光机系统设计大作业1 -
机械系统设计大作业
机械系统设计大作业机械系统设计大作业目录第1章总体方案设计 (1)1.1 研究给定的设计任务 (1)1.2设计任务抽象化 (1)1.3确定工艺原理方案 (1)1.4工艺方案设计 (2)1.5功能分解功能树 (2)1.6确定每种功能方案 (2)1.7确定边界条件 (2)1.8方案评价 (3)1.9方案简图 (3)1.10总体布置 (4)1.11总要参数的确定 (4)1.12循环图 (4)第2章执行系统设计 (6)2.1运动分析 (6)2.2动力分析 (6)第3章传动系统设计 (9)3.1动力机选择 (9)3.2运动与动力参数的确定 (9)3.3运动与动力参数确定 (9)3.4传动零件设计计算 (10)第1章总体方案设计1.1 研究给定的设计任务表1.1 设计任务书1.2设计任务抽象化图1.1系统黑箱1.3确定工艺原理方案物理振动原理1.4工艺方案设计人工倒入适量谷物打开开关振动工作关闭电源收集分离干净的谷物图1.2工艺路线图1.5功能分解功能树图1.3功能树1.6确定每种功能方案分离功能：铁丝网格、带孔铁板、带孔塑料板动力功能：电机控制功能：开关表1.2 功能解形态学矩阵1.7确定边界条件图1.4边界条件1.8方案评价评价原则：满足功能要求、经济、质量轻评价方式：一对一比较表1.3方案评分表经过评价选择A方案：分离功能：铁丝网格动力功能：电机控制功能：开关1.9方案简图1机架、2振动筛摇杆、3振动筛铁丝网、4振动筛曲柄、5电机图1.5方案简图1.10总体布置图1.6总体布置图1.11总要参数的确定尺寸参数：整体长宽高1500×800×500mm运动参数：曲柄回转速率n=120r/分1.12循环图图1.7曲柄循环图由于仅有一个执行头，不存在干涉情况，所以不需进行时间、空间同步化。
第2章执行系统设计2.1运动分析2.1.1运动参数确定1.偏心曲柄摇杆机构参数确定曲柄回转速率n=120r/分2.1.2运动尺寸确定1.偏心曲柄摇杆机构确定曲柄长度L1，连杆长度L2，摇杆长度L3、机架长L4和偏心距e图2.1偏心曲柄摇杆机构由机器的总体尺寸取L4=1400mm，L2=1300mm，e=60mm；由曲柄存在条件和机器总高取L1=100mm得L2>202mm，取L2=210mm 2.2动力分析1.偏心曲柄摇杆机构动力分析图2.2偏心曲柄摇杆机构动力分析A.运动分析 位移方程1400cos 1300cos 210cos 100=⨯+⨯+⨯δαθ60sin 1300sin 210sin 100=⨯+⨯-⨯δαθ 速度方程0sin 1300sin 210sin 100321=⨯-⨯-⨯-δαθw w w 0cos 1300cos 210cos 100321=⨯+⨯-⨯δαθw w w加速度运动方程0cos 1300cos 210cos 100232221=⨯-⨯-⨯-δαθw w w 0sin 1300sin 210sin 100232221=⨯-⨯+⨯-δαθw w wB.力分析图2.3连杆摇杆力分析对于连杆2有R12=R32，02/2/22222=⨯-+⨯l m M lp g对于摇杆3有R43=R23，02/2/33333=⨯-+⨯l m M lp g图2.4曲柄力分析对于曲柄1有R21=R41，0sin 2/sin 2/22111=⨯⨯++⨯⨯-θθlm M l p g第3章 传动系统设计3.1动力机选择查Y 系列电机表取Y80M1-1型号电机额定功率0.55kw ，额定转速1390r/min 。
光设作业
目录1光学系统像质评价方法 (1)1.1几何像差 (1)1.1.1色差 (2)1.1.2轴上像点的单色像差 (3)1.1.3轴外像点的单色像差 (4)1.1.4正弦差、像散、畸变 (6)1.2垂轴像差 (6)2光学自动设计方法 (8)2.1光学自动设计程序的数学过程 (8)2.2阻尼最小二乘法光学自动设计程序 (10)2.3适应法光学自动设计程序 (12)3望远镜 (15)3.1望远镜物镜设计 (15)3.1.1选择初始结构 (15)3.1.2优化 (16)3.2望远镜目镜设计 (16)3.2.1参数计算 (17)3.2.2选择初始系统： (17)3.2.3优化 (18)3.3物镜目镜组合 (19)4照相物镜设计 (21)4.1选择初始结构 (21)4.2优化 (22)5变焦系统设计 (24)1光学系统像质评价方法要求：掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。
任何一个光学系统都不可能理想成像，因此存在一个光学系统成像质量优劣的评价问题，从不同的角度出发会得到不同的像质评价指标。
在检测阶段的像质评价指标有星点检测、分辨率检测。
在设计阶段的像质评价指标，可以分为以下两类：1、几何光学方法，包括几何像差、波像差、点列图和几何光学传递函数。
2、物理光学方法，包括点扩散函数、相对中心光强、物理光学传递函数。
1.1几何像差图1- 1几何像差的分类1.1.1 色差光波实际上是波长为400~760nm 的电磁波，不同波长的光在真空中传播的速度都是光速，但在介质中的传播速度随波长而改变，由n=c/v 可知，光学系统中介质对不同波长的光的折射率不同。
