xx大學
課程設計說明書
201x/201x 學年第 1 學期
學院： 資訊與通訊工程學院
專業******xx
學生姓名： ***xx 學號： ***xx
課程設計題目： 雙膠合望遠鏡頭設計
起迄日期： 20xx年12月22日~20xx年01月02日
課程設計地點： xx大學5院樓513、606
指導教師： ***x 職稱: 教授
摘要1關鍵詞1
第一章課題要求
1.1課題背景2
1.2設計目的2
1.3設計內容和要求2
第二章方案分析
2.1課題名稱3
2.2主要資料3
2.3設計思路3
2.4實現原理3
2.5主要過程4
第三章光學系統設計
3.1光圈引數設定5
3.2視場引數設定5
3.3波長設定6
3.4玻璃厚度的設定6
3.5像空間的設定7
第四章光學系統分析
4.1 2d光路分布草圖7
4.2 標準點列圖spot diagram8
4.3 光路圖opd fan9
4.4 光線相差圖ray fan10
4.5波前分布圖11
第五章光學系統優化
5.1光學系統調焦12
5.2設定可變引數13
5.3優化函式設定13
5.4最終優化14
第六章系統優化前後比較
6.1優化後的2d草圖15
6.2優化後的標準點列15
6.3優化後光路圖16
第七章心得體會
心得體會17
摘要zemax是一款多功能的光學設計軟體，可建立反射、折射、繞射等光學模型，可以用來模擬、分析和輔助設計光學系統，並對光學系統進行優化。雙膠合透鏡不僅有較好的橫向解析度，而且有較高的軸向解析度，能夠作為共焦3-d成像的一種理想光學元件，在光學領域得到了廣泛的應用。本次課程設計，我們將利用zemax軟體設計乙個雙膠合望遠鏡頭，展示利用zemax設計、分析和優化乙個簡單光學系統的過程，進一步掌握該軟體。
關鍵詞: zemax 雙膠合望遠鏡頭光學系統設計分析
第一章課題要求
隨著計算機技術的不斷進步和發展，在光學系統的設計過程中越來越多得利用到計算機技術，其中zemax就是一款應用十分廣泛的的光學設計軟體，具有功能完善、操作簡單、準確性高、人機互動性好等特點，極大地簡化了光學系統的設計過程。
1.2 設計目的：
本次課程設計是在學習專業基礎課和專業課工程製圖基礎、c程式語言設計基礎、應用光學和精密儀器零件設計的基礎上，主要在光學儀器、程式設計實踐、光學設計計算與**等幾個方面開展實踐活動，鞏固所學知識、培養動手能力。
1.3 設計內容和要求：
1) 掌握zemax光學設計的軟體的使用方法；
2) 理解雙膠合透鏡的組成及其消色差、球差的原理；
3) 設計光源的波長為632.8nm,焦距為100mm，相對孔徑為1:5；
4) 給出透鏡的具體設計引數、波前分布、結構圖、評價函式、求差和點列圖。
5)參考五篇相關**。
第二章方案分析
2.1 課題名稱
2.2 主要資料
（1）透鏡的具體設計引數
（2）波前分布
（3）結構圖
（4）評價函式
（5）差和點列圖
2.3 設計思路
1、查閱相關資料學習雙膠合透鏡的基本構造和原理；
2、了解zemax光學軟體的基本功能並學習該軟體的基本操作；
3、利用zemax進行鏡頭的初步設計並進一步熟悉該軟體的使用；
4、對光學系統進行進一步的分析和優化，達到所定引數要求；
2.4 實現原理
1、雙膠合透鏡的原理：單正透鏡具有負球差，單負透鏡具有正球差，所以單透鏡是不能校正球差的。在光焦度一定時，玻璃的阿貝數越大，色差越小，通常情況下，正透鏡產生負色差，負透鏡產生正色差，因此消色差的光學系統往往都是將正負透鏡進行組合，以實現它們的色差互補。
消色差雙膠合透鏡是一種把低分散的玻璃正透鏡和高分散的火石玻璃負透鏡粘接而成的消色差透鏡。設計時，在藍色（486.1nm），綠色（546.
1nm）和紅色（656.3nm）三個波長，對分散的不同值和透鏡形狀進行了優化， 實現了最小色差。因此，此類透鏡可在整個可見光區域使用。
其球差在設計時也進行了優化，和單個透鏡相比，消色差雙膠合透鏡的球差要小得多。使用於無限共軛狀態時，其球差最小，並且消色差雙膠合透鏡都鍍了可見光（400—700 nm）用寬頻防反射多層膜。
2、望遠鏡鏡頭的原理：單透鏡物鏡色差和球差都相當嚴重，現代的折射望遠鏡常用兩塊或兩塊以上的透鏡組作物鏡。其中以雙透鏡物鏡應用最普遍。
它由相距很近的一塊玻璃製成的凸透鏡和一塊火石玻璃製成的凹透鏡組成，對兩個特定的波長完全消除位置色差，對其餘波長的位置色差也可相應減弱，如圖1所示在滿足一定設計條件時，還可消去球差和彗差。由於剩餘色差和其他像差的影響，雙透鏡物鏡的相對口徑較小，一般為1/15-1/20，很少大於1/7，可用視場也不大。口徑小於8厘公尺的雙透鏡物鏡可將兩塊透鏡膠合在一起，稱雙膠合物鏡 ，留有一定間隙未膠合的稱雙分離物鏡 。
為了增大相對口徑和視場，可採用多透鏡物鏡組。對於伽利略望遠鏡來說，結構非常簡單，光能損失少。鏡筒短，很輕便。
而且成正像，但倍數小視野窄，一般用於觀劇鏡和玩具望遠鏡。對於克卜勒望遠鏡來說，需要在物鏡後面新增稜鏡組或透鏡組來轉像，使眼睛觀察到的是正像。
圖1 消色差原理圖
2.5 主要過程
研究課題→原理分析→設計透鏡引數→熟悉zemax軟體→利用軟體設計光學系統→系統的分析和優化
第3章光學系統設計
鏡頭資料編輯器是乙個主要的電子**，將鏡頭的主要資料填入就形成了鏡頭資料。這些資料報括系統中每乙個面的曲率半徑、厚度、玻璃材料。單透鏡由兩個面組成 (前面和後面) ， 物平面和像平面各需要乙個面，這些資料可以直接輸入到電子**中。
當鏡頭資料編輯器顯示在顯示屏時， 可以將游標移至需要改動的地方並將所需的數值由鍵盤輸入到電子**中形成資料。每一列代表具有不同特性的資料， 每一行表示乙個光學面 (或乙個)。移動游標可以到需要的任意行或列，向左和向右連續移動游標會使螢幕滾動，這時螢幕顯示其他列的資料，如半口徑，二次曲線係數，以及與所在的面的面型有關的引數。
螢幕顯示可以從左到右或從與右到左滾動。」上翻頁」和」下翻頁」鍵可以移動游標到所在列的頭部或尾部。當鏡頭面數足夠大時，螢幕顯示也可以根據需要上下滾動。
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