基于煙霧傳感器MO2煙霧濃度檢測

1、實(shí) 習(xí) 報(bào) 告 實(shí)習(xí)名稱： 工程光學(xué)課程設(shè)計(jì) 院系名稱： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 測控121 學(xué)生姓名： 蔡席 學(xué) 號(hào)： 20120458 指導(dǎo)教師： 李靜 李艷蘋 黑龍江工程學(xué)院教務(wù)處制2014 年 12 月實(shí)習(xí)名稱工程光學(xué)課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)時(shí)間2014年 12 月 22 日至 2014 年 12 月 31 日 共 2 周實(shí)習(xí)單位或?qū)嵙?xí)地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)樓528實(shí)習(xí)單位評(píng)語：（分散實(shí)習(xí)填）簽字： 公章： 年 月 日指導(dǎo)教師評(píng)語： 成 績指導(dǎo)教師簽字：年 月 日工 程 光 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書組內(nèi)學(xué)生姓名蔡席 人數(shù)1院系電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)測控技術(shù)與儀器班級(jí)、學(xué)號(hào)測控12-12012045

2、8指導(dǎo)教師姓名李靜李艷蘋職稱講師講師從事專業(yè)測控技術(shù)與儀器題目名稱雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)一、實(shí)習(xí)的目的、意義此實(shí)習(xí)的目的在于組織同學(xué)在教師的指導(dǎo)下，通過自主進(jìn)行課題研究和探索，了解和掌握基本的科學(xué)研究方法和手段，實(shí)習(xí)用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX設(shè)計(jì)雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡。 在此過程中，同學(xué)需要了解和掌握ZEMAX的使用方法，初步掌握簡單的、典型的、與新型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本技能，熟練掌握光線光路計(jì)算技能，了解并熟悉光學(xué)設(shè)計(jì)中所有例行工作，如數(shù)據(jù)結(jié)果處理、相差曲線繪制、相差優(yōu)化，光學(xué)零件技術(shù)要求等。二、實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容、技術(shù)要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求、工作量要求等）內(nèi)容：用ZEMAX設(shè)計(jì)雙筒棱鏡望遠(yuǎn)鏡要求：

3、 1、學(xué)習(xí)ZEMAX軟件 2、望遠(yuǎn)鏡的放大率6倍； 3、物鏡的相對孔徑D/f1：4（D為入瞳直徑，D30mm）； 4、望遠(yuǎn)鏡的視場角28°； 5、儀器總長度在110mm左右，視場邊緣允許50%的漸暈； 6、鏡最后一面到分劃板的距離14mm，棱鏡采用K9玻璃，兩棱鏡間隔為2 5mm； 7、lz=810mm； 8、對所設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行zemax軟件仿真工作；三、實(shí)習(xí)完成后應(yīng)提交的成果1、實(shí)習(xí)報(bào)告；2、zemax軟件仿真圖；四、實(shí)習(xí)的工作進(jìn)度安排1、實(shí)習(xí)動(dòng)員，布置設(shè)計(jì)內(nèi)容；（0.5天）2、查找資料，做好準(zhǔn)備工作；（0.5天）3、方案的選擇和比較；（1天）4、初始數(shù)據(jù)的計(jì)算；（2天）5、望

4、遠(yuǎn)鏡物鏡和目鏡的設(shè)計(jì)；（2天）6、將初始數(shù)據(jù)輸入軟件仿真；（2天）7、整理資料完成設(shè)計(jì)報(bào)告的編寫；（1天）8、課程設(shè)計(jì)答辯及成績評(píng)定；（1天）五、主要參考資料1、郁道銀 談恒英，工程光學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，2007。2、劉鈞高明，光學(xué)設(shè)計(jì)，國防工業(yè)出版社，2012。毛文煒，光學(xué)鏡頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)，清華 大學(xué)出版社，2009。3、黃一帆 李林, 光學(xué)設(shè)計(jì)教程，北京理工大學(xué)出版社2009。4、Joseph M. Geary， Introduction to lens design with ZEMAX，Willmann-Bell出版社，2002-08。 5、Smith ，Modern Lens Desi