薄透镜的焦距公式为：()⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=21111'1r r n f由于折射率n 随波长的不同而变化，因此焦距'f 也随之变化。
当对无限远的轴上物体成像时，不同颜色光线所成像的位置也就不同。
我们把不同颜色光线理想像点位置之差称为近轴位置色差，通常用C 和F 两种波长光线的理想像平面间的距离来表示近轴位置色差，也成为近轴轴向色差。
光机系统设计
光机系统设计与实践课程报告作者学号：学院(系):理学院专业: 光学题目: 光接收系统设计2014年5月光接收系统设计光接收系统是照相、测距等系统的一个重要组成部分，其主要作用是接收外界光信号，并且将接收到的光传递给后续的光电转换器件，光接收系统的成像质量对整个系统有重要影响。
本次设计主要对光接收望远镜给出的初始结构进行优化，并且设计出优化之后的镜筒结构。
一、透镜像质的优化ZEMAX软件由美国焦点公司开发，它操作简单，价格便宜，提供了十分强大的像质优化功能，可以对合理的初始光学系统进行优化设计，是当今光学设计界的通用软件之一。
设计中光学结构参变量可以使曲率、厚度、玻璃材料参数、圆锥系数、参数数据、特殊数据和多重结构数值。
1.接收望远镜的设计要求如下：D/f=1/4,f=118.596,2ω=5°2.接收望远镜的初始结构参数见表13.透镜初始结构与光学特性参数输入①在ZEMAX主菜单中选择Editor\Lens Data，打开透镜数据编辑器（Lens Data Editor，LDE），输入初始结构，如图1所示。
图1 LDE中输入初始结构数据②光学特性参数输入。
用General对话框定义像空间。
在ZEMAX 主菜单中选择System\General…或选择工具栏中Gen，打开General对话框，选择Aperture Type为Image Space F/#，在Aperture Value中输入4，如图2所示。
图2 用General对话框定义孔径用Field Data对话框定义视场。
在ZEMAX主菜单中选择System\ Fields…或择工具栏中Fie，打开Field Data对话框，选择Field Type为Angle（Deg），在相应文本框Y-Field中输入3个校像差半视场角值：3、-3、0，其余为默认值，如图3所示。
图3 用Field Data对话框定义视场用Wavelength Data对话框定义工作波长。
光机系统设计
光机系统设计与实践课程报告作者学号：学院(系):理学院专业: 光学题目: 光接收系统设计2014年5月光接收系统设计光接收系统是照相、测距等系统的一个重要组成部分，其主要作用是接收外界光信号，并且将接收到的光传递给后续的光电转换器件，光接收系统的成像质量对整个系统有重要影响。
本次设计主要对光接收望远镜给出的初始结构进行优化，并且设计出优化之后的镜筒结构。
一、透镜像质的优化ZEMAX软件由美国焦点公司开发，它操作简单，价格便宜，提供了十分强大的像质优化功能，可以对合理的初始光学系统进行优化设计，是当今光学设计界的通用软件之一。
设计中光学结构参变量可以使曲率、厚度、玻璃材料参数、圆锥系数、参数数据、特殊数据和多重结构数值。
1.接收望远镜的设计要求如下：D/f=1/4,f=118.596,2ω=5°2.接收望远镜的初始结构参数见表13.透镜初始结构与光学特性参数输入①在ZEMAX主菜单中选择Editor\Lens Data，打开透镜数据编辑器（Lens Data Editor，LDE），输入初始结构，如图1所示。
图1 LDE中输入初始结构数据②光学特性参数输入。
用General对话框定义像空间。
在ZEMAX 主菜单中选择System\General…或选择工具栏中Gen，打开General对话框，选择Aperture Type为Image Space F/#，在Aperture Value中输入4，如图2所示。
图2 用General对话框定义孔径用Field Data对话框定义视场。
在ZEMAX主菜单中选择System\ Fields…或择工具栏中Fie，打开Field Data对话框，选择Field Type为Angle（Deg），在相应文本框Y-Field中输入3个校像差半视场角值：3、-3、0，其余为默认值，如图3所示。
图3 用Field Data对话框定义视场用Wavelength Data对话框定义工作波长。
光机电一体化技术大作业
光机电一体化技术大作业课题：激光测距仪技术的研究学号：20116316姓名：鲜腾跃指导教师：刘建阳2014年12月1激光测距技术背景在当今这个科技发达的社会，激光测距的应用越来越普遍。
在很多领域都可以用到激光测距仪。
在测距领域，激光的作用更是不容忽视，可以这样说，激光测距是激光应用最早的领域（1960年产生，1962年即被应用于地球与月球间距离的测量）。
测量的精确度和分辨率高、抗干扰能力强，体积小同时重量轻的激光测距仪受到了大多数有测距需求的企业、机构或个人的青睐，其市场需求空间大，应用领域广行业需求多，并且起着日益重要的作用。
激光测距技术与其它测距技术相比，具有测量距离远、抗干扰能力强、非接触目标、测量速度快、测距精度高等特点。
