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2022年Zemax软件设计 .pdf

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1、Zemax软件设计- 物镜设计学院：电光学院学号： 912104520213 姓名：吴钰指导老师：高志山日期： 2014.4.20 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 16 页 - - - - - - - - - 一、设计一设计要求 : 焦距： f =126mm, 相对孔径： D/f =1/6, 视场角： 2 =1.5 波长：工作波段可见光象差要求：像差参照24mmUnL（边缘孔径球差）2mFCUnL（0.7 孔径轴向色差）mSC0.0025 （边缘孔径正弦彗

2、差）1. 透镜结构参数，视场、孔径等光学特性参数：System/Prescription Data名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 16 页 - - - - - - - - - GENERAL LENS DATA: Surfaces : 6 Stop : 1 System Aperture : Entrance Pupil Diameter = 21 Glass Catalogs : SCHOTT CHENGDU Ray Aiming : Off Apodi

3、zation : Uniform, factor = 0.00000E+000 Effective Focal Length : 127.7871 (in air at system temperature and pressure) Effective Focal Length : 127.7871 (in image space) Back Focal Length : 114.0131 Total Track : 129.5131 Image Space F/# : 6.085098 Paraxial Working F/# : 6.085098 Working F/# : 6.0851

4、01 Image Space NA : 0.08189196 Object Space NA : 1.05e-009 Stop Radius : 10.5 Paraxial Image Height : 1.561291 Paraxial Magnification : 0 Entrance Pupil Diameter : 21 Entrance Pupil Position : 0 Exit Pupil Diameter : 20.30401 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -

5、- - 第 3 页，共 16 页 - - - - - - - - - Exit Pupil Position : -123.5519 Field Type : Angle in degrees Maximum Field : 0.7 Primary Wave : 0.5875618 Lens Units : Millimeters Angular Magnification : 1.034278 Fields : 3 Field Type: Angle in degrees # X-Value Y-Value Weight 1 0.000000 0.000000 1.000000 2 0.00

6、0000 0.500000 1.000000 3 0.000000 0.700000 1.000000 Vignetting Factors # VDX VDY VCX VCY VAN 1 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 2 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 3 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 Wavelengths : 3 Units: Microns # Value Weight 1 0.486133 1.000000

7、2 0.587562 1.000000 3 0.656273 1.000000 SURFACE DATA SUMMARY: Surf Type Comment Radius Thickness Glass Diameter Conic OBJ STANDARD Infinity Infinity 0 0 STO STANDARD 102.5746 4.9 H-K9L 38.88899 0 2 STANDARD -335.7362 0.1 20.78739 0 3 STANDARD 70.59416 7.2 H-K9L 37.91677 0 4 STANDARD -184.014 3.3 ZF2

8、 36.45843 0 5 STANDARD 116.6294 114.0131 18.99979 0 IMA STANDARD Infinity 3.131349 0 EDGE THICKNESS DATA:Surf Edge STO 2.879223 2 2.854236 3 3.701528 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 16 页 - - - - - - - - - 4 4.592703 5 113.625590 IMA 0.000000 INDE

9、X OF REFRACTION DATA: Surf Glass Temp Pres 0.486133 0.587562 0.656273 0 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000 1 H-K9L 20.00 1.00 1.52236874 1.51679822 1.51431870 2 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000 3 H-K9L 20.00 1.00 1.52236874 1.51679822 1.51431870 4 ZF2 20.00 1.00 1.68751765 1.6727

10、0122 1.66660894 5 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000 6 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000 THERMAL COEFFICIENT OF EXPANSION DATA: Surf Glass TCE *10E-6 0 0.00000000 1 H-K9L 7.50000000 2 0.00000000 3 H-K9L 7.50000000 4 ZF2 8.80000000 5 0.00000000 6 0.00000000 F/# DATA: F/# calculatio

11、ns consider vignetting factors and ignore surface apertures. Wavelength: 0.486133 0.587562 0.656273 # Field Tan Sag Tan Sag Tan Sag 1 0.0000 deg: 6.0929 6.0929 6.0851 6.0851 6.0866 6.0866 2 0.5000 deg: 6.0924 6.0927 6.0846 6.0849 6.0862 6.0865 3 0.7000 deg: 6.0920 6.0925 6.0842 6.0848 6.0858 6.0863C

12、ARDINAL POINTS: Object space positions are measured with respect to surface 1. Image space positions are measured with respect to the image surface. The index in both the object space and image space is considered. Object Space Image Space W = 0.486133 Focal Length : -127.927036 127.927036 Focal Pla

13、nes : -132.458289 0.054132 Principal Planes : -4.531253 -127.872904 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 16 页 - - - - - - - - - Anti-Principal Planes : -260.385325 127.981168 Nodal Planes : -4.531253 -127.872904 Anti-Nodal Planes : -260.385325 127.981

