光学设计及CAD课程设计

光学设计及CAD课程设计

题目：双胶合望远物镜设计

专业：电子科学与技术

指导教师：张欣婷李玉瑶

班级学号：1012223

姓名：胡梦婷

光学设计及CAD 课程设计

一.题目：双胶合望远物镜设计

二.设计要求

2.焦距：f ’=90mm ；

3.相对孔径：D/f ’=1/3.5；

4.视场角：2ω=7°；

5.双胶合玻璃材料：BAK7+F2

（n BAK7=1.56880，νBAK7=56.0；n F2=1.61280，νF2=36.9）

三.设计过程

（一）物镜光学特性计算

1.由于焦距f ’=90mm ，相对孔径D/f ’=1/3.5，计算可得入瞳直径D=25mm ；

2.光焦度011.090

1'1===f φ； 3.视场角2ω=7°，因此ω=3.5°。

（二）初始结构参数计算

根据初级像差理论，采用求解法获得初始结构参数。 对于双胶合物镜消色差条件为：

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧--=-=⇒⎪⎩⎪⎨⎧=+=+ϕνννϕϕνννϕϕϕϕνϕνϕ212221112122110 将011.090

1==φ，0.561=ν，9.362=ν带入上式： ⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧-=⨯=--==⨯=-=02146.09019.36-0.569.36-03257.09019.36-0.560.5621222111ϕνννϕϕνννϕ 即可得到双胶合正、负透镜的焦距分别为：

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧-====mm f mm f 59.461'70.301'2211ϕϕ 由于初级色差和透镜形状无关，为方便起见，选双凸（r 2=-r 1）透镜为正透镜，利用薄透镜的光焦度公式：

()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=21

111r r n ϕ 将03257.01=φ，n 1=1.56880，及r 2=-r 1带入上式，得到正透镜的曲率半径：

()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⇒⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=11

2111111-51637.103257.0111r r r r n ϕ 计算得r 1=31.70mm ，r 2=-31.70mm 。

将02146.0-2=φ，n 2=1.61280，带入上式，得到负透镜的曲率半径： ()()⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=⇒⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=323222111-64767.102146.0-111r r r r n ϕ 计算得r 2=-31.70，r 3=629.56mm 。

由于玻璃厚度对像差影响不大，根据经验取d 1=10mm ，d 2=4mm 。

（三）初始结构

将以上初试结构带入光学设计软件ZEMAX中，其透镜数据如下图所示：

下图为初始结构相应的输出图：

初始结构的纵向像差如下图所示：

（四）像差的校正与平衡

望远物镜是望远系统的一个组成部分，其光学特性的特点是：相对孔径和视场都不大。因此，望远物镜设计中，校正的像差较少，一般不校正与视场有关的像散，场曲，畸变和倍率色差，只需校正球差，和位置色差。

1.建立评价函数

打开Editors下拉菜单中的Merit Function，创建优化函数。本设计需要控制焦距、全孔径球差和0.707孔径位置色差，评价函数如下图所示。

2.变量的选择

由于玻璃厚度对像差的影响很小，因此选择1r、2r、3r三个曲率半径作为变量。具体方法是按Ctrl+Z设定变量，如下图所示。

3.优化

打开优化Opt（Optimization）对话框进行像差与优化，单击“Automatic”，系统执行自动优化。

四.设计结果

优化后得到透镜数据如下图所示：

下图为设计结果相应的输出图：设计结果的纵向像差如下图所示：

五.设计心得体会

有关于zamax的心得体会，总的来说，受益匪浅。

在这些天中，我们学到了很多东西，包括导入数据，查询，插入。最重要的是我们有机会用电脑自己进行实践，没接触的时候总是觉得它比较深奥或是不可接近的新型软件，尽管自己对光学系统非常感兴趣，但还是有些心理上的陌生感。

学习zamax就和我们平时的其它科目学习一样感觉它有永无止境的知识，zamax我偶尔上网看到过，到了大学渐渐了解了些，但就其原理性的内容还不知道，也就是根本就不清楚什么是光学设计，只是知道一个所谓的中国字典里的名词。我认识它是从我们上课才开始了解的，光学系统设计就是了解物理光学现象产生的条件；观察实验现象，将书本知识形象化，具体化，启迪思维，激发创造力的过程；在不考虑衍射效应的情况下，通过测量光学参数，掌握基本光学实验技术和技巧，根据使用条件，来决定满足使用要求的各种数据，决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等参数。光学设计过程分为四个阶段：外形尺寸计算、初始结构计算、象差校正和平衡以及像质评价。了解光学系统的光学特性、光学系统的设计过程。初级像差理论与像差的校正和平衡方法，像质评价与像差公差，光学系统结构参数的求解方法。望远物镜设计的特点、双胶合物镜结构参数的求解和光学特性。目镜设计的特点、常用目镜的型式和像差分析。

没有像以前的实验那么简单，我们的光学实验需要自己动手分析。而我觉的这成为我一个逐渐进步的一个机遇，从原先的一窍不通，慢慢地变为成熟老练。我们由原先的粗手粗脚，慢慢地变为细心谨慎、小心翼翼，光学实验锻炼了我们的实验素质；光学中奇妙的现象，视野中的一些不可思议的现象，增加了我们的实验兴趣；光学实验前需要我们自己预习，了解掌握实验的原理，需要我们查阅资料，这开阔了我们的视野；实验过后我们要整理实验数据，分析现象结论，增强了我们的思维能力。

感谢学校开设这样一门优秀使用的课程，让我对数据库有了更深的了解。渐渐发现，学习就像是在一张白纸上画圈，当你越画越满时不如看看外面的世界。这时你会发现你的画满圈的白纸上空白处也相应增加。学无止境。结束了实习，我也发现了自己白纸上大片的空白，我会在今后的学习生活中渐渐补上。