激光测距仪一般具有精确度和分辨率高、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，因而应用领域广、行业需求众多，市场需求空间大。
当前激光测距仪的发展趋势是向测量更安全、测量精度高、系统能耗小、体积小型化方向发展。
2 激光测距仪的种类及原理激光测距仪一般分为两种：脉冲式激光测距仪和相位式激光测距仪。
当今市场上主流的激光测距仪是基于相位法的激光测距仪。
这是因为基于相位法的激光测距仪轻易地就可以克服超声波测距的一大缺陷：误差过大，使测量精度达到毫米级别。
而基于此法的激光测距仪主要的缺点在于电路复杂、作用距离较短（一百米左右，经过众多科学工作者的努力，现在也有作用距离在几百米的相位法激光测距仪）。
（1）相位法激光测距仪原理相位法激光测距仪是采用无线电波段频率的激光，进行幅度调制并将正弦调制光往返测距仪与目标物间距离所产生的相位差测定，根据调制光的波长和频率，换算出激光飞行时间，再依次计算出待测距离。
该方法一般需要在待测物处放置反射镜，将激光原路反射回激光测距仪，由接收模块的鉴波器进行接收处理。
也就是说，该方法是一种有合作目标要求的被动式激光测距技术。
如下图所示：核心控制电路部分激光二极管数字处理由图所显示的关系，我们可以知道，用正弦信号调制发射信号的幅度，通过检测从目标反射的回波信号与发射信号之间的相移φ，通过计算即可以得到待测距离Δ。
哈工大 光机系统设计 双胶合透镜 实验报告
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y实验报告课程名称：光机系统设计实验名称：双胶合消色差物镜设计院系：电气及自动化与控制系班级：姓名：学号：哈尔滨工业大学1， 实验目的设计一个双胶合消色差透镜，并绘制图形，熟悉应用光学、机械学等相关知识，掌握光机系统设计的流程。
2. 结构特性分析双胶合消色差物镜光学性能要求: 1) f / 6，焦距540mm ； 2) 视场角1.5°；3) 镜片材料选择BAK1 和BK7； 4) 20 线对/mm 处MTF>0.4； 5) 工作波长：可见光3. 初始结构设计当物体处于无穷远时，P ∞=W ∞=0（孔径角消失），设计消色差系数C=0。
透镜的光焦度分配公式： )v 1-v 1/(1-2121）（v c =ψ 12-1ψ=ψ通过应用光学相关知识，算的双胶合透镜的曲率半径依次为： R 1 =345.231 R 2 =-240.89R 3 =-1003.25两个透镜的初始厚度设计各为7mm ，透镜组到成像面的距离设计为近轴光线，由ZEMAX 计算出相应厚度调整值。
图1 双胶合透镜出结构设计图 2 所示，视场90mm；如图 3 所示，视场角设定为1.5°，图 4 所示，入射光线为可见光；如所示为初始透镜结构图。
图2 设定视场图3 设置光场图4 设定入射光4. 系统优化设计焦距值为540mm,设定默认优化函数EFFL target 为540，权重为1，选择透镜的三个曲率半径以及相应的厚度作为优化参数，优化结果如图 5所示。
图5 优化结果参数5. 像质分析由图6所示，优化后最大的波像差大约为4个波长，尚未达到衍射极限，应为焦平面上的彗差影响所致；同时可见这个透镜相对与可见光的低阶色差比较小，满足设计要求。
图8优化后光线追迹曲线如图 6所示，优化后存在彗差，由图中度数可得艾里斑半径为8.595μm，而像差RMS半径为18.570μm，可见此优化结果基本达到设计要求，可以使用。
131107【光电仪器原理与设计】【大作业】.光电仪器设计
【作业上交方法】●电子版2013年12月5日12:00之前发给课代表，课代表2013年12月5日24:00之前发到gdyqylysj@●如确有同学不想写电子版，可交纸质版，2013年12月5日上课交给课代表统一上交。
【注意】1、3次小作业和1次设计大作业是平时成绩的主要评定点，平时成绩占课程总评成绩的30%。
2、大作业过期不可补交。
3、大作业如一字不动照抄或复制的（只改格式也算一字不动），所有雷同的本次作业直接记零分，且没有补交机会。
【大作业】光电仪器设计请从下列选题中任选其一，设计一台具有如下功能和指标的光电仪器，并撰写设计报告，要求字数1000字以上，内容必须包括：1)说明工作原理（包括物理原理和简单的指标核算）；2)画出原理图或原理框图（主要说明系统组成、结构或信息流向等）；3)进行元器件选型（写出对主要元器件的要求，选型依据，并选择实际的元器件，具体到型号和具体参数）；4)给出初步预算（进行市场调研，列出主要元器件报价和仪器总价）。
选题如下：1)鸡蛋新鲜度测试仪（对于同一产地相近批次的鸡蛋，要求能进行无损检测，检出变质的鸡蛋，并依据新鲜度进行排序）；2)测谎仪（非接触法检测目标是否因说谎导致身体参数发生变化，如脉搏、心跳等）；3)室内PM2.5检测仪（检测室内可吸入粒子粒径范围0.3~ 10µm）；4)角膜曲率测量仪（曲率半径的测量范围为5.5mm-12mm）；5)葡萄酒酒精度检测仪（检测范围酒精度0~25%VOL，分辨率0.2%VOL）；6)钻石真伪鉴别仪（无损、快速区分天然钻石和人造钻石）；7)红细胞平均直径检测仪（测量新鲜血液样本中的红细胞平均直径）；8)洞穴形貌勘探仪（测量并重构洞穴内部地形地貌）。
