單雙物鏡設(shè)計(jì)

燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書題目：單雙望遠(yuǎn)物鏡的設(shè)計(jì)學(xué)院（系）：電氣工程學(xué)院年級專業(yè)：10級儀表3班學(xué)號：1001030201學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：教師職稱：副教授

電氣工程學(xué)院《課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書課程名稱： 光學(xué)儀器基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 基層教學(xué)單位：自動化儀表系 指導(dǎo)教師：王志斌學(xué)號學(xué)生姓名（專業(yè)）班級10儀表3班設(shè)計(jì)題目單雙望遠(yuǎn)物鏡的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)焦距f=100mm，相對孔徑為1：1.8,2w=8o。設(shè)計(jì)要求計(jì)算物鏡的各個(gè)參數(shù)；上機(jī)用軟件進(jìn)行優(yōu)化，確定最后的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，滿足像差要求。參考資料1、劉鈞，高明編著，《光學(xué)設(shè)計(jì)》，2006,西安電子科技大學(xué)出版社，西安2、《光學(xué)儀器設(shè)計(jì)手冊》，1971,國防科技出版社，北京3、光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX應(yīng)完成內(nèi)容計(jì)算設(shè)計(jì)處望遠(yuǎn)物鏡的各個(gè)參數(shù)上機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定最后的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)指導(dǎo)教師簽字王志斌基層教學(xué)單位主任簽字謝平說明：1、此表一式三份，系、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份。2、學(xué)生那份任務(wù)書要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。電氣工程學(xué)院教務(wù)科

燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)評審意見表指導(dǎo)教師評語：正確完善JLi口認(rèn)真較為合理合理工作態(tài)度較認(rèn)真理論分析 加一般方法設(shè)計(jì)一般不認(rèn)真較差較差成績： 指導(dǎo)教師： 2013年7月11日清晰正確基本掌握設(shè)計(jì)結(jié)論 基本正確了解不清楚不正確答辯小組評語：原理評閱人： 成績： 評閱人： 2013年7月11日課程設(shè)計(jì)總成績：答辯小組成員簽字：2013年7月11日望遠(yuǎn)鏡是一種利用凹透鏡和凸透鏡觀測遙遠(yuǎn)物體的光學(xué)儀器。利用通過透鏡的光線折射或光線被凹鏡反射使之進(jìn)入小孔并會聚成像，再經(jīng)過一個(gè)放大目鏡而被看到。又稱“千里鏡”。望遠(yuǎn)鏡的第一個(gè)作用是放大遠(yuǎn)處物體的張角，使人眼能看清角距更小的細(xì)節(jié)。望遠(yuǎn)鏡第二個(gè)作用是把物鏡收集到的比瞳孔直徑（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼，使觀測者能看到原來看不到的暗弱物體。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。我們知道，光學(xué)儀器的核心部分是光學(xué)系統(tǒng)。然而一個(gè)高質(zhì)量的成像光學(xué)系統(tǒng)是要好的光學(xué)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的，所以說，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)設(shè)計(jì)要完成的工作包括光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所謂光學(xué)設(shè)計(jì)就是根據(jù)系統(tǒng)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、各光組的結(jié)構(gòu)等。大體可以分為兩個(gè)階段。第一階段根據(jù)儀器總體的要求，從儀器的總體出發(fā)，擬定出光學(xué)系統(tǒng)原理圖，并初步計(jì)算系統(tǒng)的外形尺寸，以及系統(tǒng)中各部分要求的光學(xué)特性等。第二階段是根據(jù)初步計(jì)算結(jié)果，確定每個(gè)透鏡組的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)，以保證滿足系統(tǒng)光學(xué)特性和成像要求。這一階段的設(shè)計(jì)成為“相差設(shè)計(jì)”，一般簡稱光學(xué)設(shè)計(jì)。評價(jià)一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的好壞，一方面要看它的性能和成像質(zhì)量，另一方面要系統(tǒng)的復(fù)雜度。一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞應(yīng)該是在滿足使用要求的情況下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最簡單的系統(tǒng)。第一章ZEMAX軟件介紹第二章縮放法的簡介第三章初始結(jié)構(gòu)的參數(shù)及曲線第四章優(yōu)化后的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)及曲線第五章學(xué)習(xí)心得第六章參考文獻(xiàn)第一章ZEMAX軟件介紹ZEMAX是美國FocusSoftwareInc.所發(fā)展出的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，可做光學(xué)組件設(shè)計(jì)與照明系統(tǒng)的照度分析，也可建立反射，折射，繞射等光學(xué)模型，并結(jié)合優(yōu)化，公差等分析功能，是套可以運(yùn)算Seqential及Non-Seqential的軟件。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ZEMAX可仿真Sequential和Non-Sequential的成像系統(tǒng)和非成像系統(tǒng)。ZEMAX光學(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。ZEMAX功能強(qiáng)大，速度快，靈活方便，是一個(gè)很好的綜合性程序。ZEMAX能夠模擬連續(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的界面簡單易用，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時(shí)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目前已經(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。第二章縮放法的簡介所謂縮放，即根據(jù)對光學(xué)系統(tǒng)的要求，找出性能參數(shù)比較接近的已有結(jié)構(gòu)，將其各尺寸乘以縮放比K,,得到所求的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并估計(jì)像差的大小或變化趨勢。具體步驟如下：（1）根據(jù)所設(shè)計(jì)的外部參數(shù)，由手冊等資料選取比較接近的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。外部參數(shù)指D、f’、2w等。其中主要是f不能相差太大，相差太大即失去了原有數(shù)據(jù)的參考價(jià)值。（2）根據(jù)焦距計(jì)算縮放比K：fK=設(shè)計(jì)焦距f現(xiàn)有焦距（3）將現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的所有線量放大K倍，角量和相對量不變。（4）估計(jì)使用條件下的相差和瞳孔位置的變化，所選的結(jié)構(gòu)被放大后，所有線量相差進(jìn)而也隨之放大，原有結(jié)構(gòu)的使用條件不可能與現(xiàn)在的使用條件完全相同，但可以根據(jù)原來使用的孔徑和視場及相差曲線的趨勢，推算出新的使用條件下的相差值等。（5）檢查和調(diào)整間隔（中心厚或邊緣厚），以滿足工藝要求，必要時(shí)更換玻璃材料。（6）上機(jī)計(jì)算。首先檢查焦距是否為預(yù)想值，若相差太遠(yuǎn)，可復(fù)查縮放過程或原始值。再查其他值，或作像差矯正等。第三章初始結(jié)構(gòu)的參數(shù)及曲線查閱光學(xué)設(shè)計(jì)手冊得到單雙物鏡的類似結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，參數(shù)如下：名稱光學(xué)性能結(jié)構(gòu)參數(shù)r/mmd/mmnf'=90.1468.55121.5163(K9)單雙D-369.80.7—=1:1.3f，163(K9)物鏡2w=8ol'=57.79F-90.1665.315.81.6475(ZF1)縮放后結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，參數(shù)如下：名稱光學(xué)性能結(jié)構(gòu)參數(shù)r/mmd/mmnf'=10075.40513.21.5163(K9)單雙D-406.780.77—=1:1.8f，54.1219.581.5163(K9)物鏡2w=8ol'=63.569F-99.17671.8416.381.6475(ZF1)選定視場角：w=4,0.707w=2.828