5、gn - A resources manual， McGraw-Hill Professional; July 1, 1992。六、備注指導(dǎo)教師簽字：年 月 日教研室主任簽字： 年 月 日第1章 ZEMAX軟件學(xué)習(xí)1.1 ZEMAX軟件簡介 1.簡介 ZEMAX Optical Design Program（ZEMAX）是由美國ZeMaX Development Corporation公司開發(fā)的專用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件包，軟件逐步升級(jí)，我們使用的版本是2007。ZEMAX是Windows平臺(tái)上的視窗式的用戶界面，操作習(xí)慣和快捷鍵風(fēng)格如同Windows。 2.用戶界面 ZEMAX的視窗類型，和

6、Windows的基本一致，打開不同的視窗可以執(zhí)行操作不同的任務(wù)，可分為：u 主視窗 （Main Window）ZEMAX啟動(dòng)以后，進(jìn)入主視窗（圖1.1）。主視窗頂端有標(biāo)題欄（title bar）、菜單欄（menu bar）和工具欄（tools bar）。u 編輯視窗（Editor Window）ZEMAX中有6種不同的編輯器（Editors）：即鏡頭數(shù)據(jù)編輯器（Lens Data Editor），評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器（Merit Function Editor）、多重組態(tài)編輯器（Multi-configuration Editor）、公差數(shù)據(jù)編輯器（Tolerance Data Editor）、用于

7、補(bǔ)充光學(xué)面的附加數(shù)據(jù)編輯器（Extra Data Editor）、以及非序列元件編輯器（Non-sequential Components Editor）。圖1.1用戶界面u 圖形視窗（Graphic Window）最常用的有草圖（Layout）、扇形圖（Ray fans）、調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF Plots）圖等。u 文本視窗（Text Windows）設(shè)計(jì)的文字資料，如詳細(xì)數(shù)據(jù)（Prescription Data）、像差數(shù)據(jù)等顯示在文本視窗中。u 對話框（Dialogs）固定大小，在過程中跳出來的視窗（鼠標(biāo)拖曳不能改變大?。?。用于定義或 更新視場（Fields）、波長（Wavelengths

8、）、孔徑（Apertures）、面型 （Surface types）等。1.2 光學(xué)系統(tǒng)建立 如何在ZEMAX里鍵入資料，包括設(shè)罝系統(tǒng)孔徑(System Aperture)、透鏡單位(Lens Units)、以及波長范圍(Wavelength Range)，并且進(jìn)行優(yōu)化。也將會(huì)使用到光線扇形圖(Ray Fan Plots)、彌散斑(Spot Diagrams)以及其它的分析工具來評(píng)估系統(tǒng)性能。1.設(shè)罝系統(tǒng)孔徑 首先設(shè)罝系統(tǒng)孔徑以及透鏡單位，這兩者的設(shè)罝皆在按鈕列中的GEN按鈕里（System->General）。點(diǎn)擊GEN或透過菜單的 System->General 來開啟 Gen

9、eral 的對話框。如下圖所示 圖1.2 General 的對話框2.設(shè)罝視場角 點(diǎn)擊按鈕列中的Fie或透過菜單的 System->Filed 來開啟場對話框，如下圖所示。圖1.3 Filed 的對話框ZEMAX 默認(rèn)的視場角是即為近軸視場角，其中Weight這個(gè)選項(xiàng)可以用來設(shè)罝視場角之權(quán)值，并可運(yùn)用于優(yōu)化。 3.設(shè)罝波長 可點(diǎn)擊按鈕列中的Wav來設(shè)罝波長，在波長編輯視窗里我們可以設(shè)罝不同的波長與其 Weight，ZEMAX 也有內(nèi)建一些常使用波長，可透過Select->這個(gè)選項(xiàng)來選擇如下圖所示：圖1.4 波長編輯視窗4.鍵入透鏡資料 現(xiàn)在我們要鍵入 Lens 的參數(shù)。在 ZEMA

