上海电力学院工程光学设计.docx
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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
,视场角
,物镜相对孔径
像差要求
;
三、设计内容与过程
已知:
焦距
,视场角
,物镜相对孔径
像差要求
所以,D=f’*D/f’=180mm*1/6=30mm
h=D/2=15mm,u1=h/f’=15/180=1/12=0.083
y’=f’tanω=180*tan4。
=12.58
Γ=n’u’y’=1*0.083*12.58=1.04
由初级像差系数公式,
,
,
可以得出
=-2*(0.083)2*(-0.005)=6.88*10-5
=-2*(0.083)*0=0
=-(0.083)2*0.001=6.88*10-6
又因为
SI=P/n=15*P=6.88*10-5;SII=-JW=0;SIC=h2CI=(15)2CI=6.88*10-6
所以,P=4.58*10-6;W=0;CI=3.05*10-8
P∞=P/(hφ)3=4.58*10-6/(15/180)3=8*10-5
W∞=W/(hφ)2=0
CI=CI*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=111.3mmr2=-79.3mmr3=-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UEYM;$_@4o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。
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