1、燕山大學課程設計說明書題目：單雙望遠物鏡的設計學院（系）:電氣工程學院 年級專業：10級儀表3班學 號：1001030201學生姓名：指導教師：教師職稱：副教授電氣工程學院課程設計任務書課程名稱：光學儀器基礎課程設計基層教學單位：自動化儀表系指導教師： 王志斌學號學生姓名（專業）班 級10儀表3班設計題目單雙望遠物鏡的設計設 計 技 術 參 數焦距f=100mm，相對孔徑為1： 1.8, 2w 8°。設 計 要 求計算物鏡的各個參數；上機用軟件進行優化，確定最后的設計結構，滿足像 差要求。參 考 資 料1、 劉鈞，高明編著，光學設計，2006，西安電子科技大學出版社，西安2、光學儀器

2、設計手冊，1971，國防科技出版社，北京3、光學設計軟件ZEMAX應宀完 成 內 容計算設計處望遠物鏡的各個參數 上機進行優化設計，確定最后的設計結構指導教師簽字王志斌基層教學單位主任簽字謝平說明：1、此表一式三份，系、學生各一份，報送院教務科一份。2、學生那份任務書要求裝訂到課程設計報告前面。電氣工程學院教務科燕山大學課程設計評審意見表指導教師評語:正確完善完善認真較為合理合理較認真理論分析一般方法設計一般不認真較差較差工作態度成績:指導教師：2013年7月11日答辯小組評語:清晰設計結論正確基本正確不正確基本掌握原理了解不清楚成績：評閱人：2013年7月11日課程設計總成績:答辯小組成員簽

3、字:2013年7月11日摘要望遠鏡是一種利用凹透鏡和凸透鏡觀測遙遠物體的光學儀器。 利用通過透鏡 的光線折射或光線被凹鏡反射使之進入小孔并會聚成像， 再經過一個放大目鏡而 被看到。又稱 “千里鏡 ”。望遠鏡的第一個作用是放大遠處物體的張角，使人眼能 看清角距更小的細節。望遠鏡第二個作用是把物鏡收集到的比瞳孔直徑（最大 8 毫米）粗得多的光束，送入人眼，使觀測者能看到原來看不到的暗弱物體。隨著科學技術的發展光學儀器已普遍應用在社會的各個領域。我們知道，光 學儀器的核心部分是光學系統。 然而一個高質量的成像光學系統是要好的光學設 計來實現的，所以說，光學設計是實現各種光學儀器的基礎。光學設計要完成

4、的工作包括光學系統設計和光學結構設計。所謂光學設計就 是根據系統所提出的使用要求， 來決定滿足各種使用要求的數據， 即設計出光學 系統的性能參數、外形尺寸、各光組的結構等。大體可以分為兩個階段。第一階 段根據儀器總體的要求， 從儀器的總體出發， 擬定出光學系統原理圖， 并初步計 算系統的外形尺寸， 以及系統中各部分要求的光學特性等。 第二階段是根據初步 計算結果， 確定每個透鏡組的具體結構參數， 以保證滿足系統光學特性和成像要 求。這一階段的設計成為“相差設計” ，一般簡稱光學設計。評價一個光學系統的好壞， 一方面要看它的性能和成像質量， 另一方面要系 統的復雜度。 一個系統設計的好壞應該是在

5、滿足使用要求的情況下， 結構設計最 簡單的系統。目錄第一章 ZEMAX 軟件介紹第二章 縮放法的簡介第三章 初始結構的參數及曲線第四章 優化后的光學系統參數及曲線第五章 學習心得第六章 參考文獻第一章ZEMAX軟件介紹ZEMAX是美國Focus Software Inc.所發展出的光學設計軟件，可做光學組件設計與照明系統的照度分析，也可建立反射，折射，繞射等光學模 型，并結合優化，公差等分析功能，是套可以運算Seqe ntial及Non-Seqe ntial 的軟件。ZEMAX是一套綜合性的光學設計仿真軟件，它將實際光學系統的設計 概念、優化、分析、公差以及報表整合在一起。ZEMAX不只是透鏡