10、X 是透過設(shè)罝依序排列的表面來建立出光學(xué)系統(tǒng)。 The object surface（OBJ）：設(shè)罝光線的起始點(diǎn) 。l The front surface of the lens(STO)：光線進(jìn)入 Lens 的位置。在這例子里，這表面的位置也決定了光闌(Stop)的位置 。l The back surface of the lens(2)：光線從 Lens 出來并進(jìn)入空氣中的位置。 l The image surface(IMA)：光線追跡后停止的位置，不可以在 IMA 這個(gè)之后設(shè)罝任何的表面。這個(gè)位置上并非存真實(shí)的表面，而是一個(gè)啞的表面。如下圖所示：圖1.5 透鏡資料對話框5.評(píng)估系統(tǒng)性能

11、 在ZEMAX 中有很多分析功能可評(píng)估系統(tǒng)的質(zhì)量好壞，其中一個(gè)常用的分析工具是光線扇形圖(Ray fan plot)。可以點(diǎn)擊Ray這個(gè)按鈕或透過菜單 Analysis->Fans->Ray Aberration 來開啟這個(gè)功能。 在點(diǎn)擊之后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)視窗，顯示各光線與主光線(Chief Ray)的光線象差(Ray aberrations)，左邊的圖是顯示 Y 或正切方向的光線象差，右邊的圖是顯示 X 或弧矢方向的光線象差。如下圖所示：圖1.6 光線象差對話框6.設(shè)罝優(yōu)化 （1）設(shè)罝允許變動(dòng)的參數(shù)，讓ZEMAX可自由地在允許的范圍內(nèi)調(diào)整這個(gè)參數(shù)，以設(shè)計(jì)出更好系統(tǒng)。 l （2）在數(shù)學(xué)

12、上的觀點(diǎn)上，需要設(shè)罝優(yōu)化函數(shù)(Merit function)的描述，意即評(píng)估系統(tǒng)優(yōu)劣的指標(biāo)。 接著修正績效函數(shù)(Merit function)，包括系統(tǒng)焦距的需求。將游標(biāo)移在 MFE 的第一列并單擊按鍵盤的 Insert 來產(chǎn)生新的一列，在此列的 Type 欄上鍵入 EFFL 后按 Enter。這個(gè)操作數(shù)的功能是在運(yùn)算出系統(tǒng)有效焦距，在計(jì)算有效焦距時(shí)必須設(shè)罝參考的主波長(Primary Wavelength)，在此例子里使用第二波長為參考波長，所以在第一列的Wav#欄中鍵入為 2。接著在Target欄里鍵入 100 并按 Enter，Weight設(shè)為 1 再按 Enter，后將此視窗關(guān)閉，雖然

13、關(guān)閉編輯視窗但設(shè)罝已儲(chǔ)存，并不會(huì)遺失。如下圖所示:圖1.7 Merit function對話框7.運(yùn)行優(yōu)化 點(diǎn)擊Opt或 Tools->Optimization，便會(huì)出現(xiàn) Optimization 的視窗。在優(yōu)化的對話視窗里，如果Auto Update選項(xiàng)被勾選，則當(dāng)在運(yùn)行優(yōu)化時(shí)，所有開啟的分析視窗如 Ray fans plot 以及 LDE 的數(shù)據(jù)將及時(shí)變動(dòng)。在此請點(diǎn)擊Automatic這個(gè)按鈕來進(jìn)行優(yōu)化。如下圖所示： 圖1.8 優(yōu)化的對話視窗8.圖解報(bào)告第2章 軟件設(shè)計(jì)2.1通過“未加入棱鏡”的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)計(jì)算出主要的參數(shù) 原理圖如下圖所示Df 0-fe物鏡（入瞳） 分劃板目鏡（視場光