光机实验报告
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y实验报告课程名称：光机系统设计实验名称：基于ZMAX的光机系统设计班级：0936203姓名：蔡海蛟学号：6090120331哈尔滨工业大学一.实验目的(1)熟悉并掌握ZMAX软件的使用(2)熟悉光学系统设计的步骤及方法(3)了解牛顿式望远镜和施密特—卡塞格林系统，并对其相差有一定了解(4)学会用ZMAX设计简单的光学系统，并对系统进行像质分析和系统优化二.基本原理(1)实验一、牛顿望远镜牛顿望远镜是最简单的用来矫正轴上像差的望远镜。
牛顿望远镜是由一个简单的抛物线形镜面组成的，而且除此之外别无它物。
抛物线很好地矫正了所有阶的球差，将望远镜使用在轴上系统，就没有其他的像差。
(2)实验二、带有非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统施密特-卡塞格林望远镜（Schmidt-Cassegrain）属于折反射(Catadioptrics)类别。
施-卡望远镜的设计是以伯恩哈德施密特的施密特摄星仪为基础：使用球面镜做主镜（沿袭施密特摄星仪的设计）以施密特修正板来改正球面像差承袭卡塞格林的设计，以凸面镜做次镜，施密特-卡塞格林望远镜（Schmidt-Cassegrain）属于折反射(Catadioptrics)类别。
在施密特-卡塞格林系统，光通过薄的非球面校正透镜进入镜筒，然后接触球面主镜。
被球面主镜反射的光线折回镜筒开口中部的第二反射镜，然后再次被第二反射镜反射，光线通过镜筒内部中间的管子聚集在目镜形成图象。
三.系统结构(1)实验一、牛顿望远镜图一.牛顿望远镜原理图利用ZMAX设计牛顿望远镜：设计一个1000mm F/5的望远镜(及需要一个曲率半径为2000mm的镜面，和一个200mm 的孔径)。
移动光标到第一面，即光阑面的曲率半径列，输入-2000.0，负号表示为凹面。
现在在同一个面上输入厚度值-1000，这个负号表示通过镜面折射后，光线将往“后方”传递。
光学系统设计zemax初级教程
光学系统设计（Zemax初学手册）内容纲目:前言习作一：单镜片(Singlet)习作二：双镜片习作三：牛顿望远镜习作四：Schmidt-Cassegrain和aspheric corrector习作五：multi-configuration laser beam expander习作六：fold mirrors和coordinate breaks习作七：使用Extra Date Editor, Optimization with Binary Surfaces前言整个中华卫星二号「红色精灵」科学酬载计划，其量测仪器基本上是个光学仪器。
所以光学系统的分析乃至于设计与测试是整个酬载发展重要一环。
这份初学手册提供初学者使用软件作光学系统设计练习，整个需要Zemax光学系统设计软件。
它基本上是Zemax使用手册中tutorial的中文翻译，由蔡长青同学完成，并在Zemax E. E. 7.0上测试过。
由于蔡长青同学不在参与「红色精灵」计划，所以改由黄晓龙同学接手进行校稿与独立检验，整个内容已在Zemax E. E. 8.0版上测试过。
我们希望藉此初学手册（共有七个习作）与后续更多的习作与文件，使团队成员对光学系统设计有进一步的掌握。
（陈志隆注）(回内容纲目)习作一：单镜片(Singlet)你将学到：启用Zemax，如何键入wavelength，lens data，产生ray fan，OPD，spot diagrams，定义thickness solve以及variables，执行简单光学设计最佳化。
设想你要设计一个F/4单镜片在光轴上使用，其focal length 为100mm，在可见光谱下，用BK7镜片来作。
首先叫出ZEMAX的lens data editor(LDE)，什么是LDE呢？它是你要的工作场所，譬如你决定要用何种镜片，几个镜片，镜片的radius，thickness，大小，位置……等。
然后选取你要的光，在主选单system下，圈出wavelengths，依喜好键入你要的波长，同时可选用不同的波长等。
光学系统设计范文
光学系统设计范文光学系统设计是一门研究光学现象和原理的学科，主要应用于光学仪器和设备的设计、制造和优化。
在现代科技发展中，光学系统设计在通信、医疗、工业和科学研究等领域起着重要作用。
本文将介绍光学系统设计的基本原理、步骤以及一些常见的应用实例。
光学系统设计的基本原理包括光的传播、折射、反射、吸收等光学现象。
光线经过透镜、反射镜、光纤等光学元件的组合和配置，可以实现光束的聚焦、分束、调制、衍射等功能。
设计者通常会利用光学设计软件来模拟和优化光学系统的性能，以满足特定的应用需求。
需求分析是光学系统设计的起点，设计者需要明确系统的功能需求和性能指标。
例如，光学系统的工作波长范围、分辨率需求、光强要求等。
光路设计是根据需求分析，确定光学系统的结构和布局。
设计者需要选择适当的光学元件并进行系统的布置。
