光学设计综合实验报告鲁彭辉.docx
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光学设计综合实验报告鲁彭辉
选课序号：
________19_________成绩:
___________________
光学设计综合实验报告
设计
题目内调焦准距式望远系统
指导教师
姓名光学设计综合实验教学组
学生
姓名鲁彭辉
学生
学号201410800215
院系理学院
专业光伏1401
班级应物1402
一、光学系统设计的要求
“光学设计综合实验”是光电信息科学与工程的专业实践环节，是学习光电信息工程专业基础理论知识应用的主要目的。
光学系统设计不仅要求我们具备一定的专业基础知识（如几何光学、相差理论）见附录1，而且要求设计设计的同学具备较强程序编写能力和软件操作能力（ZEMAX操作、运用）。
用途：
用作工程水准仪、经纬仪等仪器的照准望远镜，其作用是观察与照准目标。
考虑野外使用特点，要求仪器使用和保养方便，体积小，重量轻，便于携带，成像清晰
二、光学系统设计的技术应达到指标和参数：
主要技术参数：
F放大率：
G24´ F乘常数：
k=100
F分辨率：
j4²加常数：
c=0
F视场角：
2w1.6°最短视距：
Ds2m
F筒 长：
LT195mm
三、系统的尺寸计算
为使仪器结构紧凑,必须缩短仪器筒长。
缩短筒长L,f1、f2、f3减小,各透镜组相对孔径D/f将增大。
相对孔径增大,像差校正困难,或使结构复杂,成本增加。
因此仪器筒长不宜过小。
筒长L一定时,希望一定筒长所能获得的组合焦距f12越大越好,即缩短系数Q越小越好。
Q越小,f1、f2就越小,从而D1/f1和D2/f2增大,且2增大,主物镜的剩余像差经调焦镜后将被放大2倍,于像差校正是不利的。
另一方面,Q越大,f12和f3就越小,但目镜的焦距不能太小,否则,目镜的镜目距小,影响观察。
因此，应该取适当的Q。
我们取：
Q=0.65
初步计算得系统外形尺寸（计算过程见附录）：
f12=300mmf1=164.885mmd0=128.135f2=-81.597f3=12.5mm
r1=102.413mmr2=-72.286mmr3=211.120mm
四、设计的光学系统的设计指标
（1）运用Zemax软件的设计光学系统
得：
图1光学系统二维轮廓图
（2）对设计的光学系统指标的分析、评价
ZEMAX分析，得：
（1）三色球差曲线图优化前后对比
优化前：
优化后：
图2三色球差曲线图
（2）畸变曲线图优化前后对比：
优化前：
优化后：
图3畸变曲线图
（3）点列图优化前后对比：
优化前：
优化后：
图4点列图
（4）混合色光MTF曲线图优化前后对比：
优化前：
优化后：
图5混合色光MTF曲线图
综上图所示，设计出来的望远镜头成像质量符合要求。
五、光学系统的优缺分析
通过计算得到的数据，和ZEMAX运算的到的数据进行比较大致相同，一些不同的地方是精度造成的，因此在光学设计中，优化方案不是很好。
优点：
筒长缩短，外形小,结构紧凑,携带方便,密封性好。
缺点：
其结构相对复杂，加工、装调要求较为严格。
六、光学系统的设计的感受、体会
本次课程设计通过老师讲授，自己编程及使用现代设计软件（ZEMAX），在老师的辅导下对几种典型光学系统进行独立思考和设计，让我们力图使同学巩固应用光学课程等光学工程专业基础课程中涉及光学设计的基础理论，深化对像差、色差、光阑等概念的认识，掌握光学系统设计的基本设计思路，设计原则及设计技巧。
基本掌握对光学系统设计的过程。
《光学系统设计》课程以后工作或学习中参与更实际的光学系统设计的工作有很大的作用。
七、附录：
（1）要求具备的理论基础知识：
1．Zemax介绍，基本操作，不是很熟练；
2．上机实践时，Zemax软件光路组建，非球面参数及优化。
第一部分《光学系统设计》
几何光学、像差理论：
1．几何光学基本定律和成像概念，球面和球面系统，理想光学系统；
2．光学系统中的光阑，光能及其计算；
3．像差理论。
第二部分典型光学系统设计
1．成像光学系统设计，像差，望远系统设计；显微系统设计；光盘光路设计（扫描系统设计）；
2．照明光学系统设计，设计要求，投影仪光路设计；
要求：
了解不同类型的光学系统的设计侧重点，设计难点，掌握不同类型光学系统中应用的常见光路结构形式。
（2）自编程序（利用C语言设计）：
printf（"请按顺序正确输入每个透镜的距离d:
"）;
for（i=0;iscanf（"%lf",&d[i]）;
printf（"\n"）;
printf（"请按顺序正确输入每个透镜的折射率n:
"）;
if（x!
=1）
{
for（i=0;iscanf（"%lf",&n[i]）;
n[i]=1;
}
else
{
for（i=0;iscanf（"%lf",&n[i]）;
}
printf（"\n"）;
//////////演算第一块透镜的象距////////
i1[0]=h/r[0];
i2[0]=i1[0]/n[0];
u2[0]=i1[0]-i2[0];
a[0]=i2[0]*r[0]/u2[0];
l2[0]=a[0]+r[0];
/////////演算过其他透镜的象距///////
for（j=1;j{
c[j-1]=l2[j-1]-d[j-1];
l1[j]=c[j-1];
u1[j]=u2[j-1];
b[j]=l1[j]-r[j];
i1[j]=b[j]*u1[j]/r[j];
i2[j]=i1[j]*n[j-1]/n[j];
u2[j]=u1[j]+i1[j]-i2[j];
a[j]=i2[j]*r[j]/u2[j];
l2[j]=a[j]+r[j];
}
/////////输出每过一透镜的象距///////
for（i=0;i{
printf（"过第%d块透镜后的象距：
l%d=%lf\n",i+1,i+1,l2[i]）;
}
/////////输出光组的焦距//////
printf（"光组的焦距：
f=%lf\n",h/u2[--i]）;
（3）系统的尺寸初步计算（手工计算）见下图：
公式：
计算：
输出出瞳位置，理想像高
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