上海电力学院工程光学设计

上海电力学院

《应用光学课程设计》课程设计报告

课题名称应用光学课程设计

课题代码132601904

院（系）计算机与信息工程学院

专业光电信息

班级2010261

学生陈瑾妮

指导教师崔昊杨

时间2012年6月25日~2012年6月29日

2011 /2012学年第 2学期

一、课程设计目的：

本课程的授课对象是光电信息专业本科生，是光学类专业的一门重要的独立实践课，是理论与实践相结合的重要环节。本课程有助于培养学生的理论课程理解、光路系统设计与实践能力，为以后从事各种光学设计工作打下坚实的基础。

通过本课程的学习，学会使用ZEMAX 软件，了解并掌握使用该软件绘制光路原理图和光路优化的方法。同时学会使用该软件设计、绘制以及添加各种元器件的基本技巧、基本方法和步骤。

二、课程设计要求：

设计要求：焦距180f mm '=，视场角28ω= ，物镜相对孔径/16D f '=

像差要求0.005, 0.0, 0.001m

m FC L m m SC L m m δ'''=-=∆=； 三、设计内容与过程

已知：焦距180f mm '=，视场角28ω= ，物镜相对孔径/16D f '=

像差要求0.005, 0.0, 0.001m

m FC L m m SC L m m δ'''=-=∆= 所以，D=f ’*D/f ’=180mm*1/6=30mm h=D/2=15mm ，u 1=h/f ’=15/180=1/12=0.083 y ’=f ’tan ω=180*tan4。=12.58 Γ=n’u’y’=1*0.083*12.58=1.04 由初级像差系数公式，

22'''S n u L hp

δI =-=∑ ，

2'''s z S n u K h p J W ∏⎡⎤=-=-⎣⎦∑∑， 可以得出

22'''S n u L hp

δI =-=∑=-2*（0.083）2*（-0.005）=6.88*10-5

2'''s z S n u K h p J W ∏⎡⎤=-=-⎣⎦∑∑=-2*(0.083)*0=0

=-（0.083）2*0.001=6.88*10-6

又因为

'''C FC z

S n u y h hC

II =-∆=

∑'''C FC z S n u y h hC II =-∆=∑

S I=P/n=15*P=6.88*10-5；S II=-JW=0；S IC=h2C I=(15)2C I=6.88*10-6所以，P=4.58*10-6；W=0；C I=3.05*10-8

P∞=P/(hφ)3=4.58*10-6/(15/180)3=8*10-5

W∞=W/(hφ)2=0

C I=C I*f ’=180*3.05*10-8=5.5*10-6

所以，P0= P∞-0.85*( W∞+0.1)2=8*10-5-0.85*0.01=-0.00842

r1=111.3mm r2=-79.3mm r3=-232.8mm

四、结果分析1）输入初始数据

2）设定波长

3）设定孔径

4）设定半视场角

5）优化前各个曲线a)光路设计图

b)光线特性曲线

c)分析球差和轴向色差图

d)分析慧差图

e)分析像散、场曲、畸变图

f)反映光学系统对物体不同频率成分的传递函数图

6）设置变量

7）优化函数输入目标值

8）进行优化

9）优化后数据a)光路设计图

b)光线特性曲线

c)分析球差和轴向色差图

d)分析慧差图

e)分析像散、场曲、畸变图

f)反映光学系统对物体不同频率成分的传递函数图

五、小结

通过本次工程光学设计我初步学会使用了ZEMAX这个软件。设计开始阶段由于电脑设备尚未装上设计软件，故在第一节软件认知课程上对此款软件一知半解，如何使用，如何操作，每一项数据优化代表什么含义，我都不清楚。只能靠着有限的使用手册来进行摸索。

随着设计的深入，以及大量的借鉴网络上有关ZEMAX软件的视频，论坛等信息，对于此款软件的功能有了进一步地认识，也开始尝试对本次大型作业的设计工作。而对于我来说最难的不是软件操作的问题，而是理论数据值得计算，由于在学期课程中并未涉及到这一块的设计，对于归一化的数据参值来源并不十分清楚，初级相差理论的设计思想也只是蜻蜓点水般知其然，却不知其所以然。在计算过程中出现了多组数据，有的数据结果完全和理论相悖。所幸崔老师的一纸数据稿，令我豁然开朗，茅塞顿开。解决了数据计算中百思不得其解的求解来源，为我深刻理解像差特性参数P,W,C的归一化提供了莫大的帮助，虽然此刻我还是不明白其中的推导过程的意义，但在运用上已是初步掌握了。

最后的软件运行优化中，我依然遇上了不小的阻力，特别是在优化过程中。同一组数据输入，可以运行出几种不同的结果，这令我十分疑惑不解。经过崔老师的指导，我终于知道问题所在关键在于变量的设置和初始参数输入的大小。ZEMAX中各种优化控制变量都是从基本的光学理论来定义的，对于我重温光学理论基础有着莫大的帮助。

最后，我想说，虽然在设计过程中遇到了诸多问题，一路走来算是磕磕绊绊，但也在老师的帮助下完成了此设计。同时此次的课程设计也是我加深了对7大像差产生的理解和矫正的方式。理论联系实际，使我对于工程光学的学习又上了一个台阶。