常用的光学元件包括透镜、反射镜、光纤等，不同的光路设计可以实现不同的光学功能。
光学元件选型是在光路设计的基础上，根据实际需求选择适合的光学元件。
通过光学元件的参数比较和性能评估，设计者可以选择最佳的光学元件，以满足系统的需求。
系统优化是指对光学系统进行性能优化，以提高系统的成像质量、光强等。
优化的方法可以采用参数调整、光学元件更换等手段，通过模拟和实验验证来提高系统的性能指标。
在通信领域，光学系统设计用于光纤通信和光网络的构建。
光学系统设计师需要设计和优化光纤传输链路、光放大器、光开关等光学元件，以实现高速、高容量的光纤通信。
在医疗领域，光学系统设计用于医疗影像设备的设计和制造。
例如，X射线、CT、MRI等医疗影像设备都需要光学系统来接收、聚焦和检测光信号，以获取生物组织的影像信息。
在工业领域，光学系统设计用于光学仪器的制造。
例如，显微镜、激光切割机、光学传感器等都需要精密的光学系统来实现高分辨率、高精度的成像和测量。
在科学研究领域，光学系统设计用于实验仪器和装置的设计。
例如，激光器、光谱仪、显微镜等科研仪器都需要光学系统来实现特定的实验操作和测量。
光学设计实验一单透镜系统设计
实验一：单透镜系统一.实验目的熟悉 ZEMAX软件，学习单透镜的设计方法及原理过程，及透镜的优化方法；二.单透镜结构性能要求1）相对孔径为1/4（F/#为4），焦距为100mm；2）视场角为0︒；3）厚度为3mm；4）相对波长为可见光波长；5）玻璃材料为BK7 ；三.实验步骤1.打开ZEMAX软件，在 LDE 中显示的有三个面：物平面以 OBJ 表示,光阑面以STO 表示,像平面以 IMA 表示；2.对于我们的单透镜来说，我们共需要四个面：物平面（OBJ），前镜面（同时也是光阑面）（STO），后镜面（2），和像平面（IMA）；3.系统参数设置：相对孔径：F/#是相对孔径的倒数，即为4（system一general）；视场角为0︒（system一field）；相对波长为可见光波长（system一wavelength）；4.结构参数设置：曲率半径为100mm；材料为 BK7；厚度为3mm；如下图所示：单透镜系统如下图所示：如下图所示点列图：四．透镜优化过程1.将曲率半径设为变量，权重为1，厚度设为Marginal Ray Heigh，在评价函数在“TYPE”列下，输入“EFFL”然后Tools一最佳化Optimization。
如下图所示：2.单击菜单栏Tools一最佳化Optimization，如下图所示：五．优化后的光学系统分析1.观察光线特性曲线图。
从光线特性曲线窗口菜单，单击“更新（Update）”（窗口任何地方双击也可更新），其光线特性曲线图。
现在，离焦已消失，主要的像差是球差，单透镜校正不了色差，如下图所示：2.对于点列图，优化后的系统弥散斑越来越小，如图所示：3.对于wavefront Map图，像差从42.2减小到3.5，如下图所示：4.对于多色光焦点漂移图，纵坐标表示波长范围，覆盖了所定义的波长段，焦距的最大变化范围约为1522微米。
对于单透镜镜片来说，其曲线的单调变化类型是很典型的，如下图所示：。
北交大工程光学设计第一次大作业路基设计
研究报告小组成员：执笔人:研究报告1.假定测量系统使用单透镜，给定其焦距为500mm，口径为25mm，请利用Zemax软件设计并模拟出成像光路结构，并给出三个CCD探测器的大概位置所在。
答：（1）利用Zemax进行建模，模拟出成像光路图。
（在确定视场时，由于Zemax 的默认方向中x轴正方向纸面朝里，不便于观察,因此将三个测量桩放置在y轴上，确定视场时选择“物高”一项，y轴的值分别输入0，6000，-6000，权重均为1。
）Ⅰ.Zemax程序中的参数如下：Ⅱ.成像光路图如下：扩大后的细节图如下：所用单透镜的焦距为500mm，孔径为25mm，第一个面的曲率半径为-838.89mm，第二个面的曲率半径为-194.01mm，透镜厚度为10mm；实验中光的波长为550nm。
（2）观察成像光路图可得，三个测量桩在像平面上成像点的坐标为：（0,0,493.90）；（0，191.85，493.90）；（0，-191.85,493.90）因此三个CCD探测器的大概位置坐标为：（现实中以测量桩分布方向为x轴）（0,0,493.90）；（191.85,0,493.90）；（-191.85,0,493.90）,因此若不计透镜厚度，三个CCD探测器位于透镜后493.90mm处，相邻两透镜之间的距离为191.85mm。
2.若路基沉降1mm，在CCD上将探测到多少位移？答：（1）先分析测量表面沉降的原理:点光源设置在测量桩上，测量桩埋设在路基表面处，当路基沉降时，测量桩随之沉降，安装在测量桩上的点光源也会发生相应的位移；透镜与CCD探测器一起组成测量装置，设置在无沉降或沉降量非常小的地点，当被测路基沉降量为h 时，点光源产生相同的位移值h，相应的，点光源在探测器上的像点也产生了一定的位移值h’，如图所示:由三角形相似原理有：''d d h h =； h dd ''h = 其中d 为点光源与成像透镜中心的水平距离，d ’表示成像面与透镜中心的水 平距离。
光机系统设计
目录分析
