光学系统设计报告.docx

光信 1104 郑宇婷 U202314912 光学课程设计报告光学课程设计报告姓名：郑宇婷学号：U202314912学院：光学与电子信息学院专业：光信息科学与技术年段班级：1104 班成绩：授课教师：张学明2023 年 4 月 9 日光信 1104 郑宇婷 U202314912 光学课程设计报告 光学课程设计任务1、课程意义（1） 综合运用课程的根本理论学问，进一步培育理论联系实际的力量和独立工作的力量。（2） 初步把握简洁的、典型的、与型系统设计的根本技能，娴熟把握光线光路计算技能 ，了解并生疏光学设计中全部例行工作，如数据结果处理、相差曲线绘制、相差优化，光学 零件技术要求等。（3） 稳固和消化课程中所学的学问，初步了解型光学系统的特点，为学习专业课与进展毕业设计打下好的根底。（4） 培育一种对待工作严谨的态度。2、设计题目双筒棱镜望远镜设计，承受普罗I 型棱镜转像，系统要求为：1、望远镜的放大率 6 倍；2、物镜的相对孔径D/f1：4D 为入瞳直径，D30mm；3、望远镜的视场角 2 8°；4、仪器总长度在 110mm 左右，视场边缘允许 50%的渐晕；5、棱镜最终一面到分划板的距离>14mm，棱镜承受 K9 玻璃，两棱镜间隔为 25mm。6、lz >810mm二 物镜外形尺寸计算1、优化前的初始构造+计算过程3、相差容限的计算（1） 所需校正的像差望远镜的特点是：相对孔径小，视场角不大。构造较为简洁，要校正的像差比较少， 一般主要校正球差、轴向色差以及正弦差。（2） 像差容限球差容限：边光的球差容限：1 倍焦深内带光的球差容限：6 倍焦深内轴向色差的容限：1 倍焦深内正弦差的容限：0.00250.00025 之间三、目镜外形尺寸的计算1、未优化前初始构造+计算过程3、目镜像差容限计算（1） 所需校正的像差目镜的特点是：焦距短、视场角大、相对孔径小，且入和出瞳都离透镜有肯定距离。因此，目镜的轴外像差一般比较大，必需校正。一般来说，目镜所需校正的像差主要有:像散、垂轴色差、彗差、场曲、畸变等。（2） 目镜像差容限面序号半径厚度玻璃STO58.88004.0551230.90002.992F23-364.80054.080K340.00033.110150.0003.000K960.00033.110170.00015.704K92、经过 TCOS 矫正并标准化的物镜的初始数据及计算结果初始数据：计算结果：高斯参数：有效焦距(f”)后截距(L”)前截距(L)像距(l”) 120.1350115.70397-120.4419815.70397入瞳距离(lz)出瞳距离(lz”) 近轴像高(y”)放大率(?) 0.00000-104.124768.400660.00000入瞳直径(D)出瞳直径(D”)拉赫不变量(J) 像方孔径角(U”) 30.0000029.92351-0.314670.12486像差：*零视场像差*1H0.85H0.707H0.5H0.3H0H球差L”-0.0343-0.0873-0.0918-0.0619-0.02570.0000弥散园LR”-0.0043-0.0093-0.0081-0.0039-0.00100.0000F光球差LF”0.0812-0.0105-0.0435-0.0434-0.0251-0.0090C光球差LC-0.0035-0.0427-0.03700.00350.04610.0753轴向色差LFC”0.08470.0322-0.0065-0.0469-0.0712-0.0844*D光各视场像差*相对视场Lz1Lz2Yz”Xt”Xs”Xts”10.0000-104.0573-8.3961-0.8437-0.4207-0.4230.850.0000-104.0760-7.1377-0.6109-0.3044-0.3065.70710.0000-104.0910-5.9385-0.4235-0.2109-0.2126.50.0000-104.1079-4.1998-0.2122-0.1056-0.1066.30.0000-104.1188-2.5201-0.0765-0.0380-0.0384Yz”Yz”FYz”CyFC”yT”yS”10.00460.0190-0.00150.0205-0.0181-0.0347.850.00280.0151-0.00240.0174-0.0226-0.0346.70710.00160.0118-0.00270.0145-0.0262-0.0345.50.00060.0078-0.00250.0103-0.0302-0.0344.30.00010.0045-0.00170.0062-0.0328-0.0343KT”1.0HKT”.7HKT”.3HKS”1.0HKS”.707HKS”.3H1-0.0597-0.0233-0.0034-0.0159-0.0068-0.0011.85-0.0505-0.0197-0.0029-0.0136-0.0058-0.0009.7071-0.0418-0.0163-0.0024-0.0113-0.0049-0.0008.5-0.0294-0.0115-0.0017-0.0080-0.0035-0.0006.3-0.0176-0.0069-0.0010-0.0048-0.0021-0.0003*高级像差*L”snLT”yKT”snhKT”sny-0.074600.016210.006550.00041Xt”snXs”snLFC”yFC”sn-0.00162-0.000540.169090.00000*垂轴像差*没有考虑实际渐晕系数 即认为渐晕系数都为 1-子午垂轴像差Yt”像面位移： 