6、設計軟件而已，更是全功能的光學設計分析軟件，具有直觀、功能強大、靈活、 快速、容易使用等優點，與其它軟件不同的是ZEMAX的CAD轉文件程序都是雙向的，如 IGES、STEP SAT等格式都可轉入及轉出。而且ZEMAX可仿真Sequential 和Non-Sequential的成像系統和非成像系統。ZEMAX光學設計程序是一個完整的光學設計軟件，是將實際光學系統的設計概念，優化，分析，公差以及報表集成在一起的一套綜合性的光學設 計仿真軟件。包括光學設計需要的所有功能，可以在實踐中對所有光學系 統進行設計，優化，分析，并具有容差能力，所有這些強大的功能都直觀 的呈現于用戶界面中。ZEMAX功能強

7、大，速度快，靈活方便，是一個很好的綜合性程序。ZEMAX能夠模擬連續和非連續成像系統及非成像系統。ZEMAX能夠在光學系統設計中實現建模、分析和其他的輔助功能。ZEMAX的界面簡單易用，只需稍加練習，就能夠實現互動設計。ZEMAX中有很多功能能夠通過選擇對話框和下拉菜單來實現。同時，也提供快捷鍵 以便快速使用菜單命令。手冊中對使ZEMAX時的一些慣用方法進行了解釋，對設計過程和各種功能進行了描述。ZEMAXS前已經是被光電子領域熟知的光學設計的首選軟件。該軟件擁有兩大特點，就是可以實現序列和非序列分析。在全球范圍內，這款軟件 已經被廣大的應用在設計顯示系統，照明，成像的使用系統，激光系統以 及

8、漫射光的設計應用方面。第二章 縮放法的簡介所謂縮放，即根據對光學系統的要求，找出性能參數比較接近的已有結構， 將其各尺寸乘以縮放比 K,，得到所求的系統結構，并估計像差的大小或變化趨 勢。具體步驟如下：（1）根據所設計的外部參數，由手冊等資料選取比較接近的現有結構。外部參數指D、f ' 2w等。其中主要是f不能相差太大，相差太大即失去了原有 數據的參考價值。（2）根據焦距計算縮放比K:f設計焦距Kf現有焦距（3）將現有結構中的所有線量放大 K倍，角量和相對量不變。（4）估計使用條件下的相差和瞳孔位置的變化，所選的結構被放大后，所有線 量相差進而也隨之放大，原有結構的使用條件不可能與現在

9、的使用條件完全相同，但可以根據原來使用的孔徑和視場及相差曲線的趨勢，推算出新的使用條件 下的相差值等。（5）檢查和調整間隔（中心厚或邊緣厚），以滿足工藝要求，必要時更換玻璃材 料。（6）上機計算。首先檢查焦距是否為預想值，若相差太遠，可復查縮放過程或 原始值。再查其他值，或作像差矯正等。第三章初始結構的參數及曲線查閱光學設計手冊得到單雙物鏡的類似結構系統，參數如下:名稱光學性能結構參數r/mmd/mmnf 90.1468.55121.5163（ K9）單雙D-369.80.71:1.3 f49.217.81.5163（ K9）物鏡2w 8o-90.165.8J vvo65.311.6475（

10、ZF1）If 57.79縮放后結構系統，參數如下:名稱光學性能結構參數r/mmd/mmnf 10075.40513.21.5163（ K9）單雙D Q-406.780.771:1.8 f54.1219.581.5163（ K9）物鏡12w 8o-99.1766.382W871.8411.6475 （ZF1）l F 63.569選定視場角：w=4，0.707w=2.828原始數據如下優化前的Layouts （外形圖）特就弋品騙剛a遙hhL.m 二 it.COI JFICLlFIHTLCr 1 1. OF 1優化前的Ray Fan （光線曲線）TFWLEFWE RA f FRI r PL CTME

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15、，將其確定為初始值，即設定 有效焦距EFFL為100，權重為1。jam珈碩9EI tUTEE7Tejei1 UFLIFIL!UDNmUDMiraIOD.10DN0jjsiiieno：KIS ajii二 2Zsf=Elt 12二亡 fzzrtizn.: 31G =f：t ZBiiLs osztrcdd 益 S iirc= E =iz=旳希igg孟 tradirbOK3JEEs;lni cLckiui kuadi:? sanihi.SSJit£J3鍛sdz iii iiild 1.7網1Q 龍畫J.53T11D.3J0KD期EZ-DSESESDJ10N3.1(738!91IlMOMi.a

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