本书将对《光机系统设计》这本书的目录进行详细分析，以帮助读者更好地了解这本书的内容和 结构。
《光机系统设计》这本书是由某知名社于2022年的一部光学工程著作，作者是业界知名的光学专 家李教授。本书主要介绍了光机系统设计的基本概念、原理和方法，以及相关的应用案例。
通过分析目录，我们可以看出这本书的主题和内容特点如下：
在第四章中，该书总结了前文所述内容，强调了光机系统设计在现代社会中的应用和重要性。随 着科技的不断进步，光学系统在诸多领域都扮演着至关重要的角色。光机系统设计理论的不断发 展，使得我们能够更好地解决光学系统中的问题，提高系统的性能和稳定性。未来，随着光学工 程领域的不断拓展和创新，光机系统设计将会有更多的应用场景和挑战，同时也将为人类社会的 发展带来更多的机遇和贡献。
对于这个摘录，我们可以进一步分析和理解。随着移动设备的普及和数据量的爆炸式增长，传统 的无线通信技术已经难以满足人们的需求。在这种情况下，光机系统的出现为解决这些问题提供 了新的可能。光机系统在无线通信场景中的应用需要结合具体的设备和技术进行深入研究。例如， 在手机上应用光机系统需要考虑设备的尺寸、功耗、稳定性等因素。虽然光机系统具有广泛的应 用前景，但目前相关技术仍处于不断发展和完善阶段，需要进一步克服诸多技术难题。
主题的表达方面，这本书表现得非常出色。它不仅涵盖了光学和机械系统设计的经典理论，还引 入了一些前沿的技术和趋势。同时，书中还涉及了一些工程实践的案例，让读者可以更好地了解 实际应用中需要考虑的因素和方法。这本书还深入探讨了光机系统设计中一些关键问题的解决方 案，比如像差校正、系统优化、稳定性分析等等。
光机系统设计
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
光机结构设计1-一纸开卷
成像光学系统主要设计内容⏹ 光学元件的面型参数：材料，曲率，口径，非球面系数…⏹ 光学元件的位置参数安装位置，角度⏹ 光阑的位置和孔径近轴光学公式只适于近轴区域，有什么用？第一，作为衡量实际光学系统成像质量的标准。
用近轴光学公式计算的像，称为实际光学系统的理想像。
第二，用它近以地表示实际光学系统所成像的位置和大小。
光学零件（按形状分）透镜棱镜：光学零件（按形状分）平面镜：光学材料光学玻璃：光学晶体：光学塑料：光学玻璃:①是光学设计最常用的光学材料；②为满足光学设计对多种光学常数、高度均匀性、高度透明性及化学稳定性的要求，应具有复杂的组成和严格的熔炼过程。
各表面作用：①工作表面：有效表面，它用于光的透射、反射、改变光束方向或会聚光线等方面。
②辅助表面：用于连接、光学零件图例1支撑和固定的，又称装夹或安装表面。
③自由表面：用于零件的夹紧或在完成零件基本加工后，为限制零件的形状和尺寸，去掉多余材料得到的表面。
在光学零件图中要反映以下内容：①反映出零件的几何形状、结构参数和公差；②反映出对光学材料的质量要求；③反映出对光学零件加工精度和表面质量的要求。
零件表面与样板表面之间存在的偏差，用两表面间空气隙所产生的干涉条纹数N和ΔN表示。
N表示整个表面的面形偏差；ΔN表示零件表面的局部偏差。
周边加压法：最适用于光圈N＞1的情况。
高光圈，样板周边加压后，干涉条纹从中心向边缘移动。
低光圈，样板周边加压后，干涉条纹从边缘向中心移动。
光学镜片冷加工流程：硝材准备：在开始加工前，需要为光学零件预备加工所用的材料（毛坯或硝材）切削/铣磨：将毛坯料在切削机上进行切削加工，目的是将2个曲面切出与目标球面R值较为接近、中心厚度预留，表面不允许有坑洞等不良为后道的粗磨、抛光做准备；（此工序需注意玻璃硬度与切削砂轮粒度之配合关系）精磨：精磨处于研磨的中间工序，相当于机械加工中的半精加工，此工序的主要目的是消除前到切削时留下的表面坑洞，达到表面粗糙度要求和面型误差、中心厚度控制等；此工序需要选择金刚石颗粒的粒度与玻璃材料磨耗度的搭配关系主轴转速与摆臂的运动幅度等；抛光：研磨抛光是获得镜片表面品质的主要工序，目的是去除上工序粗磨残留的瑕疵并达到表面形状精度、中心厚度尺寸均符合规格要求；此工序需要注意研磨粉洁净度、研磨液调配比例浓度、液体温度、抛光皮选择、转速与摆臂幅度等；芯取/定心磨边：利用金刚石砂轮磨外圆，主要目的是，将组成球面镜片的2个球面对应的圆心连线（光轴）与机械夹具轴（几何轴）重合，同时并确保镜片外观无刮伤，外径尺寸、倒角、深度要求（凹透镜时）均符合规格要求；此工序和切削一样，需要考虑金刚石砂轮粒度与玻璃磨耗度之间搭配关系选择；镜片镀膜工程：镜片粘合工程：镜片涂墨工程：镜头组装工程：模具超精密加工透镜注塑成型光机材料结构设计建模制图加工装配铝⏹最常用的光机材⏹ 质量轻，强度高，价格低，加工性好⏹ 纯铝很少被应用于结构件，一般需要用各种铝合金来实现不同的材料特性⏹ 铝合金通过需要通过热处理来提高强度和消除应力铍⏹重量轻，高刚度，高热导性，外形稳定性特别好------ 低温、航天应用⏹ 耐腐蚀性良好⏹ 材料较脆，加工性能不好⏹ 价格昂贵⏹ 采用热等静压技术可以得到最好的均匀性-光学材料铜，铟钢，镁，碳化硅粘合剂光机仪器中主要两类粘合剂：⏹ 光学胶：光学折射表面粘合，如透镜胶合，棱镜胶合，透镜棱镜胶合⏹ 结构胶：固定机械零件或者光学零件固定到机械零件上光学胶⏹ 失液胶⏹ 热塑胶（固化可逆）⏹ 热固胶（Norland NOA62, Summers C-59)⏹ 紫外光固胶( Norland NOA 61) 结构粘合剂光学仪器设计和生产中经常用粘合剂代替螺钉和压板等紧固件。
