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    分类:课程设计心得 时间:2017-03-12 本文已影响

    篇一:光学课程设计

    ※※※※※※※※※ ※2011级物理学 ※

    应用光学课程设计 ※

    ※※ ※

    ※※※※※※※※※

    应用光学课程设计报告

    课题名称 姓 名

    双胶合望远物镜的设计与优化

    ***

    学 号1112101 学 院

    通信与电子工程学院

    专 业 物理学 指导教师 ***

    2013年1月4日

    1

    2

    对称式望远物镜的设计与优化

    1 设计目的

    (1)了解设计光学仪器的基本流程;

    (2)巩固相关的几何光学理论知识,掌握双胶合望远物镜的工作原理; (3)熟悉ZEMAX软件的基本功能,掌握用ZEMAX软件分析和校正初级像差的技术,并能利用ZEMAX软件优化设计; (4)熟悉Word文档的基本操作方法。

    2 设计思路

    (1)了解原有双胶合望远镜物镜的基本结构,根据光学特性参数确定初值; (2)熟悉ZEMAX软件的基本操作步骤;

    (3)利用ZEMAX软件,输入光学特性参数和初始参数,进行像质评价,根据初始结构的像质进行优化,并进行结果分析。

    光学课程设计心得体会

    3 设计原理

    在几何光学中,我们学习了解过光学系统的成像的一些基本规律,主要研究物体经过光学系统成像的大小、位置和正倒等问题,再根据仪器的成像要求,来确定光学系统的各个透镜的焦距、口径等,这些都是在解决光学系统的外形尺寸的问题。

    这时我们一般采用电子计算机,按优化理论和统计理论对光学系统各个参数同时给出不同的该变量,进行像差校正,重复多次运算(每次运算称为一次迭代),可达到满意的像质,称为像差自动平衡,也有人对初始结构做像差自动平衡,再做人工单因素自动校正。

    实际光学系统,除了平面镜外,成像总是不完善而存在像差的,具有这种成像缺陷的光学系统是不能满足使用要求的,在设计光学仪器时必须适当的选取光学系统的结构参数来调整所设计的仪器,从而对仪器的像差得到校正,以满足我们的需要。

    我们常用来设计光学系统的软件是ZEMAX,它具有强大的结构数据优化功能,利用此软件,我们可以得到较为准确的系统设计草图,为我们实际加工提供便利。本文将通过对大倍率远摄照相物镜的设计与优化来展现出ZEMAX的强大功

    3

    能和了解像差的相关知识。

    ZEMAX 以非序列性分析工具来结合序列性描光程序的传统功能 ,且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软件包 ,具有研究成像和非成像系统中的杂散光stray并 ( light)和鬼影的能力,从简单的绘图一直到优化 和公差分析皆可达成。大部分成像光学系统,如照相机镜头、望远镜和显微镜,可在序列性模式中完整定义。于这些系统,列性描光具有许多优点:对序非常快、非常弹性和非常普遍 。几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。在成像系统中,序列性描光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。序列性描光的缺点,包括无法追迹所有可能的光路径和许多无法以序列性方式来描述的光学系统或组件。

    4 工作原理

    望远镜物镜要求校正的像差主要是轴向色差、球差、和慧差。由薄透镜系统的初级像差理论知道,一个薄透镜组除了校正色差外,还能校正两种单色像差,正好符合望远镜校正像差的需要,因此望远镜物镜一般由薄透镜组构成。

    物镜内部有一个负的调焦组构成的复合物镜。 负镜组可将主面提前,使筒长显著减小。其缩小比为 M=L/f'

    式中,L是筒长,f'是焦距等效距离 在望远镜用来测距,测距方程为 S=kL+C

    式s是被测距离,L是读轮的读数,一般取K=100,C是常数。

    在大地测量仪器中,望远镜的主要作用是观察瞄准目标和测距。由于测量仪器是在野外使用,所以要求的仪器体积小、重量轻、结构简单、使用方便、效率高、质量好。为求出三个未知量

    和d,需解下述三个方程组

    4

    式中:L为自物镜前组像方主平面到物镜系统相面的距离;d为自物镜前组像方主平面到调焦镜前主平面的距离;f'为物镜系统焦距。

    为调焦镜焦距。

    为物镜前组焦距,

    5 确定初始参数

    根据器件的工作原理和设计要求,选取和设计要求的光学性能参数相近的初始参数,其初始参数取自文献[2]。如表3.1所示:

    表3.1 双胶合望远物镜初始参数

    6像质评价和优化

    6.1 初始结构和像质

    6.1.1 光学特性参数输入

    打开ZEMAX界面,如图4.1所示。

    图4.1 镜头数据编辑窗口

    在镜头数据编辑窗口中选择如图4.2 的General输入窗口,在相应的Aperture

    5

    篇二:光学软件课程设计报告

    《光电系统》 课程设计报告

    姓名:唐晋川班级:学号: 0211102 2011210818

    一、设计题目——双胶合透镜优化设计

    双胶合透镜优化设计

    双胶合透镜是一种常用的望远物镜,它结构简单、光能损失小,

    合理选择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。根据上述原理使用OSLO软件进行双胶合透镜的设计并对其中一种特性进行优化设计,使得双胶合透镜的参数比较理想。

    二、设计原理

    双胶合透镜优化设计:

    双胶合透镜是一种常用的望远物镜,它结构简单、光能损失小,合理选择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的一步,一般来说初始结构的像质并不是很理想的,只有经过优化才能使光学系统的性能达到我们需要的状态。通过初始设计的双胶合透镜像差不符合要求,所以要对其进行优化。

    优化之前要进行两个必要的步骤:要确定优化变量和选用评价函数。理论上讲,透镜组的全部结构参数都可以作为优化变量参与优化,光学系统中影响像质的因素是曲率半径r,折射率n和厚度d。 三、实验日志:

