而是比較良好的運(yùn)用。知道哪個(gè)量應(yīng)該變成什么樣。要做到胸有成竹方能設(shè)計(jì)出自己心儀的光學(xué)系統(tǒng)。第四，軟件找一個(gè)自己用著習(xí)慣，比較熟悉的的就行。光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，說起來也不少，并且每一個(gè)都不是