14、168 W = 0.587562 (Primary) Focal Length : -127.787059 127.787059 Focal Planes : -132.167403 0.000000 Principal Planes : -4.380344 -127.787059 Anti-Principal Planes : -259.954462 127.787059 Nodal Planes : -4.380344 -127.787059 Anti-Nodal Planes : -259.954462 127.787059 W = 0.656273 Focal Length : -12

15、7.828960 127.828960 Focal Planes : -132.153166 0.070630 Principal Planes : -4.324207 -127.758329 Anti-Principal Planes : -259.982126 127.899590 Nodal Planes : -4.324207 -127.758329 Anti-Nodal Planes : -259.982126 127.899590 2. 象差指标数据：119.371730 10mLmm, yKSCsm113.89857 10120.7072.160730 10FCFChLLmm实际

16、值目标值 f=126.000, 126 fl114.013134mm，119.371730 10mL, 0 mSC113.89857 10, 0 122.160730 10FCL, 0 3. 象差公差数据：球差公差：mmLm338.0105875618.0426213名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 16 页 - - - - - - - - - 轴向色差公差：FCLmm0846.0105875618.026213正弦差公差：mSC0.0025 二、设计二设计

17、要求 : 焦距： f =33mm, 相对孔径： D/f =1/2.7, 视场角： 2 =3.2 波长：工作波段可见光象差要求：1. 透镜结构参数，视场、孔径等光学特性参数：System/Prescription DataGENERAL LENS DATA:Surfaces : 6 Stop : 1 System Aperture : Entrance Pupil Diameter = 12.22 Glass Catalogs : CHENGDU 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -

18、 - 第 7 页，共 16 页 - - - - - - - - - Ray Aiming : Off Apodization : Uniform, factor = 0.00000E+000 Effective Focal Length : 32.99768 (in air at system temperature and pressure) Effective Focal Length : 32.99768 (in image space) Back Focal Length : 30.2788 Total Track : 35.6788 Image Space F/# : 2.70030

19、1 Paraxial Working F/# : 2.700301 Working F/# : 2.700445 Image Space NA : 0.1820696 Object Space NA : 6.11e-010 Stop Radius : 6.11 Paraxial Image Height : 0.9217086 Paraxial Magnification : 0 Entrance Pupil Diameter : 12.22 Entrance Pupil Position : 0 Exit Pupil Diameter : 12.51564 Exit Pupil Positi

20、on : -33.796 Field Type : Angle in degrees Maximum Field : 1.6 Primary Wave : 0.5875618 Lens Units : Millimeters Angular Magnification : 0.9763783 Fields : 5 Field Type: Angle in degrees # X-Value Y-Value Weight 1 0.000000 0.000000 1.000000 2 0.000000 0.480000 1.000000 3 0.000000 0.800000 1.000000 4

21、 0.000000 1.120000 1.000000 5 0.000000 1.600000 1.000000 Vignetting Factors # VDX VDY VCX VCY VAN 1 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 2 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 3 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 4 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 5 0.000000 0.0

22、00000 0.000000 0.000000 0.000000 Wavelengths: 3 Units: Microns # Value Weight 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 16 页 - - - - - - - - - 1 0.486133 1.000000 2 0.587562 1.000000 3 0.656273 1.000000 SURFACE DATA SUMMARY:Surf Type Comment Radius Thickne

23、ss Glass Diameter Conic OBJ STANDARD Infinity Infinity 0 0 STO STANDARD 38.26 2 H-LAK52 12.24756 0 2 STANDARD -36.4 1.1 H-ZF52 12.14418 0 3 STANDARD 3246.12 1 12.02387 0 4 STANDARD 22.54 1.3 H-LAK53 11.78481 0 5 STANDARD 40.14 30.2788 11.49768 0 IMA STANDARD Infinity 1.860743 0 EDGE THICKNESS DATA:S

24、urf Edge STO 0.996711 2 1.615600 3 1.778258 4 0.929982 5 29.864996 IMA 0.000000 INDEX OF REFRACTION DATA: Surf Glass Temp Pres 0.486133 0.587562 0.656273 0 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000 1 H-LAK52 20.00 1.00 1.73843815 1.72915675 1.72510393 2 H-ZF52 20.00 1.00 1.87208870 1.84666324 1.83

25、649191 3 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000 4 H-LAK53 20.00 1.00 1.76505761 1.75500000 1.75062797 5 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000 6 20.00 1.00 1.00000000 1.00000000 1.00000000 THERMAL COEFFICIENT OF EXPANSION DATA: Surf Glass TCE *10E-6 0 0.00000000 1 H-LAK52 6.00000000 2 H-ZF

26、52 9.60000000 3 0.00000000 4 H-LAK53 6.00000000 5 0.00000000 6 0.00000000 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 16 页 - - - - - - - - - F/# DATA: F/# calculations consider vignetting factors and ignore surface apertures. Wavelength: 0.486133 0.587562 0.

