专业课程设计方案报告望远物镜设计双胶合镜结构.doc

黑龙江科技大学

课程设计报告

项 目 名 称：望远物镜设计（双胶合镜构造）
所 属 课 程：工程光学
设 计 日 期：

班 级 测控11--1班
学 号
姓 名
指引教师
成 绩

电气与控制工程学院

课程设计报告阐明
一、写报告前，请认真阅读《课程设计报告阐明》。
二、打印装订规定
1、一律用A4纸，双面打印，并左侧装订，一式1份，并同步上交电子版（电子版上传邮箱）。《课程设计报告阐明》页也打印。
2、课程设计概述某些占一页；课程设计内容长度依照实际需要填写；结论和指引教师评语及成绩单独占一页。保证打印格式工整。
三、报告内容规定
1、课程设计目结合实际自己写，不要雷同
2、课程设计规定按下发设计题目写
3、课程设计原理简要阐明所完毕课程设计项目所涉及理论知识
4、课程设计内容 这是课程设计报告极其重要内容。概括整个课程设计过程。（最佳在上述内容基本上画出相应流图、设计思路和设计办法，再配以相应文字进行阐明。）

一、课程设计概述
1、课程设计目
掌握工程光学理论和典型光路基本上，运用像差理论进行简朴光路光学参数计算和设计。
运用Zemax光学设计软件进行仿真和参数优化，达到理论和实际应用相结合。进一步熟悉Zemax软件使用。
2、课程设计规定
灵活运用工程光学课程重所讲授内容，进行近轴光路计算，设定初始光学参数；熟悉Zemax光学设计软件基本功能和用法，并进行简朴光路模仿和优化。
设计规定：采用双胶合（Doublet）构造，D/f=1/11，半像面尺寸：4.8mm
半视场角：0.5° 设计波长：0.486um、0.587um、0.656um，
口径D：50mm
计算：系统焦距f，，后焦距（BFL）

3、课程设计原理
双胶合透镜是一种惯用望远物镜，它构造简朴、光能损失小，合理选取玻璃和弯曲能校正球差，慧差、色差和像差，但不能消除象散、场曲与畸变。优化是光学系统设计过程中最重要一步，普通来说初始构造像质并不是很抱负，只有通过优化才干使光学系统性能达到咱们需要状态。
优化之前要进行两个必要环节：要拟定优化变量和选用评价函数。理论上讲，透镜组所有构造参数都可以作为优化变量参加优化，光学系统中影响像质因素是曲率半径r，折射率n和厚度d。

二、课程设计内容
先打开ZEMAX软件，依照设计规定修改系统设定,涉及系统孔径,镜头单 位，视场，和波长。
（1）修改系统设定。
一方面，依照规定设计参数计算物方孔径EPD。提供有效焦距efl为100mm，像空间F/﹟=4 。

由公式，得物方孔径EPD约等于25。
在ZEMAX主菜单软件中，选取 系统> 通用配备，在弹出对话框中，光圈类型选取入瞳直径，光圈数值选取25，单位毫米。

（2）视场设定。
在ZEMAX主菜单软件中，选取 系统> 视场，在弹出对话框中，视场类型选取角度，并输入三组视场数据，(0，0)，(0，3)和 (0，5)。

第三步，波长设定。
在ZEMAX主菜单软件中，选取 系统> 波长，在弹出对话框中，选取规定波长0.48um，单击拟定完毕配备

系统配备完毕，即可在LDE中输入数据。
镜头数据编辑器是一种重要电子表格，将镜头重要数据填入就形成了镜头数据。这些数据涉及系统中每一种面曲率半径、厚度、玻璃材料。单透镜由两个面构成 (前面和背面) ， 物平面和像平面各需要一种面，这些数据可以直接输入到电子表格中。当镜头数据编辑器显示在显示屏时， 可以将光标移至需要改动地方并将所需数值由键盘输入到电子表格中形成数据。每一列代表具备不同特性数据， 每一行表达一种光学面 (或一种)。移动光标可以到需要任意行或列，向左和向右持续移动光标会使屏幕滚动，这时屏幕显示其她列数据，如半口径，二次曲线系数，以及与所在面面型关于参数。屏幕显示可以从左到右或从与右到左滚动。”上翻页”和”下翻页”键可以移动光标到所在列头部或尾部。当镜头面数足够大时，屏幕显示也可以依照需要上下滚动。
一方面，添加镜面，设计规定双镜头，因此添加3个镜面，在镜面编辑窗口中选取 编辑 > 插入曲面。
曲面插入完毕，即可向镜头数据编辑窗口写入镜头数据。设计规定第一块镜面材料BAK1第二块镜面材料为F3。在glass窗口中写入材料类型。
完毕后在Thickness栏中填入玻璃厚度。

最后使用求解去执行设计约束，设立像空间F/#为恒定值4。如下图：

接下来，分析.优化前系统性能。
选取分析>草图>2D草图，将浮现2D草图LAYOUT。
点击“生成DXF文献”按钮将产生一种2D DXF 文献，并将它存储起来。它文献名用“DXF 文献”处输入文献名拟定。DXF文献是由弧和线构成，弧用来显示镜头面曲率。如果是只使用球面 (或平面)透镜，那么弧可以完全表达镜头。但是，弧只能近似表达非球面。如果面是非球面，那么弧只有在顶点，最高点和最低点是对的。ZEMAX 在这三个地方用适合弧表达确切面。若光线未能射入到一种面，那么在发生该错误面光线不画出。如够光线发生全反射，那么在发生全反射面入射光线画出，出射光线不画出。