光纤通信与系统设计(第一次作业)
第一次作业（第二章）1、光波从空气中以θ1=60°的角度入射到一平板玻璃上，此时一部分光束被反射，另一部分被折射。
如果反射光束与折射光束之间的夹角正好为90°，该玻璃板的折射率等于多少？又当光波从玻璃板入射到空气中时，该玻璃板的全反射临界角是多少？答:（1）折射角β=30°，折射率n=sin60°/sin30°=√3（2）sin90°/sinα=√3=>α=arcsin(√3/3)2、一阶跃光纤，其纤芯折射率n1=1.52，包层折射率n2=1.49。
求：（1）光纤放置在空气中，光从空气中入射到光纤输入端面的最大接收角是多少？（2）光纤浸在水中（n0=1.33），光从水中入射到光纤输入端面的最大接收角是多少？答：(1) n0sinα=n1sinβn1sin(90°-β)=n2sin90,求得sinα=√1.52*1.52-1.49*1.49=0.3,求得α=17.5°（2）公式同上n0sinα=n1sinβn1sin(90°-β)=n2sin90，其中n0=1.33，求得α=13.06°3、某阶跃光纤的纤芯折射率为1.5，相对折射率差为Δ=0.003，纤芯的直径为7μm，问：（1）该光纤的LP11 高阶模的截止波长λct 是多少？（2）当纤芯内光波长λ1=0.57μm和0.87μm时，能否实现单模传输？答：(1)NA=(n12-n22)1/2可得归一化频率V=(2π/λ)·α·n1·(2⊿)1/2<2.405,可得第一高次模的截止波长为：λct=(2π/2.405) ·α·n1·(2⊿)1/2=1.06μm(2) λ1=0.57μm和0.87μm时均<λct,所以不能实现单模传输4、已知LD 发出的激光，其中心波长为λ=1.31μm，谱线宽度Δλ=0.002μm，将其入射到单模光纤内，问该单模光纤每千米产生的模内色散带宽是多少？答：⊿τ=D·⊿λ·L=3.5·2·1=7ps/kmF3db=0.44/(7·10-12)=63GHz。
2013光电系统课程设计题目
2013年光电系统课程设计题目第一阶段题目一、光栅参数测量议设计一个测量衍射光栅衍射效率的光电测量装置，具体要求如下：1、采用51系列单片机2、测量光栅的衍射效率，计算公式为：2P1/P0(注：P1为一级衍射光强，P0为零级衍射光强)3、采用LED数码显示，显示小数点后两位4、带有测量数据保持功能键5、采用交流电供电二、 8位光电编码器设计绝对式光电编码器是精密光机电一体化系统中常用的光电角度传感器之一，设计一个以单片机为核心的8位光电编码器角度测量装置，具体要求如下：1、选用51系列单片机2、设计编码器电路3、具有角度实时显示功能，显示单位为度，保留一位小数；4、发现故障可声光报警5、采用交流电供电三、 基于单片机的彩色光源控制器通过三基色（红、绿、蓝）可以合成不同颜色的光，设计一个以单片机为核心的彩色LED光源，具体要求如下：1、选用51系列单片机2、R/G/B三色强度可分别通过按键调节3、可显示R/G/B强度大小4、要求画出三色光合成的光学系统结构示意图5、采用交流电供电四、 基于单片机的太阳能驱动花园喷灌器设计一个基于太阳能驱动的花园喷灌控制装置，该装置以单片机为核心，水源为自来水。
具体要求如下：1、采用51系列单片机2、装置的驱动电源来自于太阳能电池板3、该装置只在白天浇水4、该装置下雨天不浇水5、浇水次数和时长可由按键调节6、设置参数可在显示器上显示7、要考虑系统功耗问题第二阶段题目一、 光电心率测量仪利用光电方法测量人体心率，并通过显示器显示出来，具体要求如下：1、采用51系列单片机2、制作光电测量头3、通过A/D采样方式测定人体心率（不能整形成方波计数）4、用LED数码管显示心率5、具有相关的控制键和声音提示功能6、外接直流供电，+5V单电源工作二、智能电机转速控制器设计基于单片机的小型直流电机转速控制装置，主要指标如下：1、采用51系列单片机2、电机转速可以通过键盘设定3、电机转速实时显示4、转速控制精度为2%5、外接直流供电，+5V单电源工作三、光电智能小车以单片机为核心，设计光电智能小车，小车沿弯曲跑道来回运行，到达终点时能方向行驶，具体要求如下：1、选用51系列单片机2、小车沿跑道行驶，引导线白底黑线，线宽4CM，终点标志为10×25CM黑色矩形。
2光学部分大作业(1)
光栅尺，也称为光栅尺位移传感器（光栅尺传感器），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。
光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。
其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。
其结构如图1所示，由光源、透镜、标尺光栅、指示光栅、光电器件及测量电路组成。
工作时标尺光栅平面和指示光栅平面平行，其光栅刻线有一较小的夹角θ，如图2所示。
