光机系统设计.docx

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光机系统设计

《光机系统设计与实践》

课程报告

姓名：

XXX

学号：

XXXXXXXX

任课教师：

XXX

XXXX年XX月

一．ZEMAX光学设计

一、设计要求

本课程要求设计的是一个同意望远镜系统。

系统设计的初始结构参数如表1所示。

初始参数是D/f=1/4,f=,2

=5°，要求设计中焦距为100,2

=

。

r

d

nD

ν

D

glass

1

25

2

K9

3

4

2

表1望远镜初始结构参数

2、ZEMAX设计进程

（1）在ZEMAX主菜单当选择Editor\LensData，打开透镜数据编辑器（LensDataEditor，LDE），输入初始结构，如图1所示。

图1镜头数据编辑

（2）光学特性参数输入。

用General对话框概念像空间。

在ZEMAX主菜单当选择System\General…或选择工具栏中Gen，打开General对话框，选择ApertureType为ImageSpaceF/#，在ApertureValue中输入4，如图2所示。

图2光圈类型和数值设定

（3）用FieldData对话框概念视场。

设计中要求2

=

，故在ZEMAX主菜单当选择System\Fields…或择工具栏中Fie，打开FieldData对话框，选择FieldType为Angle（Deg），在相应文本框Y-Field中输入3个校像差半视场角值：

0、3、-3，其余为默许值，如图3所示。

图3视场角的设置

（4）用WavelengthData对话框概念工作波长。

在ZEMAX主菜单当选择System\Wavelength…或选工具栏中Wav，打开WavelengthData对话框，选择Select->中F,d,C（Visible），其余为默许值，如图4所示

图4工作波长的设置

（6）变量的设定

供优化的结构参数变量的选择原那么是，在可能的条件下尽可能设定较多的结构参数作为变量。

在所设计的透镜当选择系统的第一个面的曲率半径作为变量。

具体方式是：

LDE中，选择要改变的参数，点击鼠标右键，在弹出的对话框中，选择SolveType为Variable。

设定好以后，其数据以后中将出字母“V”，如图5所示。

图5变量的设定

（7）在LDE中设定优化参考像面设定。

由于选用近轴理想像面为优化参考像面，故要将第4距离设定MarginalRayHeight。

具体方式是选择LDE中第4距离Thickness处，点击鼠标右键弹出Thicknesssolveonsurface对话框，如图6所示。

将SolveType设定为MarginalRayHeight，Height为0，PupilZone为0。

图6参考像面的设定

（8）依照以上参数设计，可得初始参数结构的像差如图7所示。

图7像差分析图

（9）通过上述计算可得，波长1在孔径为1，,0的球差为,,0；波长2在孔径为1，,0的球差为,,；波长3在孔径为1，,0的球差为,,.

（10）设定评判函数

a.默许评判函数设置

打开MFE和DefaultMeritFunction，选择RMS/Wavefront/Centroid默许评判函数，具体设置如图8所示。

图8默许评判函数的设置

b.自概念评判函数

由于要操纵的要紧光学特性参数为焦距，在MFE中插入几行操作符数据输入行，输入的内容如图9所示。

图9焦距和球差的权重设置

成立好了评判函数以后，通过操纵焦距值的权重，来改变评判结果。

当初始结构参数、光学特性和评判函数都输入和设定以后，打开优化（Optimization）对话框进行像差校正与优化。

在ZEMAX主菜单当选择Tools\Optimization…或选工具栏中Opt，打开Optimization对话框，如图10所示。

点击Automatic按钮，对像差进行优化，优化完成以后，自动停止，对话框显示如下图。

点击Exit退出对话框。

图10像差的自动校正

因此能够取得优化后的镜头数据，如图11所示：

图11优化后的镜头数据

优化后的焦距为.

与未优化的初始结构的球差相较，波长1在孔径为1，,0的球差为,,0；波长2在孔径为1，,0的球差为,,0。

比较弥散斑点列图，能够看到在0度和3度视场角的时候，弥散斑的半径也有所减小，结果明显优于初始结果。

二．Solidworks镜筒设计部份

1、尺寸设计

设计镜筒形状与尺寸，选择了圆柱形的镜筒。

在本系统中设定镜筒的长度为110。

接着，确实是对镜筒内部的切削。

要先切一个高度为，直径大于入瞳直径的螺纹，因此，直径选择加上的螺纹线。

进一步，要留下高度为1的退刀槽。

然后，依照ZEMAX优化设计的结果切出放透镜的槽,如图12所示。

图12透镜尺寸参数

两个透镜的距离为，不方便别离放置来隔开，因此选择在两个透镜之间放置隔圈，它们放置在同一个切槽中。

经计算选择再次切削的高度为，切削的直径为28。

接着，确实是探测器位置的确信。

依照出瞳的大小，在不挡光的前提下，选择探测器的位置在镜头以后90处。

因此，再向下切削90，直径为24。

然后，切削深度2，直径为13的内圆，最后，贯穿整个镜筒，直径为20。

二、零件工程图

镜筒整体设计的工程图见附录1.

两个透镜零件图见附录二、3.

压圈和隔圈零件图见附录4、5.