1、精選優質文檔-傾情為你奉上燕山大學光學系統設計課程設 計 說 明 書題目：基于Zemax的潛望鏡的設計學院(系)： 年級專業：電子科學與技術 學 號： 學生姓名： 指導教師： 1. 課程設計目的與意義目的：讓學生從書面理論知識，轉接到實踐解決具體的問題，理解潛望鏡的設計原理，以及對即將繼續深造考研的同學提前了解和熟悉光學設計的流程和相關應用軟件的使用。意義：紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行，真理是實踐出來的。課程設計教學是把理論和實踐相互結合，如此可讓學生真正理解所學學科之作用，激發學生向更深層次追求的動力，知行合一，教學才真正完整。2. 課程設計的內容簡介課程設計內容分為三個任務，第一個任務是

2、設計單透鏡并研究其球差特性，及優化雙膠合結構的球差和軸向色差。第二個任務是人眼的幾何光學仿真及遠視校正。第三個任務就是潛望鏡的設計。3. 課程設計步驟（1）熟悉和理解設計題目的要求。（2）熟悉如何使用ZEMAX軟件。（3）掌握各種操作數的使用，以及分析窗口的使用。（4）設計結構以及優化參數。3.1潛望鏡的設計設計要求：EFL=200mm，前透鏡到光闌的距離為90mm，光闌到后透鏡的距離也為90mm。透鏡材料為SF2，波長為0.55um。前后透鏡厚度均為15mm,視場角分別設 、。選擇近軸工作F數為10（既數值孔徑為20mm），物距800mm。圖1.1初始的LDE表圖其中，曲徑半徑關系為面4“p

3、ick up”面2值做-1值，面5“pick up”面1做+1值跟隨。厚度是STO面對面2做+1值跟隨。此時打開3D Layout如圖：圖1.2潛望鏡的初始結構圖然后設置MFE操作數，如圖所示：圖1.3MFE列表圖此時可以看到EFL=206.mm與要求的200mm有所差距，所以選擇空氣隙的厚度作為變量，該MFE中只有EFFL激活，其他操作數做監視器作用。然后執行優化OPT，此時EFL變成200mm。圖1.4MFE中EFFL操作數接著激活PMAG操作數（目標值為-1，權重為1），將物距設為變量（去掉原先的其他變量），進行優化，然后，利用PMAG操作數，移動物的位置，使物位于單位倍率處，以便使系統

4、表現出對稱特性。為此，在MFE中加入PMAG操作數。PMAG限定的是近軸主光線在近軸像面上的高度與物高之比，令就能達到上述“物置于單位倍率處，系統對稱”的效果?？傻?D Layout圖：圖1.5物位于單位倍率處時對稱系統的外形圖把物置于無窮遠，物的厚度設為Infinity。把前半部分的曲率和光闌空氣隙厚度設為變量，在MFE中插入TRAC操作數，同時關掉PMAG。此時的各視場的RMS值分別為10.4、685.1、1553.4微米。執行優化后，RMS值變為59.66、95.0、134.9微米，下面給出優化前后RMS值的點列圖以及優化前的光線扇曲線和場曲曲線。圖1.6.1優化前的RMS值圖1.6.2

5、優化后的RMS值圖1.7優化前的光線扇曲線和場曲曲線再看看變化后的結構圖，此時系統的外形圖是經典的潛望鏡結構了。圖1.8優化設計完成的經典潛望鏡結構圖以及光線扇曲線和場曲曲線的變化，從下圖可以看出T曲線偏向右邊逐漸趨近與垂直軸。圖1.9優化后的光線扇和場曲曲線在系統的IMA面前插入一個虛擬面，將其厚度作為變量。同時將潛望鏡前、后透鏡的厚度均由15mm變為5mm，其它設置不變，進行優化，最后進行平視場優化，再添加三個FCGT操作數。圖1.10添加三個FCGT操作數優化得到場曲曲線的變化，有T曲線與垂直軸重合：圖1.11添加FCGT操作優化后的場曲曲線最后讓我們看看此時的結構圖。圖1.12添加FC

6、GT操作數優化后的潛望鏡結構圖以及最終的LDE數據表圖圖1.13添加FCGT操作數優化后的LDE表圖至此，潛望鏡設計訓練就基本完成。3.2單透鏡設計及眼睛的校正（1）單透鏡設計要求設計正透鏡、負透鏡的球差關系，與雙膠合結構的優化軸向色差。單透鏡設計之正透鏡數據：圖2.1正透鏡LDE表圖2.2正透鏡結構圖圖2.3正透鏡的球差從上圖可以得出，正透鏡的球差為正的。單透鏡設計之負透鏡數據：圖2.4負透鏡LDE表圖2.5負透鏡結構圖圖2.6負透鏡的球差從這里得到負透鏡的球差為負的，如此為雙膠合結構中正負透鏡相互組合可以消除球差做出了理論支持。（2）下面做雙膠合結構，使用了一正一負兩個透鏡，利用其球差的不

7、同性質，遂可以完成光學系統的球差相互抵消功能。單透鏡設計之雙膠合結構數據：圖2.7雙膠合結構的LDE表圖2.8雙膠合結構圖圖2.9雙膠合結構像差數據表圖2.10雙膠合結構的軸向色差曲線人眼的幾何光學仿真及遠視校正：圖3.1人眼幾何光學仿真加遠視鏡LDE表圖3.2人眼幾何光學仿真結構圖 圖3.3多結構情形下系統的MTF曲線和Diffraction Images圖在原有的基礎之上加一個眼睛。圖3.4加上遠視鏡的人眼幾何光學方正結構圖圖3.5遠視鏡矯正后多結構情形下系統的MTF曲線和Diffraction Images圖4. 課程設計總結經過了兩周的光學課程設計，我對光學設計過程有了基本的了解，也基本掌握了簡單光學系統的設計，在課程設計過程中遇到了各種問題，通過網上尋找資料，同學之間的討論以