当有光源照射时，由于挡光效应（对刻线密度≤50条/mm的光栅）或光的衍射作用（对刻线密度≥100条/mm的光栅），与光栅刻线大致垂直的方向上形成明暗相间的条纹。
在两光栅的刻线重合处，光从缝隙透过，形成亮带；在两光栅刻线的错开的地方，形成暗带；这些明暗相间的条纹称为莫尔条纹。
莫尔条纹有什么特点？若光栅的光栅常数为P，试求形成的莫尔条文的间距W是多少？当指示光栅不动，主光栅的刻线与指示光栅刻线之间始终保持夹角θ=0.1度，而使主光栅沿刻线的垂直方向作相对移动一个栅距P=0.02mm时，莫尔条纹将如何变化？
图1 光栅尺传感器的结构示意图。
1光源，2透镜，3标尺光栅，4指示光栅，5光电器件及探测电路
图2 标尺光栅和指示光栅的相对位置及形成的莫尔条文示意图。
光电检测技术及系统大作业光电计件装置
光电检测技术及系统大作业
光电计件装置
指导老师：项 震 小组成员：胡沛然，甘凌青
L/O/G/O
产品实际应用情景
总体功能概述
• 该光电计件装置可以实现：0~99范围计数 • 当达到计数溢出值时，计数器能自动清零并报警 • 附加：手动清零功能（即可以在计数期间随时清零）
用户可以根据其实际生产线的产品运输速率和产品间距来 模拟计数器的实际工作状态，并可以提前为计数器设置一些 参数。比如计件溢出值等。 其实际运行状态。 见视频
成品展示
心得体会
• 搭建装置
– 灵活的头脑 – 严谨的思维 – 创新精神
• 电路调试
– 自主查资料，了解计数译码芯片功能和光电开 关实现方法等。 – 焊接和调试过程中遇到了的实际问题的解决。
产品特点
1、小型化
– 可以安装在生产线旁，随时随地进行计件功能。 – 220V转USB供电，易于移植
见视频
2、扩展性强
– 通过进一步使用更加复杂的数字电路，我们可 以扩大计数范围，使之更符合实际生产的需求。
产品特色
• 通过单片机设计了自校验功能：
我们通过单片机设计了一个脉冲信号发生器，该发生器 可以产生1——10KHz的方波，配置单片机内部基准电压 2.4v。脉冲的幅值、频率、占空比均可调。
功能模块1——光电开关
有激光发出 三极管输出 高电平 工件遮光 脉冲输出
无激光发出
三极管输出 低电平
功能模块2——计数器
IC1—HQS1312 为2位十进制计数器和译码器 （5和6：十位控制 7：清零端 8：蜂鸣器 9：脉冲输入） AN1—轻触按键开关 1位共阳极数码管（七段）
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初始系统的像差数值如下
5.系统优化
利用ZEMAX的自动优化功能做像差优化设计，自变量选择所有的半径和出瞳距。评价函数采用Default Merit Function中默认的操作数，加入的操作数有EFFL,将目标值Targets设为30.4，权重设为100。轴向放大率PMAG，目标值为-0.25，权重为10。由于要保证物镜的共轭距离190，因此加入控制系统长度的操作数TOTR，代表系统第一表面到像面距离，由于物距已固定为152mm，因此将TOTR的目标值设为190-152=38mm，权重为10。此外，要控制物镜的色差，加入操作数AXCL，值为0，权重10。优化后系统结构图和点列图如下
对单个薄透镜组有
SI=hP =0
SIБайду номын сангаас=hzP-JW=0
SIC=h2C=0
解得P=W=C=0
(2) P，W，C归化成 ， ，
由于物平面在有限远距离，对物距进行归化
其中
可得 ，
(3)求P0，查表选玻璃，在反向光路的情形，一般取冕牌玻璃在前
选取玻璃组合BaK7-ZF3
BaK7：n1=1.568，ν1=56
ZF3：n2=1.7172，ν2=29.5
P0=-0.11，Q0=-4.3
(4)求半径
解得r1=0.769，r2=-0.413，r3=-1.151
f’=30.4缩放得r1=23.38，r2=-12，56，r3=-34.99
根据求得的半径和通光口径的要求确定厚度d1=4，d2=1.5
4.初始结构分析与像质评价
3.初始结构设计
1.求焦距，物距和像距。
按反向光路设计，光学特性要求为：
l=-152，l’=38，β=1/(-4)=0.25，sinU=0.12/(-4)=-0.03
2.原始系统结构参数的初级像差求解
（1）根据像差要求，求出P,W,C
独立校正像差。球差，正弦差，轴向色差均为零SI=SII=SIC=0
Harbin Institute of Technology
实验报告
课程名称：光机系统设计
实验名称：显微物镜的设计
院系：自动化测试与控制系
班级：
*****
学号：
哈尔滨工业大学
1.
设计要求
设计一个消色差显微物镜，光学特性要求如下：β=-4*，NA=0.12，共轭距L=190mm。
2.需求分析
由光学系统要求放大倍数为4，可知需要设计的是一个低倍消色差显微物镜。低倍消色差显微物镜一般采用单个双胶合透镜组，它的设计方法和双胶合望远物镜类似，只是物平面不位于无限远而位于有限距离。
6.像质评价与公差分析
优化后的像差数值如下：
通过优化前后像差数值的比较可以看出，进行系统优化后，系统的球差，彗差和垂轴色差均有大幅度改善，且优化后的系统满足设计要求。
7.小结