對稱式目鏡光學(xué)設(shè)計

1、工程光學(xué)課程設(shè)計報告題目F30mm對稱式目鏡設(shè)計班級: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)計原則4.1.3 目鏡設(shè)計要求5.第二章對稱式目鏡設(shè)計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)評價報告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21南通大學(xué)課程設(shè)計論文摘要隨著科學(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)計去完成。因此說，光學(xué)設(shè)計是實現(xiàn)各種光學(xué)儀器的基礎(chǔ)。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計指的是根據(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)集中在用電子計算機，按優(yōu)化理論和統(tǒng)計理論對光學(xué)系統(tǒng)進行像差校正，得到理想的對稱式目鏡。關(guān)鍵詞：光學(xué)設(shè)計像差校正對稱式目鏡南通大學(xué)課程設(shè)計論文第一章緒論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。惠更斯目鏡結(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，由兩個焦距相等的平凸透鏡組成，兩個凸面相對，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)計論文對稱式目鏡結(jié)構(gòu)與原理：由兩個雙膠合透鏡組成，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)計原則在設(shè)計目鏡時，通常按反向光路計算像差，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。第一種方式是把實際系統(tǒng)的出瞳作為反向光路時目鏡的入瞳，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，這樣計算出來的像差和實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算程序能夠在給出實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際光闌的中心。這樣南通大學(xué)課程設(shè)計論文可以把正向光路時物鏡的出瞳作為實際光闌給出，計算出來的像差和實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：是指能看清整個視場時眼睛離目鏡的最遠(yuǎn)距離。1.3 ZEMAX軟件簡介ZEMAX是一套綜合性的光學(xué)設(shè)計仿真軟件，它將實際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計概念、優(yōu)化、分析、公差以及報表整合在一起。ZEMAX只是透鏡設(shè)計軟件而已，更是全功能的

7、光學(xué)設(shè)計分析軟件，具有直觀、功能強大、靈活、快速、容易使用等優(yōu)點，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)計程序是一個完整的光學(xué)設(shè)計軟件，是將實際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計概念，優(yōu)化，分析，公差以及報表集成在一起的一套綜合性的光學(xué)設(shè)計仿真軟件。包括光學(xué)設(shè)計需要的所有功能，可以在實踐中對所有光學(xué)系統(tǒng)進行設(shè)計，優(yōu)化，分析，并具有容差能力，所有這些強大的功能都直觀的呈現(xiàn)于用戶界面中。ZEMAXft能強大，速度快，靈活方便，是一個很好的綜合性

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)計中實現(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。ZEMAX中有很多功能能夠通過選擇對話框和下拉菜單來實現(xiàn)。同時，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行了解釋，對設(shè)計過程和各種功能進行了描述。ZEMAX!前已經(jīng)是被光電子領(lǐng)域熟知的光學(xué)設(shè)計的首選軟件。該軟件擁有兩大特點，就是可以實現(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)計應(yīng)用方面。1.4 設(shè)計要求本次課程設(shè)

9、計要求如下：(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(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)計論文第二章對稱式目鏡設(shè)計2.1 確定初始結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)計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，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，這是一種比較實用而又容易獲得成功的

10、方法。本次課程設(shè)計采用后一種方法，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)化過程中再進行調(diào)試和變更。3)點擊Fil(fielddata),選擇Angel,設(shè)定y.視場分別為0、7.07、10。4)點擊Wav(wavelength),單擊波長對話框底部的“選擇(Select->F,D,C(Visible)”按鈕。5)點擊Editors-*MeritFunction-*Tools,力口入EFFL項，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。因為f'=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)計論文EditSolvesOptionsHelpSurf:TyptComwEitRadiusGL19BSasd-DiiMcaiConicMJStsndaidIcifinitymioityInfijiL'yMW時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)計結(jié)構(gòu)要求，沒有出現(xiàn)設(shè)計結(jié)構(gòu)的變形和不合理現(xiàn)象。2.3.2 像質(zhì)評價報告1)點擊工具欄中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)光點直穿光闌中心點的那條光線）在像面上的位置的相對數(shù)值。2）點擊工具欄中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，說明該頻率的光強分布已無亮度變化，

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，像點的中心點亮度值等于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時過小，光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量不高，所以需要對其進行優(yōu)化。4）點擊工具欄中SPT圖標(biāo)，出現(xiàn)spotdiagram曲線圖，如圖2.6：圖2.6初始數(shù)據(jù)點列圖圖像分析：在幾何光學(xué)的成像過程中，由