01.0H0.85H0.7071H0.5H0.3H0H1-0.16897-0.13680-0.10651-0.06737-0.036310.00000.85-0.13060-0.10602-0.08206-0.05101-0.026920.00000.7071-0.09857-0.08055-0.06196-0.03767-0.019320.00000.5-0.05996-0.05028-0.03837-0.02224-0.010630.00000.3-0.03135-0.02847-0.02175-0.01170-0.004850.000000-0.00431-0.00931-0.00813-0.00388-0.000960.00000-1.0H-0.85H-0.7071H-0.5H-0.3H-0H10.049470.061640.059870.046700.029410.00000.850.029580.042480.042630.033530.021090.00000.70710.014900.027930.029320.023210.014490.00000.50.001080.013260.015400.012070.007230.00000.3-0.003860.006320.008010.005610.002820.0000000.004310.009310.008130.003880.000960.00000-子午光线对弥散圆直径±1.0H±0.85H±0.7071H±0.5H±0.3H±0H10.218440.198430.166380.114070.065720.00000.850.160170.148500.124690.084540.048000.00000.70710.113480.108480.091280.060880.033810.00000.50.061040.063540.053760.034310.017860.00000.30.027490.034790.029760.017310.007660.0000000.008620.018620.016260.007750.001930.00000-弧矢垂轴像差重量Ys”Ys”1.0H0.85H0.7071H0.5H0.3H1-0.01594-0.05746-0.01058-0.05445-0.00685-0.04563-0.00318-0.03033-0.00109-0.01681.85-0.01358-0.04272-0.00902-0.04194-0.00584-0.03523-0.00271-0.02299-0.00093-0.01241.7071-0.01131-0.03090-0.00752-0.03189-0.00487-0.02689-0.00226-0.01711-0.00078-0.00889.5-0.00802-0.01761-0.00533-0.02061-0.00345-0.01751-0.00160-0.01049-0.00055-0.00493.3-0.00482-0.00910-0.00320-0.01338-0.00208-0.01151-0.00096-0.00626-0.00033-0.0023900.00000-0.004310.00000-0.009310.00000-0.008130.00000-0.003880.00000-0.000962、经过 TCOS 矫正并标准化的目镜的初始数据及计算结果初始数据：面序号半径厚度玻璃STO57.68001.5001215.52404.500ZF33-17.989018.000ZK3411.45504.500150.0003.404K9计算结果：高斯参数：有效焦距(f”)后截距(L”)前截距(L)像距(l”) 19.671883.397710.032493.39771入瞳距离(lz)出瞳距离(lz”) 近轴像高(y”)放大率(?)-10.0000041.970698.249110.00000入瞳直径(D)出瞳直径(D”)拉赫不变量(J) 像方孔径角(U”) 5.00000-9.80409-0.314500.12708像差：*零视场像差*1H0.85H0.707H0.5H0.3H0H球差L”-0.3315-0.2379-0.1637-0.0814-0.02920.0000弥散园LR”-0.0422-0.0257-0.0147-0.0052-0.00110.0000F光球差LF”-0.3324-0.2395-0.1658-0.0840-0.0322-0.0032C光球差LC-0.3209-0.2271-0.1528-0.0703-0.01800.0112轴向色差LFC”-0.0116-0.0124-0.0130-0.0137-0.0142-0.0144*D光各视场像差*相对视场Lz1Lz2Yz”Xt”Xs”Xts”1-10.000012.0888-8.6758-0.0045-1.59521.5907.85-10.000020.8600-7.04161.0383-0.71351.7518.7071-10.000026.4296-5.78930.7462-0.43811.1843.5-10.000033.3747-4.09320.3539-0.20570.5596.3-10.000038.6185-2.46630.1211-0.07270.1937Yz”Yz”FYz”CyFC”LT”LS”1-0.4267-0.3759-0.45140.0755-0.1397-0.3982.85-0.0299-0.0075-0.04240.0349-0.2330-0.3606.70710.04370.06380.03310.0306-0.2857-0.3466.50.03130.04690.02340.0235-0.3169-0.3373.30.00840.01840.00350.0149-0.3275-0.3333KT”1.0HKT”.7HKT”.3HKS”1.0HKS”.707HKS”.3H10.08750.05040.01020.03820.01890.0034.850.03110.01640.00310.01630.00780.0014.70710.02590.01300.00240.01170.00560.0010.50.01940.00950.00170.00760.00360.0006.30.01210.00590.00100.00440.00210.0004*高级像差*L”snLT”yKT”snhKT”sny0.002020.191730.00664-0.03600Xt”snXs”snLFC”yFC”sn0.748430.359490.00286-0.02275*垂轴像差*没有考虑实际渐晕系数 