    1、使用oslo软件对双胶合透镜进行设计。

    2、使用oslo软件对双胶合透镜进行优化设计。 四、实验步骤

    双胶合透镜设计并优化 (1)双胶合透镜设计

    1新建镜头文件 ○

    2输入透镜光学特性参数 ○

    3输入镜面数据 ○

    4保存透镜数据 ○

    (2)双胶合透镜优化

    1打开透镜文件并另存 ○

    2设置优化变量 ○

    3设置误差函数 ○

    4进行优化 ○

    五、实验结果与分析 双胶合透镜优化设计

    我对双胶合透镜所进行的优化是从透镜的像差着手进行的,从后面的数据中我们可以看出通过改变透镜的曲率半径、光圈大小和透镜的厚度都可以明显改善透镜的像差,从而提高透镜的成像质量。综合考虑,我进行了三次优化,分别通过优化曲率半径、优化光圈大小和优化透镜的厚度来达到设计的目的。双胶合透镜的原始最小RMS值为4.252773,像差值为-0.031841。经过优化曲率半径后的最小RMS值为2.506337,像差值为-0.018681,经过优化透镜的厚度的最小RMS

    值为1.8,像差值为-0.17142,最后经过优化光圈大小得出了经过三次优化的透镜的最小RMS值为1.639445,像差值为-0.014059,显然我们得出了很好的效果使得仿真比较成功。 设计的结果如下:

    原始双胶合望远物镜:

    像差数据:

    最小RMS误差:

    光线焦点轨迹分析:

    波阵面分析:

    篇三:光学课程设计

    燕山大学

    光学设计课程设计说明书

    设计题目: 缩放法设计对称式目镜学 院: 电气工程学院

    年级专业: 11级自动化仪表学 号:

    学生姓名:

    指导教师: 王志斌

    教师职称: 副教授

    燕山大学《课程设计》任务书

    2014年7月12日

    前言

    目镜是目视光学系统的重要组成部分。被视察的物体通过望远镜和显微物镜成像在目镜的物方焦平面处,经目镜系统放大后将其成像在无穷远处,供人眼观察。

    从目镜的光学特性来讲,具有以下特点:

    (1)焦距短。一般目镜的焦距在15mm-30mm左右,和一般望远镜比起来,焦距短是它的一个特点。

    (2)相对孔径比较小。由于目镜的出射光束直接进入人眼的瞳孔,人眼瞳孔的直径一般在2mm-4mm左右变化,因此大多数实验室仪器出瞳直径一般在2mm左右,目镜焦距常用的范围为15mm-30mm,故目镜的相对孔径一般小于1/5. 。。(3)视场角大。通常在40左右,广角目镜的视场在60左右。

    (4)入瞳和出瞳远离透镜组

    目镜设计原则:在设计目镜时,通常按反向光路计算像差,即假定物平面位于无限远,目镜对无限远目标成像,在目标的焦面上衡量系统的像差。至于目镜的光瞳位置,可以按两种方式给出。第一种方式是把实际系统的出瞳作为反向光路时目镜的入瞳,给出入瞳距离p,入瞳直径D等于系统要求的出瞳直径。在目镜像差校正的过程中,要求保证边缘视场的主光线通过正向光路时物镜的出瞳中心(即正向光路目镜的入瞳中心)。其他视场的主光线,由于存在光阑球差并不通过同一点,这样计算出来的像差和实际成像光束的像差虽完全不同,但一般较小,可以忽略。第二种方式是如果像差计算程序能够在给出实际光阑后自动求出入瞳位置,并用调整主光线位置的方法,保证不同视场的主光线通过实际光阑的中心。这样可以把正向光路时物镜的出瞳作为实际光阑给出,计算出来的像差和实际成像光是的情况符合。

    摘要

    随着科学技术的发展,光学仪器已普遍应用在社会的各个领域。光学仪器的核心部分是光学系统,光学系统成像质量的好坏决定着光学仪器整体质量的好坏,一个高质量的的成像光学系统是要靠好的光学设计去完成。因此说,光学设计是实现各种光学仪器的基础。

    光学系统设计指的是根据仪器所提出的使用要求,来决定满足各种使用要求的数据,即设计出光学系统的性能参数、外形尺寸和光组的结构等。如今,光学系统的设计可分为两个阶段:一、外形尺寸计算;二、像差设计。进行光学设计也有两种不同的方法:其一,是把已有的物镜的结构形式作为初始结构,进行像差校正;其二,是根据所选定的结构形式,按初级像差理论求解初始结构,在进行像差校正。

    其中像差校正方法有两种:一是人工单因素校正,即有设计者根据系统像差情况,改变系统的一个结构参数(r、d、n),再进行光路计算,重复这样的过程,直至达到满意的成像质量。另一种是用电子计算机,按优化理论和统计理论对光学系统各个参数同时给出不同的该变量,进行像差校正,重复多次运算(每次运算称为一次迭代),可达到满意的像质,称为像差自动平衡,也有人对初始结构做像差自动平衡,再做人工单因素自动校正。

    本次课设在初始结构设计过程中主要采取第一种方法,将已有的物镜的结构形式作为初始结构,主要任务集中在用ZEMAX软件,按优化理论和统计理论对光学系统进行像差校正,得到理想的对称式目镜。在望远镜和显微镜中,目前常用的目镜有惠更斯目镜、冉斯登目镜、凯涅耳目镜、对称式目镜、无畸变目镜和广角目镜。对称式目镜是目前应用很广的一种中等视场的目镜,本设计采用缩放法设计对称式目镜。

    关键字:缩放法 对称式目镜 ZEMAX 像差校正

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