光學課程設(shè)計說明書

PAGEPAGE2課程設(shè)計說明書題目：對稱式望遠物鏡的設(shè)計學院：年級專業(yè)：學號：學生姓名：指導(dǎo)教師：教師職稱：電氣工程學院《課程設(shè)計》任務(wù)書課程名稱：光學儀器基礎(chǔ)課程設(shè)計基層教學單位：指導(dǎo)教師：學號學生姓名（專業(yè)）班級設(shè)計題目對稱式望遠物鏡的設(shè)計設(shè)計技術(shù)參數(shù)焦距f=50mm，相對孔徑D/f=1：1.6,視場角2w=8°設(shè)計要求計算物鏡的各個參數(shù)；上機用軟件進行優(yōu)化，確定最后的設(shè)計結(jié)構(gòu)，滿足像差要求。參考資料《光學設(shè)計》劉鈞，高明編著2006，西安電子科技大學出版社，西安《光學儀器設(shè)計手冊》1971，國防科技出版社，北京光學設(shè)計軟件ZEMAX應(yīng)完成內(nèi)容計算設(shè)計處望遠物鏡的各個參數(shù)上機進行優(yōu)化設(shè)計，確定最后的設(shè)計結(jié)構(gòu)指導(dǎo)教師簽字基層教學單位主任簽字說明：1、此表一式三份，系、學生各一份，報送院教務(wù)科一份。2、學生那份任務(wù)書要求裝訂到課程設(shè)計報告前面。目錄第1章摘要…………4第2章ZEMAX仿真…………………5第3章設(shè)計優(yōu)化……10第4章數(shù)據(jù)比較和優(yōu)化后參數(shù)……12課設(shè)心得及總結(jié)………14參考文獻………………15第1章摘要光學是研究光的行為和性質(zhì)，以及光和物質(zhì)相互作用的物理學科。本課設(shè)的主要是在學習《大學物理》、《工程光學》、《光學設(shè)計》等基礎(chǔ)學科的基礎(chǔ)上進行光學儀器的設(shè)計，掌握光學儀器設(shè)計的基本方法，使用縮放法設(shè)計對稱式望遠物鏡。采用ZEMAX軟件，查找光學手冊選擇的合適的初始結(jié)構(gòu)，縮放焦距然后調(diào)出仿真圖，點列圖MTF圖，觀察圖形確定優(yōu)化對象及對象函數(shù)，對系統(tǒng)的球差、慧差、場曲和色差進行優(yōu)化校正，并對像質(zhì)進行評價。第2章ZEMAX仿真利用ZEMAX做仿真，即利用縮放法確定某一初始結(jié)構(gòu)，并確定相關(guān)參數(shù)，通過模擬顯示光路傳輸來達到仿真的目的。根據(jù)設(shè)計要求選取合適初始結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)透鏡參數(shù)。選用的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：焦距F=60.11;相對孔徑D/F=1:1.6;視場角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結(jié)合設(shè)計要求：焦距f=50mm，相對孔徑D/f=1：1.6,視場角2w=8°，對選用結(jié)構(gòu)的曲率半徑和透鏡厚度縮放，確定孔徑值和最大視場角w=4°?？s放后的結(jié)構(gòu)參數(shù)：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將縮放后的結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入到鏡頭數(shù)據(jù)編輯框中，并輸入入瞳直徑d=31.25，根據(jù)視場類型選擇角度，角度w=4°，0.707w=2.828，三組視場數(shù)據(jù)(0,0),(0,2.828)和(0,4)。鏡頭數(shù)據(jù)框如下：2D視場圖如下：點列圖如下：場曲和畸變圖：光扇圖：MTF曲線圖：第3章設(shè)計優(yōu)化焦對2D圖采用自動對進行變化，確保光路交于成像板，觀察三光路交于光板的不同位置。進行進一步優(yōu)化，建立默認的評價函數(shù)，設(shè)置可變參數(shù)。雙擊想要設(shè)置為可變參數(shù)值，選擇可變的求解類型，則該數(shù)為可變參數(shù)。下圖中的數(shù)據(jù)后有v字樣的即為可變參變量。對場曲、點列圖、光扇圖分析光學結(jié)構(gòu)成像的慧差大，場曲大等缺陷，設(shè)置不同的優(yōu)化函數(shù)對光學結(jié)構(gòu)進行分析，在評價編輯窗口中設(shè)置添加COMA(彗差)，LACL(垂軸色差)，EFFL(有效焦距值)函數(shù)，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)。優(yōu)化后與原光學結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的對比，來判斷優(yōu)化效果，效果不明顯則調(diào)整可變參量，再次進行優(yōu)化，，重復(fù)以上步驟，直到優(yōu)化后效果達到預(yù)期為止。第4章數(shù)據(jù)比較和優(yōu)化后參數(shù)結(jié)合以上優(yōu)化達到某一優(yōu)化效果，2D優(yōu)化圖如下：優(yōu)化后的球差變得比較小，慧差相對于之前結(jié)構(gòu)有所減小，但是未達到優(yōu)化標準，RMS點尺寸是徑向尺寸的均方根。先把每條光線和參考點之間的距離的平方，求出所有光線的平均值，然后取平方根。點列圖的RMS尺寸取決于每一根光線，因而它給出光線擴散的粗略概念。GEO點尺寸只給出距離參考點最遠的光線的信息。艾利圓環(huán)的半徑是1.22乘以主波長乘以系統(tǒng)的F#，它通常依賴于視場的位置和光瞳的方向。對于均勻照射的環(huán)形入瞳，這是艾利圓環(huán)的第一個暗環(huán)的半徑。優(yōu)化后的點列圖如下：0視場垂軸像差曲線中，各色曲線比較集中，軸向色差不大，但是在接近全孔徑的時候，曲線偏離橫軸厲害，故初級球差大。課設(shè)心得及總結(jié)通過光學課設(shè)，使我對光學設(shè)計基本方法（縮放法、PW法）有了更加全面的認識，知道設(shè)計的主要過程，主要由制定合理的技術(shù)參數(shù)、外形尺寸計算、光學結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、像差的矯正以及像質(zhì)的評價。學會運用ZEMAX軟件進行簡單的仿真，通過觀察圖形的系統(tǒng)圖、點列圖、扇形圖、光學傳遞函數(shù)曲線判斷光學系統(tǒng)的球差、慧差、像散、色差的大小，繼而進行優(yōu)化校正使系統(tǒng)的成像更加理想。參考文獻《光學設(shè)計》劉鈞，高明編著2006，西安電子科技大學出版社，《光學儀器設(shè)計手冊》李士賢，鄭樂年1990，北京理工大學專業(yè)綜合訓練評審意見表指導(dǎo)教師評語：成績：指導(dǎo)教師：