单透镜——应用光学课程设计报告

时间:2025-04-04

本文是利用ZEMAX光学设计软件设计的单透镜,供参考

广东海洋大学

《工程光学》课程设计

题目:单透镜设计 姓名:李力飞

学号:201211911114 学院:理学院

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一.设计目的

查阅光学设计软件ZEMAX资料,初步了解ZEMAX在光学系统设计中实现建模、分析的功能;对上学期《应用光学》课程作一扼要系统的复习。根据设计要求,运用ZEMAX进行辅助设计按要求给出设计结果及撰写设计报告和个人心得总结。

二.设计要求

入瞳直径:30mm 曲率半径:75,-85mm 厚度5mm

材质为BK7玻璃 光源为可见光(F,d,C) 视场角为0°、7°、10°

三.设计思路

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李力飞

四.设计过程

1)入瞳设置

入瞳直径为30mm

2)视场设置

视场角为0度 ,7度,10度

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3)波长设置

波长为F光(0.486),D光(0.587),C光(0.656) 单位:um

4)透镜参数设置

OBJ 和IMA分别为物面,像面。物面厚度(Thickness)为无穷远,即物距为无穷远。 1.在光阑面(STO)后插入一个新的面2,作为透镜的第二个面。 2.透镜第一面,第二面半径分别为75mm和-85mm。

3.由公式f’=nR1R2/(n-1)[n(R2-R1)+(n-1)d],得出透镜焦距f’=78mm,并将f’作为第二面厚度;透镜厚 度d=5mm作为第一面厚度。(BK7玻璃折射率:1.5168)

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5)评估系统性能 1. 3D草图

图中可明显看到轴外和轴上的光线都没有聚焦在高斯像面上,这主要是因为系统存在严重的球差,场曲。

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2.光线像差曲线(RAY FAN)

从曲线中可看出主要存在球差,场曲,子午慧差

球差:0视场图曲线离轴较严重,特别是全孔径处 场曲:7,10视场图原点处曲线斜率不为0

子午慧差,7,10视场子午曲线弯曲较严重,或者曲线两端连线与纵轴交点和原点不重合 像散:10视场图子午,弧矢曲线不重合,即子午焦面与弧矢焦面不重合

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3.点列图(Spot Diagrams)

主要存在球差,慧差,像散

球差:0视场RMS(弥散斑半径的方均根)GEO(弥散斑半径)都很大 慧差:7,10视场图形形状可看出存在慧差

像散:10视场图形呈椭圆状,说明子午像面和弧矢像面不重合 子午场曲:10视场图呈椭圆状

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6)优化系统 一.设置变量

将STO面和2面半径,2面厚度设为变量。

二.建立优化函数

1.增加MFE(评价函数)中对焦距的限制

新增操作EFFL,目标78,权重1,参考波长为主波长2。EFFL目的是使评价函数运算出系统有效焦距f’,并限制焦距尽可能地接近初始结构参数的值78。如果不添加EFFL,则函数可能将焦距变动为无穷大。

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2.建立绩效函数

全部设置采用函数的缺省值即可。

三.执行优化

点击自动优化后,系统的MF值从初始的48.6降为13.8,表明系统像差得到很大改善。

初次优化后结构参数

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四.初次评价像质

1)光线像差曲线(RAY FAN)

从0视场图看出,离轴现象得到大幅改善,即轴上球差大大减小,但大孔径处仍存在残余球差;同时三色光曲线在竖直方向上出现分离,即优化后产生了较大轴上色差。

从10视场图看出,三色光曲线同样在垂轴方向分离,即产生垂轴色差;子午面曲线的弯曲程度较优化前减轻,即子午慧差减小;弧矢面曲线在原点处斜率减小,表明场曲下降;子午,弧矢曲线不重合程度加大,即像散增大。

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2)点阵图(Spot Diagrams)

0视场图看出,RMS, GED 分别从优化前的845,1470变为181,290 ,即弥散斑的半径和均方值都大幅减小,球差得到改善,但同时产生轴上色差。

10视场图看出,虽然RMS,GED都减小,但如图所示,三色光斑点层次分明,产生严重的轴上色差;同时仍有慧差,场曲,像散。

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五.第二次优化

1.增加MEF操作数

在原有操作数基础上增加COMA操作,参考波长为2,目标为0,权重为1,目的是减小系统慧差。

第二次优化后结构参数

第二次优化后第二面的曲率半径由-188增大至-433

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2.再次评价像质

1)光线差曲线(RAY FAN)

通过和第一次优化后的RAY FAN 比较,并没发现有显著的变化,接下来分 …… 此处隐藏:362字,全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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