14、闌）出瞳w wDhz分hz目lzO1O2AO3BO4圖2.1 望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)原理圖 1. 計(jì)算物鏡焦距與目鏡焦距 由設(shè)計(jì)要求知：入瞳直徑及D/=1/4，可得： 物鏡焦距 又視覺放大率6倍：所以目鏡焦距。 2. 計(jì)算出瞳直徑D物 3. 計(jì)算視場光闌通光口徑 在Rt 三角形 O1O2A 中（見原理圖），由幾何關(guān)系得： 所以視場光闌通光口徑 4. 目鏡通關(guān)口徑 在三角形O3O1B中，由幾何關(guān)系得到： mm 故 5.像方視場角 由 得： 既 6.入瞳距 由于入瞳位置與物鏡重合，所以 7.出瞳距 在三角形O3O4B中，由幾何關(guān)系得： 8. 系統(tǒng)總長度 2.2 通過加入棱鏡后的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)得到剩余的結(jié)構(gòu)參數(shù) 加

15、入棱鏡后的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的示意圖如下所示：ddD棱鏡c=2mmxDABOa =14 mmfoOO 圖 2.2 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)圖(加入棱鏡后) 注： x表示物鏡到第一塊直角棱鏡的距離； c表示兩塊直角棱鏡間的距離； a表示最后一面到分劃板的距離； d 表示直角棱鏡的等效空氣板厚度； D棱鏡表示棱鏡的通光口徑. 由原理圖中的幾何關(guān)系，可以得到：于是 (由幾何關(guān)系得到) 從而 像點(diǎn)軸向位移長度 1. 實(shí)際系統(tǒng)拉直后的總長度 2. 兩棱鏡中折轉(zhuǎn)光路的長度 3. 實(shí)際系統(tǒng)總長度 2.3望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)元件的選型 1.望遠(yuǎn)鏡物鏡的選型 望遠(yuǎn)鏡物鏡的常用類型包括：雙膠合物鏡、雙分離物鏡、雙單（單雙）物 鏡、三分離物鏡、攝

16、遠(yuǎn)物鏡以及對稱式物鏡8 1。 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求以及計(jì)算結(jié)果，可以整理出物鏡的光學(xué)特性參數(shù)為：通光口徑D = 30 mm； 焦距 f0 = 120 mm； 視場 2 8°； 入瞳位置與目鏡重合 lz = 0.從而我們可以得到相對孔徑 可見相對孔徑較小，視場2 8°也不大,并且對物鏡系統(tǒng)的長度沒有特殊的要求，對照光學(xué)儀器設(shè)計(jì)手冊（上冊）,最終決定選取結(jié)構(gòu)滿足要求的“雙膠合物鏡”，其示意圖如下所示： 圖2.3 雙膠合物鏡選取最接近設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表所示：表1 雙膠合物鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)2.望遠(yuǎn)鏡目鏡的選型 常用目鏡的類型包括：簡單目鏡（冉斯登、惠更斯目鏡）、凱涅耳目鏡、對稱式目鏡、

17、無畸變目鏡以及廣角目鏡81。 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求以及計(jì)算結(jié)果，可以整理出目鏡的光學(xué)特性參數(shù)為：目鏡放大率 = 5 出瞳直徑 D = 5 mm焦距 fe = 20 mm .視場 2w =45.522o； 出瞳距 lz= 23.31 mm.由于其視場2w 較大，并且2w =45.522o屬于凱涅耳目鏡視場取值范圍450500內(nèi)，對照光學(xué)儀器設(shè)計(jì)手冊（上冊），最終我們決定選取結(jié)構(gòu)最符合設(shè)計(jì)要求的編號(hào)為2-08的凱涅耳目鏡。其示意圖如下所示：圖2.4 凱涅耳目鏡（編號(hào)208）其結(jié)構(gòu)形式如下表所示： 表2 凱涅耳目鏡(編號(hào)2-08) 3.棱鏡的選型 選用普羅I 型轉(zhuǎn)向棱鏡系統(tǒng)的兩個(gè)原因 1 由望遠(yuǎn)鏡的放大

