光电课程设计对称式物镜.docx
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光电课程设计对称式物镜
目录
第一章前言1
1.1、光学简介1
1.2、ZEMAX简介2
第二章数据设计3
第三章ZEMAX初步仿真相差图形4
3.1、LensDataEditor如图4
3.2、2Dlayout如图5
3.3、ShadedModel如图5
3.4、OPDFan如图6
3.5、SpotDiagram如图6
3.6、ThroughFocusSpotDiagram如图7
3.7、FullFieldSpotDiagram如图7
3.8、SolidModel如图8
第四章设计优化9
4.1、优化后的LensDataEditor如图9
4.2、优化后的2Dlayout如图9
4.3、优化后的Shadedmodel如图10
4.4、优化后的OPDFan如图10
4.5、优化后的SpotDiagram如图11
4.6、优化后的ThroughFocusSpotDiagram如图11
4.7、优化后的FullFieldSpotDiagram如图12
4.8、优化后的SolidModel如图12
4.9、优化后的数据13
第五章总结14
参考文献15
第一章前言
1.1、光学简介
光学(optics)是研究光(电磁波)的行为和性质,以及光和物质相互作用的物理学科。
传统的光学只研究可见光,现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。
我们通常把光学分成几何光学、物理光学、波动光学、量子光学和应用光学。
几何光学是从几个由实验得来的基本原理出发,来研究光的传播问题的学科。
物理光学是从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科,所以也称为波动光学。
波动光学的基础就是经典电动力学的麦克斯韦方程组。
波动光学不详论介电常数和磁导率与物质结构的关系,而侧重于解释光波的表现规律。
量子光学是以辐射的量子理论研究光的产生、传输、检测及光与物质相互作用的学科。
光学是由许多与物理学紧密联系的分支学科组成;由于它有广泛的应用,所以还有一系列应用背景较强的分支学科也属于光学范围。
1.2、ZEMAX简介
ZEMAX以非序列性(non-sequential)分析工具来结合序列性(sequential)描光程序的传统功能,且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软件包,并具有研究成像和非成像系统中的杂散光(straylight)和鬼影(ghosting)的能力,从简单的绘图(layout)一直到优化(optimization)和公差分析(toleranceanalysis)皆可达成。
大部分成像光学系统,如照相机镜头、望远镜和显微镜,可在序列性模式中完整定义。
对于这些系统,序列性描光具有许多优点:
非常快、非常弹性和非常普遍。
几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。
在成像系统中,序列性描光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。
序列性描光的缺点,包括无法追迹所有可能的光路径和许多无法以序列性方式来描述的光学系统或组件。
第二章数据设计
根据任务书要求,设计一个对称式物镜,设计的数据要求如下:
1.焦距为100mm;
2.波长为0.6328um;
3.光源为无穷远处;
4.像空间F/﹟=4;
5.前一块玻璃为BAK1,中间一块玻璃为F3。
因此可得到ZEMAX中的数据如下:
Radius
thickness
glass
OBJ
infinity
infinity
STO
infinity
20
2
111.17v
2
BK7
3
24v
4
F3
4
16.54v
1
5
22.86P
5.2
F3
6
-24P
2
BK7
7
-111.17P
16.54v
IMA
infinity
表1初步设计数据
第三章ZEMAX初步仿真相差图形
ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件,包括光学设计需要的所有功能,可以在实践中对所有光学系统进行设计,优化,分析,并具有容差能力,所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。
ZEMAX功能强大,速度快,灵活方便,是一个很好的综合性程序。
ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。
在ZEMAX软件中输入初步设计数据,经仿真后可以得出以下图形。
3.1、LensDataEditor如图
图3-1LensDataEditor
3.2、2Dlayout如图
图3-22Dlayout
3.3、ShadedModel如图
图3-3Shadedmodel
3.4、OPDFan如图
图3-4OPDFan
3.5、SpotDiagram如图
图3-5SpotDiagram
3.6、ThroughFocusSpotDiagram如图
图3-6ThroughFocusSpotDiagram
3.7、FullFieldSpotDiagram如图
图3-7FullFieldSpotDiagram
3.8、SolidModel如图
图3-8SolidModel
第四章设计优化
4.1、优化后的LensDataEditor如图
图4-1优化后的LensDataEditor
4.2、优化后的2Dlayout如图
图4-2优化后的2Dlayout
4.3、优化后的Shadedmodel如图
图4-3优化后的Shadedmodel
4.4、优化后的OPDFan如图
图4-4优化后的OPDFan
4.5、优化后的SpotDiagram如图
图4-5优化后的SpotDiagram
4.6、优化后的ThroughFocusSpotDiagram如图
图4-6优化后的ThroughFocusSpotDiagram
4.7、优化后的FullFieldSpotDiagram如图
图4-7优化后的FullFieldSpotDiagram
4.8、优化后的SolidModel如图
图4-8优化后的SolidModel
4.9、优化后的数据
经过多次调整,反复修改数据,可得出优化后的数据如下:
Radius
thickness
glass
OBJ
infinity
infinity
STO
infinity
20
2
111.17v
2
BK7
3
24v
8.5
F3
4
-22.48v
4.5
5
22.86P
5.2
F3
6
-24P
2
BK7
7
-111.17P
16.54v
IMA
infinity
表3.1优化后的数据
经过修改后的相差,已经明显比修改前要好,聚焦性能更好,经过物镜后成像更完美。
第五章总结
两个月时间的课程设计瞬间即逝,这次课程设计让我巩固了光学的基本内容及分类,并学习更新了新的关于光学的知识,同时在原来了解ZEMAX的基础上更加熟悉了它的功能、操作过程及使用方法。
刚拿到课题时我觉得这个课程设计并不算难,就是按照参数进行初步仿真,得出初步的仿真图形,然后进行优化,得出优化图形及优化后的各项数据,因此使经过修改后的相差,比修改前要好,聚焦性能更好,经过物镜后成像更完美。
然而,在做的过程中却出现了很多难题,在我们组员的团结努力下最终将困难这个“纸老虎”各个击破了,最后完成任务,得到了最优化实验数据,欣喜之情油然而生。
这不但增强了我们对理论知识的掌握,也提升我们的实践和动手能力,同时开阔了我们的视野,还让我们懂得团体的力量是无穷的,只有团结努力,才能取得更加优异的结果。
从开始的窃喜,到设计过程中的坎坷曲折,再到看到结果时的欣喜,都将成为我人生中最宝贵的财富,我会小心珍藏,细细品味。
参考文献
[1].郁道银.工程光学[M].北京:
机械工业出版社
[2].刘钧高明.光学设计[M].西安:
西安电子科技大学出版社
[3].李晓彤.几何光学-像差-光学设计[M].浙江:
浙江大学出版社
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- 光电 课程设计 对称 物镜