18、一點發(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，而是形成一個分布在一定范圍內(nèi)的彌散圖形，稱之為點列圖點列圖下方給的數(shù)可以看出每個視場的RMSRADIUS均方根半徑值）、10南通大學(xué)課程設(shè)計論文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。對于點列圖圖像而言，點陣集中程度越高，彌散半徑越小，成像質(zhì)量也就越高。就初始數(shù)據(jù)點列圖圖像而言，點陣分散，成像質(zhì)量不高。11南通大學(xué)課程設(shè)計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)果進行像質(zhì)評價。采用ZEMAX自動優(yōu)化的方法：首先右擊第二個面的Radius,選中Variable,點擊Opt按鈕，選中其中的Automatic,對第一組曲率半徑進行自動優(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時比口5.33-37970.000000工維Sm皿蕤Infin.ity4.0228660.000000為進一步改善光學(xué)系統(tǒng)，接下來進行Thickness優(yōu)化。13南通大學(xué)課程設(shè)計論文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)計論文圖3.8Thickness優(yōu)化后點列圖經(jīng)分析比較，光學(xué)系統(tǒng)得到完善，符合設(shè)計要求，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。總MMO由圖分析得，像差沒有得到有效改善，未達到課程設(shè)計的要求，于是接下來進行對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)化后點列圖16南通大學(xué)課程設(shè)計論文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)計論文第四章心得體會這學(xué)期有幸參加了光學(xué)設(shè)計課程的學(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，并且靈巧的運用了比較專業(yè)的光學(xué)設(shè)計軟件ZEMAX系統(tǒng)地論述了“光學(xué)設(shè)計”課程的基本理論及設(shè)計方法，重點介紹了具有普遍意義的典型光學(xué)系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)計內(nèi)容，以闡明光學(xué)設(shè)計中帶有共性的問題。既檢驗了我們對光學(xué)基本概念、基本定律、基本計算的掌握程度，又考驗了我們開闊的思維及動手能力，是具有比較實際意義的一門課程，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，下面是我結(jié)合個人

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，可見重點偏重于幾何光學(xué)的基本知識，為以后的光學(xué)設(shè)計打基礎(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算。這個部分更加實際一些，在基本理論上與實際現(xiàn)象相聯(lián)系依據(jù)基本計算給予普遍像差關(guān)系強有力的證明解釋，也為以后的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計作為鋪墊，因為一些典型的光學(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，就將付諸實踐去體會我們之前所學(xué)習(xí)了解到的知識如何在實際光學(xué)器件起到的作用，甚至是如何更具實際情況設(shè)計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)計更加復(fù)雜的系統(tǒng)提供強有力的幫助。課程末，我們的學(xué)習(xí)也進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)計論文設(shè)計軟件，其實市場上關(guān)于光學(xué)設(shè)計的軟件種類繁多，老師在上課的時候給我們介紹了ZEMAX勺相關(guān)界面及其設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)時候的相關(guān)操作。ZEMA是一套綜合性的光學(xué)設(shè)計仿真軟件，它將實際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計概念、優(yōu)化、分析、公差以及報表整合在一起。ZEMAX不只是透鏡設(shè)計軟件而已，更是全功能的光學(xué)設(shè)計分析軟件，具有直觀、功能

33、強大、靈活、快速、容易使用等優(yōu)點，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)相機鏡頭數(shù)位相機鏡頭，觀景窗，等鏡頭設(shè)計。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)計這個東西很難，特別不好上手！主要原因在于光學(xué)設(shè)計這個軟件功能過于強大專業(yè)、資料繁多，當(dāng)然也是這款軟件于眾不同之處?？墒?，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。這個時候，我建議大家可以根據(jù)一些

34、小的例子，一步一步的進行，比如先了解整個軟件的界面和功能，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，最后形成一個整套的系統(tǒng)，然后在根據(jù)使用手冊或者經(jīng)驗壽命進行調(diào)整和優(yōu)化。其次，要有想法，這個解釋很簡單。我想，我們真正進行光學(xué)設(shè)計的時候，都是希望我們的產(chǎn)品可以用在一個具體的環(huán)境中，發(fā)揮具體作用。那么，我們必須對和設(shè)計有關(guān)的東西很熟悉。尺寸，大小，光束的特點，實際加工的限制，對成像質(zhì)量的要求等等，這些其實都要在設(shè)計之前心里面有個數(shù)，不能盲目下手，這樣比較流暢的設(shè)計也會節(jié)省時間和精力。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)計結(jié)果。設(shè)計之前，除了要做好之前所說的，還要對一些具體的問題進行計算，如醉簡單的，對光路的重要之處進行高斯光學(xué)計算，或者加入實際問題的考慮等等。這樣，當(dāng)你用軟件進行設(shè)計檢驗時，你就不會至于被動，而是比較良好的運用。知道哪個量應(yīng)該變成什么樣。要做到胸有成竹方能設(shè)計出自己心儀的光學(xué)系統(tǒng)。第四，軟件找一個自己用著習(xí)慣，比較熟悉的的就行。光學(xué)設(shè)計軟件，說起來也不少，并且每一個都不是