18、率公式 = - f0 / fe ，知當(dāng)f0 和 fe 都為正值時(shí)，為負(fù)值。也就是說不加轉(zhuǎn)向棱鏡時(shí)，該望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)成倒立的像，給觀察和瞄準(zhǔn)帶來極大不變。普羅型棱鏡具有轉(zhuǎn)像的作用，所以選用它來把倒立的像“正”過來。2 普羅型棱鏡具有折轉(zhuǎn)光軸的作用，可以用來減小系統(tǒng)尺寸。 普羅型棱鏡的展開1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 由兩塊二次反射直角棱鏡組成，它們的主截面互相垂直。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下所示： 圖2.4 普羅型棱鏡2 普羅型棱鏡的展開成等效玻璃板17 展開成等效玻璃板的合理性：構(gòu)成普羅型棱鏡的直角棱鏡所起作用相當(dāng)于平面鏡，主要是折轉(zhuǎn)光路和轉(zhuǎn)像的作用，如果不考慮反射面的作用，光線在兩折射面間的行為與一個(gè)平行平板等效。等效成玻璃

19、板后，可以大大簡化實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的計(jì)算。D棱鏡L棱鏡 展開方法：在棱鏡主截面內(nèi)，按反射面的順序，以反射面與主截面的交線為軸，依次按反射面順序做鏡像，便可得到棱鏡的等效平行平板。展開圖如下所示：圖2.5 棱鏡展開圖3 玻璃板再等效成空氣板 等效成空氣板的合理性：玻璃板在近軸區(qū)內(nèi)以細(xì)光束成像，不管物體位置如何，其像均可認(rèn)為是由物體移動(dòng)一個(gè)軸向位移而得到的，利用這個(gè)特點(diǎn)可以把平行平板簡化為等效空氣平板。 等效空氣板的作用：將平行平板等效成空氣板后，只需計(jì)算出無玻璃板時(shí)的像面位置，再沿軸向移動(dòng)一個(gè)軸向位移17，就可得到有玻璃板時(shí)的實(shí)際像面的位置，避免了直接折轉(zhuǎn)光路進(jìn)行計(jì)算，給光學(xué)系統(tǒng)的外形尺寸的計(jì)算，帶

20、來極大好處等效空氣板厚度d = L棱鏡 / n ;像點(diǎn)后移距離：實(shí)際像面位置普羅 I 型棱鏡等效空氣板的計(jì)算如下：l 1d dd L棱鏡l 2AAl圖2.6 等效空氣板2.4光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行設(shè)計(jì) 1.物鏡設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)思路望遠(yuǎn)物鏡的光學(xué)特性主要是：相對孔徑小、 視場角不大，因此望遠(yuǎn)物鏡的結(jié)構(gòu)型式通常比較簡單，要校正的像差也比較少，一般主要校正軸向色差 LFC 球差L 和慧差KT 這三種像差。 對畸變yí、像散垂軸色差等則不予校正。 要設(shè)計(jì)的望遠(yuǎn)物鏡的光學(xué)特性參數(shù)為： 通光口徑D = 30 mm； 焦距 f0 = 120 mm； 視場 2 8°.自動(dòng)優(yōu)化思路：此類小

21、相對孔徑、小視場角的光學(xué)系統(tǒng)，各透鏡的中心厚度的少量變化對像差的影響較小，因此透鏡厚度不作為自變量，而是根據(jù)加工和裝調(diào)工藝由設(shè)計(jì)者指定。將三個(gè)曲率半徑作為自變量，這樣最多只能控制三種像差（其中有一種為焦距）.由于物鏡要和目鏡組合起來使用，因此允許有一定的球差、色差等. 我們這里控制球差Lm、慧差KTm、和光焦度。2優(yōu)化步驟 1將光學(xué)特性參數(shù)和上述初始數(shù)據(jù)輸入，將三個(gè)曲率和透鏡間隔作為自變量。2在“自動(dòng)優(yōu)化參數(shù)”頁，輸入欲達(dá)到的焦距。控制三項(xiàng)像差：光焦度、球差、慧差。 3單擊“自動(dòng)優(yōu)化”按鈕，反復(fù)自動(dòng)優(yōu)化，得到最終結(jié)果。 3用ZEMAX軟件優(yōu)化物鏡前后結(jié)果比較：優(yōu)化前1 初始參數(shù)如下表所示物距半