即认为渐晕系数都为 1-子午垂轴像差Yt”像面位移： 01.0H0.85H0.7071H0.5H0.3H0H10.054870.048770.039130.022880.009090.00000.850.140560.124640.106520.076720.045860.00000.70710.084550.077670.068030.050190.030380.00000.50.024050.027450.027170.022200.014080.00000.3-0.01404-0.003650.002250.005490.004550.000000-0.04217-0.02572-0.01472-0.00517-0.001110.00000-1.0H-0.85H-0.7071H-0.5H-0.3H-0H10.120230.087930.061650.031260.011320.00000.85-0.07835-0.07828-0.07372-0.05995-0.039740.00000.7071-0.03281-0.04010-0.04196-0.03713-0.025670.00000.50.014740.00032-0.00810-0.01275-0.010700.00000.30.038220.020880.009540.00033-0.002470.0000000.042170.025720.014720.005170.001110.00000-子午光线对弥散圆直径±1.0H±0.85H±0.7071H ±0.5H±0.3H±0H10.065270.039160.022520.008380.002230.00000.850.218910.202920.180250.136680.085590.00000.70710.117360.117770.109990.087320.056050.00000.50.009310.027130.035270.034950.024780.00000.30.052260.024530.007280.005160.007020.0000000.084340.051430.029440.010340.002230.00000-弧矢垂轴像差重量Ys”Zs”1.0H0.85H0.7071H0.5H0.3H10.03820-0.257830.02743-0.208240.01888-0.166030.00939-0.111730.00337-0.06487.850.01629-0.131260.01151-0.101240.00783-0.077390.00383-0.049360.00136-0.02757.70710.01167-0.096950.00821-0.072210.00556-0.053340.00271-0.032430.00096-0.01745.50.00759-0.068110.00533-0.047750.00360-0.033040.00175-0.018110.00062-0.00887.30.00440-0.051390.00309-0.033550.00209-0.021230.00101-0.009770.00036-0.0038700.00000-0.042170.00000-0.025720.00000-0.014720.00000-0.005170.00000-0.00111四、物镜像差曲线：球差曲线轴向色差曲线点列图系统二维图光学传递函数 MTF点列图能量分布曲线五、目镜像差曲线场曲曲线畸变曲线子午慧差曲线弧矢慧差曲线像散曲线点列图点列图能量分布曲线光学传递函数 MTF系统二维图六、光学零件制图不会= = 七 心得体会体会我认为本次光学课程设计最纠结的地方莫过于计算物镜与目镜的初始构造。在照着教师 给的PPT 一步一步计算物镜的时候遇到一些问题。第一个就是在计算Q 的时候P0 大于P， 而PPT 上给的是根号。我就理所固然的将 P减去P0 改成了P0 减去P。但后来上课听教师讲后得知这种状况应当将根号取零。在跟着 PPT 一步步计算数据的时候觉察很多数据的正负都与 PPT 所给的相反，以为是自己错了，但后来觉察同学也遇到这种状况，在和同学争论后了解到由于我们选的是冕牌在前，胶合物镜与 PPT 上都是反的。其次个问题是在计算t1,t2 的时候由于自己选取的双胶合物镜与PPT 上所给的双胶合物镜构造相反，应当将PPT 上计算t2 的算式计算t1,将计算t1 的算式计算t2。计算目镜的时候由于有了计算物镜的阅历所以就很快的计算出了原始数据。通过计算初始构造数据我对上个学期所学的双胶合镜有了 更加准确的生疏并且也能更好的计算双胶合镜的各项参数。在计算目镜时我还学会了目瞳反 追的方法，并且对牛顿公式使用更加娴熟。在较像差的时候，或许是数据比较好的缘由，所以物镜的初始数据在进展了一次自动优化之后球差就已经在容限之内了，但是轴向色差还不能做到对称。于是在保存了初始数据的前提下又进展了一次自动优化，导致的直接结果就是轴向色差不但没有对称球差也已经超出容限了。于是坚决导入初始数据进手动调整。手动修改数据像差的过程就是一个找规律的过程。在尝试了修改很多地方后觉察 r2 对轴向色差格外敏感。在经过屡次修改后在牺牲了一局部球差的前提下最终把轴向色差调到根本对称。在较目镜像差的时候就没有那么幸运了，首先遇到的一个问题就是焦距不在要求的19.5-20.5 之内。这从同样也是直接手动优化，在修改了 r1，r2，r3 之后觉察虽然焦距到达了要求但场曲达不到要求。原来以为目镜系统的r4 是不行以改的，后来同学告知我说r4 也可以改。改动后觉察r4 对场曲和慧差特别敏感，并且改动r4 根本不影响Kt。通过这次光学课程我学会了很多东西，将上学期学习的应用光学学问联系实际进展了一次有意义的实践。在像差方面的理解也更加深刻。像差完全消退是不行能的，只要保证相差在容限之内就可以了。对于望远镜系统的各个局部的构造也更加了解，了解了望远镜的实际的光路。总之这是一次很有意义的实践。