27、656273 # Field Tan Sag Tan Sag Tan Sag 1 0.0000 deg: 2.7010 2.7010 2.7004 2.7004 2.7024 2.7024 2 0.4800 deg: 2.7008 2.7009 2.7003 2.7004 2.7022 2.7023 3 0.8000 deg: 2.7005 2.7008 2.6999 2.7003 2.7018 2.7022 4 1.1200 deg: 2.7000 2.7006 2.6994 2.7001 2.7013 2.7020 5 1.6000 deg: 2.6989 2.7002 2.6984 2.

28、6997 2.7003 2.7016 CARDINAL POINTS:Object space positions are measured with respect to surface 1. Image space positions are measured with respect to the image surface. The index in both the object space and image space is considered. Object Space Image Space W = 0.486133 Focal Length : -32.996916 32

29、.996916 Focal Planes : -32.225841 0.009331 Principal Planes : 0.771075 -32.987585 Anti-Principal Planes : -65.222757 33.006248 Nodal Planes : 0.771075 -32.987585 Anti-Nodal Planes : -65.222757 33.006248 W = 0.587562 (Primary) Focal Length : -32.997679 32.997679 Focal Planes : -32.218217 -0.000000 Pr

30、incipal Planes : 0.779462 -32.997679 Anti-Principal Planes : -65.215896 32.997679 Nodal Planes : 0.779462 -32.997679 Anti-Nodal Planes : -65.215896 32.997679 W = 0.656273 Focal Length : -33.024743 33.024743 Focal Planes : -32.242034 0.022458 Principal Planes : 0.782709 -33.002285 Anti-Principal Plan

31、es : -65.266776 33.047201 Nodal Planes : 0.782709 -33.002285 Anti-Nodal Planes : -65.266776 33.047201 2. 象差指标数据：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 16 页 - - - - - - - - - 实际值目标值f33mm, 33.000mm fl30.278803 mm,53.17881 10mLmm, 0 mSC54.11334 10, 0 53.1

32、76422 10FCLmm, 0 -3snL-1.55717 10 mm, 0 FCL0.026984mm, 0 5snSC4.006053 10, 0 4. 象差公差数据：初级球差公差 :2312 2.74 0.5875618100.0685mLmm正弦彗差公差 :FCL2312 2.70.5875618100.0171mm轴向色差公差 :mSC0025.0高级球差公差 :2312 2.760.5875618100.1028snLmm色球差公差 : 2312 2.740.5875618100.0685FCLmm高级正弦彗差公差:0025.0SCsn4. 象质指标图：1）点列图名师资料总结 -

33、 - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 16 页 - - - - - - - - - 2）MTF曲线3）垂轴象差名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 16 页 - - - - - - - - - 4）场曲畸变5）横向色差名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理

34、 - - - - - - - 第 13 页，共 16 页 - - - - - - - - - 三、发挥题要求: 在当前重大光学工程领域的光学镜头中选择一种阐述其光学特点（主要从焦距、相对孔径、视场、工作波段、折射反射式、像差情况等方面论述）、采用结构式、发展趋势等。LAMOST 望远镜大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST ）是一架视场为5 度横卧于南北方向的中星仪式反射施密特望远镜。由于它的大视场，在焦面上可以放置四千根光纤，将遥远天体的光分别传输到多台光谱仪中，同时获得它们的光谱，成为世界上光谱获取率最高的望远镜。它将安放在国家天文台兴隆观测站。项目投资2.35 亿元。它将成

35、为我国天文学在大规模光学光谱观测中，在大视场天文学研究上，居于国际领先的地位光学特点LAMOST 望远镜最突出的特点是大口径（4 米）兼大视场（5 度），以及4000 根光纤组成地超大规模光谱观测系统。与国际上同类型的巡天项目，比如美国斯隆数字巡天计划（SDSS ）和澳大利亚英澳天文台2dF 巡天相比， LAMOST 无论在望远镜口径上还是观测效率上都有极大的飞跃。LAMOST望远镜由八个子系统组成，分别是光学系统、主动光学和支撑系统、机架和跟踪系统、望远镜控制系统、焦面仪器、圆顶、观测控制和数据处理系统、输入星表和巡天战略。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -

36、 - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 16 页 - - - - - - - - - 光学系统由在南端的球面主镜MB 、在北端的反射施密特改正镜MA构成，焦面在中间。光轴南高北低，以适应台址纬度，扩大观测天区。球面主镜MB大小为 6.5 米 6 米，由 37块 1.1 米对角径的六角形球面镜拼接而成。反射施密特改正镜MA大小为 5.7 米 4.4 米，由 24 块对角径1.1 米的六角形主动非球面镜拼接而成。球面主镜MB是固定的，对天体的指向跟踪运动完全由MA担任。作为定天镜的MA采用地平式机架，其指向和跟踪由方位和高度两

37、个方向旋转实现。望远镜在天体经过中天前后进行观测。关键技术主动光学技术是LAMOST 项目最有挑战性和最核心的关键技术。为了改正球面主镜MB的球差，观测时需要实时变化改正镜MA的非球面面形，主动光学系统通过结合薄镜面和拼接镜面主动光学技术使24 块薄平面子镜按要求变形，并使各子镜共焦。上千个力促动器实时控制 MA的各个子镜，以便达到要求的形状。MB的 37 块子镜直接通过主动位移促动器调节机构联接于主体桁架之上，利用拼接镜面主动光学技术实现共焦。LAMOST 系统在世界上首次应用了在同一块大镜面上同时应用薄镜面主动光学技术和拼接镜面主动光学技术，还首次在一个光学系统中同时采用了两块大的拼接镜面

38、。球面主镜的拼接是项目关键技术的重要组成部分，也是使项目造价大为降低的关键之一。望远镜收集来自天体的微弱辐射，成像在焦面上，然后通过焦面仪器进行分光、探测和记录。焦面仪器是LAMOST 直接获取天体光谱信息的部分，包括光纤定位装置、光纤、光谱仪和 CCD 探测器等几个主要部分。“并行可控式光纤定位技术”是LAMOST 又一项自主创新和关键技术。与SDSS采用的钻孔铝板和2dF 采用的磁扣方式不同，LAMOST 光纤定位采用了双回转光纤定位单元方案。LAMOST 焦面直径1.75 米，与我们吃饭用的圆桌大小相仿，如图4 所示。定位系统可在数分钟的时间里将焦面上的4000 根光纤按星表位置精确定位

39、，并提供光纤位置的微调。4000 个光纤定位单元在焦面上以25.6 毫米等距离排列，每个单元驱动光纤在直径33 毫米的范围内工作。 LAMOST 定位系统的优势是通过4000 个定位单元并行工作，大大缩短了定位时间。也避免了 SDSS那样每次观测都需要更换光纤铝板的麻烦。在一个餐桌大小的焦面板上8000个电机带动4000 个光纤定位单元转到，想一想也是件震撼人心的场景。结构形式于 LAMOST 的独创型结构，其望远镜建筑也不同于一般的天文望远镜圆顶。它由 MA楼、MB楼和焦面仪器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -

40、名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 16 页 - - - - - - - - - 楼三部分组成，如题图所示。 MA的圆顶围挡为一带球冠的圆柱形，上部可向东西移开。焦面到 MB围挡为一卧式长通道，开有百叶窗，以减少风对MA的影响，并使光路中温度均匀，避免恶化天然的大气视宁度。发展趋势LAMOST 是一架我国自主创新设计、在技术上非常有挑战性的大型光学望远镜，在多项技术上走在国际前沿，是有望获得世界瞩目科学成就的国家重大科学工程。也是我国口径最大的望远镜。LAMOST 还开创了一种新的望远镜类型，LAMOST 型施密特望远镜，打破了大视场望远镜不能兼有大口径的瓶颈，

41、被国际上誉为“建造地面高效率的大口径望远镜最好的方案”。2005 年春夏之交，中国科学院和LAMOST 指挥部邀请了多位国际知名的天文仪器专家和天文学家对LAMOST 望远镜的功能和潜在的科学意义进行评估。这其中包括美国帕洛马天文台前台长，美国Keck 天文台前台长，美国叶凯士天文台前台长，SDSS项目负责人， 2dF 项目负责人。经过仔细的现场考察和与项目成员的深入交流，这些国际大碗认为：“LAMOST将会是一个适合于研究广泛领域中重大天体物理问题的世界级巡天设备。鉴于其集光面积和光纤数目， LAMOST 潜在的功能将比SDSS数字巡天和2dF 高出 10 到 15 倍。如果能达到这样高的

42、指标，它将是一个巨大的飞越，并打开了一个广阔的探索空间。LAMOST 将会有非常好的科学产出，一定能够在河外天文学与银河系天文学方面产生世界级的研究成果。”LAMOST 独特的设计思想也对国际天文望远镜的设计产生了重要影响。2005 年 6 月初，一些国外天文学家提议在南极建造一台大口径的LAMOST 型望远镜。国家天文台LAMOST 望远镜与南极 LAMOST 一南一北，遥相呼应，对整个天区进行完备的深度光谱观测。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 16 页 - - - - - - - - -

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4.3 金币

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