22、視場角入瞳半徑系統(tǒng)面數(shù)色光數(shù)實(shí)際入瞳上光漸暈下光漸暈理想面焦距理想面距離04153301-100表3 初始參數(shù)表透鏡參數(shù)如下圖所示圖2.7 透鏡參數(shù)2 高斯參數(shù) 有效焦距(f') 后截距(L') 前截距(L) 像距(l') 100.00021 95.05488 -99.74763 95.05488 入瞳距離(lz) 出瞳距離(lz') 近軸像高(y') 放大率() 0.00000 -5.19846 -6.99270 0.00000 入瞳直徑(D) 出瞳直徑(D') 拉赫不變量(J) 像方孔徑角(U') 30.00000 30.07594

23、-1.04890 0.150003 單個(gè)和膠合透鏡結(jié)構(gòu)及光學(xué)參數(shù) 透鏡 1 R1=50.4100 R2=-43.5630 d=6.0000 n=1.516300 焦距:46.2674 后截距:44.3923 前截距:-44.0976 矢高 ：12.3345 2=2.7022 邊緣厚 度： t=0.9633 透鏡 2 R1=-43.5630 R2=-232.4700 d=2.0000 n=1.647496 焦距:-83.1401 后截距:-84.6402 前截距:82.8590 矢高：12.7022 2=0.4839 邊緣厚度： t=4.2183、 膠合鏡 R1=50.4100 R2=-43.5

24、630 R3=-232.4700 d1=6.0000 d2=2.0000 n1=1.516300 n2=1.647496 焦距:100.0002 后截距: 95.0549 前截 距:-99.7476 矢高： 12.3345 2=0.4839 邊緣厚度： t=5.18164 象質(zhì)分析 圖2.8 點(diǎn)列圖 圖2.9 MTF曲線優(yōu)化后：1 初始參數(shù)如下表所示物距半視場角入瞳半徑系統(tǒng)面數(shù)色光數(shù)實(shí)際入瞳上光漸暈下光漸暈理想面焦距理想面距離04153301-100透鏡參數(shù)如下圖所示圖2.10 透鏡參數(shù)2 高斯參數(shù)有效焦距(f') 后截距(L') 前截距(L) 像距(l')120.00

25、003 115.69331 -118.61933 115.69331入瞳距離(lz) 出瞳距離(lz') 近軸像高(y') 放大率( )0.00000 -5.70339 - 8.39122 0.00000入瞳直徑(D) 出瞳直徑(D') 拉赫不變量(J) 像方孔徑角(U')30.00000 30.34917 -1.04890 0.125003 單個(gè)和膠合透鏡結(jié)構(gòu)及光學(xué)參數(shù)透鏡 1 R1=74.1867 R2=-51.0565 d=6.5516 n=1.516300 焦距:59.6384 后截距:57.8451 前截距:-57.0326 矢高： 11.55492=

26、2.2655 邊緣厚度： t=2.7313透鏡2 R1=-51.0565 R2=-161.4646 d=2.1461 n=1.647496 焦距:-116.2039 后截 距:-118.1236 前截距:115.5969 矢高：12.2655 2=0.7026 邊緣厚度： t=3.7090膠合鏡 R1=74.1867 R2=-51.0565 R3=-161.4646 d1=6.5516 d2=2.1461 n1=1.516300 n2=1.647496 焦距:120.0000 后截距:115.6933 前截 距:-118.6193 矢高： 11.5549 2=0.7026 邊緣厚度： t=6.

27、44034 象質(zhì)分析 圖2.11 點(diǎn)列圖 圖2.12 MTF曲線5 元件示意圖2.13望遠(yuǎn)鏡物鏡示意圖2 目鏡設(shè)計(jì) 1設(shè)計(jì)思路：目鏡的特點(diǎn)是焦距短、視場角大、相對孔徑小且入瞳和出瞳都離透鏡組有一定的距離，因此，目鏡的軸外像差一般較大，必須校正。根據(jù)像差理論，目鏡通常校正光焦度、像散、垂軸色差和慧差三種像差。這里設(shè)計(jì)目鏡按反向光路方法20進(jìn)行設(shè)計(jì)。已經(jīng)計(jì)算出望遠(yuǎn)鏡目鏡的光學(xué)特性為 目鏡放大率 = 5 出瞳直徑 D = 5 mm焦距 fe = 20 mm .視場 2w =45.522o； 出瞳距 lz= 23.31 mm.2優(yōu)化步驟 1 將光學(xué)特性參數(shù)和初始數(shù)據(jù)輸入，將兩個(gè)曲率和透鏡間隔作為自變量