选取分析>点列图>原则，将浮现原则点列图Spot Diagram。
光线密度有一种根据视场数目，规定波长数目和可运用内存最大值。离焦点列图将追迹原则点列图最大值光线数目一半光线。
列在曲线上每个视场点GEO 点尺寸是参照点（参照点可以是主波长主光线，所有被追迹光线重心，或点集中点）到距离参照点最远光线距离。换句话将，GEO 点尺寸是由包围了所有光线交点以参照点为中心圆半径。
RMS 点尺寸是径向尺寸均方根。先把每条光线和参照点之间距离平方，求出所有光线平均值，然后取平方根。点列图RMS 尺寸取决于每一根光线，因而它给出光线扩散粗略概念。
GEO点尺寸只给出距离参照点最远光线信息。艾利圆环半径是1.22 乘以主波长乘以系统F/# ，它普通依赖于视场位置和光瞳方向。对于均匀照射环形入瞳，这是艾利圆环第一种暗环半径。艾利圆环可以被随意绘制来给出图形比例。
在点列图中，ZEMAX 不能画出拦住光线，它们也不能被用来计算RMS 或GEO 点尺寸。
ZEMAX 依照波长权因子和光瞳变迹产生网格光线。有最大权因子波长使用由“Ray Density”选项设立最多光线网格尺寸。有最小权因子波长在图形中设立用来维持对的表达较少光线网格。如果变迹被给定，光线网格也被变形来维持对的
光线分布。位于点列图上RMS 点尺寸考虑波长权因子和变迹因子。但是，它只是基于光线精准追迹基本上RMS 点尺寸估算。在某些系统中它不是很精准。像平面上参照点交点坐标在每个点列图下被显示。如果是一种面被拟定而不是像平面，那么该坐标是参照点在那个面上交点坐标。既然参照点可以选取重心，这为重心坐标拟定提供了便利途径。

选取分析>特性曲线>光路，将浮现光路图OPD FAN。
目是显示用光瞳坐标函数表达光程差。
垂轴刻度在图形下端给出。 绘图数据是光程差，它是光线光程和主光线光程差，普通，计算以返回到系统出瞳上光程差为参照。 每个曲线横向刻度是归一化入瞳坐标。若显示所有波长，那么图形以主波长参照球面和主光线为参照基准。若选取单色光那么被选取波长参照球面和主光线被参照。由于这个因素，在单色光和多色光切换显示时，非主波长数据普通被变化。

选取分析>特性曲线>光线像差，将浮现光线像差图RAY FAN。
目：显示作为光瞳坐标函数光线像差。
横向特性曲线是用光线光瞳y 坐标函数表达横向光线像差x 或y 分量。缺省选项是画出像差y 分量曲线。但是由于横向像差是矢量，它不能完整描述像差。 当ZEMAX 绘制y 分量时，曲线标称为EY， 当绘制x 分量时，曲线标称为EX。垂轴刻度在图形下端给出。 绘图数据是光线坐标和主光线坐标之差。横向特性曲线是以光瞳y 坐标作为函数，绘制光线和像平面交点x 或y 坐标和主波长主光线x 或y 坐标差。
弧矢特性曲线是以光瞳x 坐标作为函数，绘制光线和像平面交点x或y 坐标和主波长主光线x 或y 坐标差。 每个曲线图横向刻度是归一化入瞳坐标 PX 或PY。若显示所有波长，那么图形参照主波长主光线。若选取单色光那么被选取波长主光线被参照。由于这个因素，在单色光和多色光切换显示时，非主波长数据普通被变化。
由于像差是有x 和y 分量矢量，光线像差曲线不能完全描述像差，特别是像平面倾斜或者系统是非旋转对称时。此外，像差曲线仅仅表达了通过光瞳两个切面状况，而不是整个光瞳。像差曲线图重要目是判断系统中有哪种像差，它并不是系统性能全面描述，特别系统是非旋转对称时。

设计最后Shaded Model模型如下：

三、结论

通过两周光电课程设计，我不但学到了某些此前不懂知识，并且更进一步学会使用了ZEMAX 惯用光学设计软件，同步，也锻炼了咱们在学习新软件能力，这不但是对新知识学习，更是对新事物学习和接受能力锻炼，因而我对本次光电课程设计感触和收获颇深！
刚开始，咱们对设计总体思路都没有一种大概印象，课题拿到三天后，我都还没有着手设计，而是到图书馆和上网查阅资料，之后再是对咱们课题进行慢慢细细研究， ZEMAX系统软件提供了一种自动优化功能，咱们可在人为设计完毕后进行自动优化，在把优化后和未优化之迈进行比较，咱们可以看到，通过优化后图像更加优美和科学性。
在本次设计中，咱们学到不只是光学上某些知识，还学会了一种设计思路和接受新事物能力锻炼，咱们就要毕业走上工作岗位，这样摸索精神和能力无疑是咱们学习和发展重点和长处，实验最后要进行软件优化，可将各器件参数自动优化成最适合参数。
四、指引教师评语及成绩
学生对课程设计如下几种方面综合评估：
设计目及规定： 明确【　】 不明确【 】
设计涉及基本原理： 完整【 】 不完整【 】
设计方案：
设计总体思路： 严谨【 】 存在纰漏 【 】
方案内容： 条理清晰对的 【 】
条理普通，阐述基本对的【 】
条理混论，存在抄袭 【 】
还存在其她问题：

指引教师签字（盖章）：

批阅日期： 月 日