原始數(shù)據(jù)如下中鼠施點(diǎn)睛呷h明］. 二1三菇）珊日庭巴雙頸口血碌?翻用JfflZ：IlIHCrnoi.JidiiiE血皿交pi_--JLJ5J缸?二沿妞Canic=；r[tiLi9dlIlixlumi：CBJ￡口3由idhziMLiInfiiitjIhnnitjMDMIHSTC3出曲出Molyfl.HUIIM.日皿d.OMDdSU3±ld7&.4-1MMU.20M!)]四35.圈圈加'].'][D]M；S箱曲H—88口mm31.一用25a.rain1SHaidSi.UMMUJbMMsai.Tj&iH3￡團(tuán)由id-39.1?&]ML3BKINm29.MU&J'].'][D]MSEiaid二州朔國豳T31.BSGLHd.flMNSU3±ldkziMLj7.13131']優(yōu)化前的Layouts（外形圖）優(yōu)化前的優(yōu)化前的RayFan（光線曲線）優(yōu)化前的OpticalPathDifference(OPD)Fans(光程差曲線)優(yōu)化前的優(yōu)化前的MTF分析曲線7^0.MPDE:DTO，三二三:口[lEt4.0?de?1.Ci--E:7^0.MPDE:DTO，三二三:口[lEt4.0?de?1.Ci--E:1.LFnu，rHF：niiFiTICII0E I!丁F：I「EDJUL10二口1三CihTAF「iTI口一「F匕1Tmti.oEbS..ui.二UF'.Ur廠E：I：lIRGE L.E：II二.二II..COMFIGURRTIOrdj.nF1OBJ：D.CCDDEEE-HR：H.fEdHIURHR：H.fEdHI口時(shí)；!即舊陪二二?UFFFO：：111ftnift：D.er-miSF'DTdirgehiiHEDJUL102012：LNITSARE癡.FIELD :1二F：H：Ewnj：—[上..注:二[子.鏟口GECP.HDIK.：lD7.l￡iHlt-Q.377訓(xùn)E：.空，H2HLE：E；RF.：l口州REFEREHT'E二['HIEFFRiL.E1I：.,二1區(qū)rniifiqijf：rtIQI?1.口F：1第四章優(yōu)化后的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)及曲線優(yōu)化函數(shù)設(shè)置設(shè)定默認(rèn)優(yōu)化函數(shù)：選擇工具欄EditorsfMeritFunction^ToolsfDefaultMeritFunction，在該選項(xiàng)框中選擇RMS,SpotRadius,Centroid,其它項(xiàng)默認(rèn)即可，選擇確定。為避免焦距變化過大，將其確定為初始值，即設(shè)定有效焦距EFFL為100，權(quán)重為1。曜It二手取即-1laiq？t越g憂UE1U￡i:二二二比1弧11F口IIKiJDM'lDLdMDMMD.的。聞2金3ES13新頻CezsiilLzaritiusrtizn.:3HF亞白匕iadi.uacentrcid田3工坷m(xù)Eazis1新頻Kdd￡：EultaiithidnEES上汨出_：7EmtiainU.53DIE頻Kdd￡：Eultglassthickreisicu&dai^ccnEtiais,:=.G3LHE9UE領(lǐng)包日他farfieldL7諛譴1D.Cflfl&MDjIDDMD■].K5711D.O：111KMOJQDOODLC0063D.吐弼WO?14738BB諛7=2：1D.Cflfl&MDjIDDMDD.O：111KMOJQDOODL眠1想D.支闔2屋尊明9碗二:二1口.加電】DjIDDMD'3.94A36&D.加UKMOJODOOD上四的63苑郎2：.6STii3410由幽口.如DMD.aD[f?]D0.355711D.MD&?]O.GDMQD(LDMfiSDJ4E2250.32427611碗三二口.加電】Dj]DDMDD.加UKMO.flDH']D1=^140Dj]7D43e4.11^3112DA2睡口.加電】DjIDDMDD.加UKMOJODOOD上四陰63D.10EIK213DA2睡3口.加電】DjIDDMD■3.K5711D.加UKMOJODOOD上四陰63EL睡聞L臟招uW三二3D.CHQ&MDjID&MD■]?W1D7DjMOMO.ODM']D■].1=^140D.T39G1?S.2WE1%HATme2口.剛網(wǎng)D.dDCOlD，窗口CO]O.d&MdDL陽岫5D.14DME此的案1G3LHEH2I領(lǐng)包日他farfield工17諛7=2：1D.CHQ&MDJDWDLI和融D.23D734OJQDOOD■].H323nU231200?DK3?G1B門％7=2：1D.CHQ&MDJDWDLS535&3D.員2流OJQDOOD■].D51713D1涮羽EBKH明19門芯二:二1口.加電】DJDWD'3.4T33B3D.a5i?OJODOODLiszanDj]41K32D門芯三二1O.CflflK*]DJDTCflD■3.K5711D.加UKMO.flDH']D上陶膽4.陽與ET03優(yōu)化后參數(shù)如下：釐曲田蝌哪螂酶購W）船三：騎6ChnBit」iniItidreES"LasaSEii-CiaEterGeir閶5詢dE：d加叫Igity二亡fQ.Q1W就￡間如dD.0UMH^.SODdDflC.0D0DU2三主通力13.MD空0.M03加時(shí)初：制VD.7M27.253100O.ODODflO4S^ndard54IM19.5O0D穹25.B5DEBIO.OMDdO5Standaid-H.75H13■■LWDmnniAnnnna“.匕2v。.咖則a加時(shí)嘰航求V通州」V巴兜一O.ODODflO■^ndard工三匚可O.OOODHI優(yōu)化后的Layouts（外形圖）優(yōu)化后的RayFan（光線曲線）優(yōu)化后的RayFan（光線曲線）優(yōu)化后的OpticalPathDifference(OPD)Fans(光程差曲線)

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