28、；2 在“自動(dòng)優(yōu)化參數(shù)”頁，輸入欲達(dá)到的焦距?？刂葡癫睿汗饨苟取⒋馆S色差、象散和慧差，目標(biāo)值分別為0.05、0、0、0； 3 單擊“自動(dòng)優(yōu)化”按鈕，反復(fù)自動(dòng)優(yōu)化，得到結(jié)果。 3用ZEMAX軟件優(yōu)化目鏡前后結(jié)果比較：優(yōu)化前：1 初始參數(shù)物距物高孔徑角正弦系統(tǒng)面數(shù)色光數(shù)實(shí)際入瞳上光漸暈下光漸暈理想面焦距理想面距離1040.386885301-100透鏡參數(shù)如下圖所示圖2.14透鏡參數(shù)如下圖所示2 高斯參數(shù) 有效焦距(f') 后截距(L') 前截距(L) 像距(l') 18.62468 14.74492 -15.12691 0.93985 入瞳距離(lz) 出瞳距離(lz&#

29、39;) 近軸像高(y') 放大率() 0.00000 -8.18617 1.85306 0.74122 入瞳直徑(D) 出瞳直徑(D') 拉赫不變量(J) 像方孔徑角(U') 8.39101 10.33118 0.41743 0.225273 單個(gè)和膠合透鏡結(jié)構(gòu)及光學(xué)參數(shù)透鏡 1 R1=-209.4000 R2=12.3750 d=1.0000 n=1.612600 焦距:-19.0410 后截 距:-19.0755 前截距:19.6255 矢高： 10.0426 2=0.6770 邊緣厚度： t=1.7196 透鏡 2 R1=12.3750 R2=-14.4210

30、d=2.0000 n=1.589100 焦距:11.6270 后截 距:10.9304 前截距:-11.0292 矢高： 10.6770 2=0.5561 邊緣厚度： t=0.7669 透鏡 3 R1=25.6640 R2=100000.0000 d=2.0000 n=1.516300 焦距:49.7200 后截 距:48.4006 前截距: -49.7203 矢高： 10.1068 2=0.0000 邊緣厚 度： t=1.8932膠合鏡 R1=-209.4000 R2=12.3750 R3=-14.4210 d1=1.0000 d2=2.0000 n1=1.612600 n2=1.58910

31、0 焦距:27.5144 后截距: 27.7316 前截 距:-25.4336 矢高： 10.04262=0.5561 邊緣厚度：t=2.48654 像質(zhì)分析圖2.15 點(diǎn)列圖圖2.16 MTF曲線圖優(yōu)化后：1 初始參數(shù)物距物高孔徑角正弦系統(tǒng)面數(shù)色光數(shù)實(shí)際入瞳上光漸暈下光漸暈理想面焦距理想面距離1040.386885301-100圖2.17 透鏡的參數(shù)2 高斯參數(shù) 有效焦距(f') 后截距(L') 前截距(L) 像距(l') 20.00001 15.18794 -17.66799 0.73079 入瞳距離(lz) 出瞳距離(lz') 近軸像高(y') 放大率() 0.00000 -7.45176 1.80714 0.72286 入瞳直徑(D) 出瞳直徑(D') 拉赫不變量(J) 像方孔徑角(U') 8.39101 9.49849 0.37909 0.209783 單個(gè)和膠合透鏡結(jié)構(gòu)及光學(xué)參數(shù)透鏡 1 R1=7.1021 R2=12.7632 d=1.0000 n=1.612600 焦距:24.4942 后截 距:23.1840 前截距:-25.2232 矢高：11.2254 2=0.5971 邊緣厚 度： t=0.3717透鏡 2 R1=12.7632 R2=6.2191 d=2.0000 n=1.589100 焦距