光学设计-光学系统设计2011年

成绩评定（1）考试 （60）（2）设计作业的电子文档（2）（3）上机考核 （2）考试内容1、计算题（3）2、问答题（7）设计作业内容测量显微镜光学系统（设计说明书和镜头文件。镜头文件包括物镜镜头文件、目镜镜头文件和光学系统镜头文件 ）上机考核1、考核练习的例子2、考核设计作业,测量显微镜光学系统设计,教学班级：光信息08（1、2 、3）指导教师：李保生 刘志健,目镜,物面,显微物镜,分划板,系统结构框图,棱镜,折转角,(1)视场大小自定，尽可能大些.(2)可以不加棱镜。如加棱镜，棱镜可以按照等效玻璃板处理.(3）,设计任务和要求,部分技术参数和任务分配规则,（1）目镜放大率10 ， 15序号百位数为: (奇数， 偶数） （2）沿光轴,目镜最后一面到物面几何距离（毫米） 110,130, 150,170, 190，210,230, 250,260,280,序号十位数为: （ 0 ， 1 ，2， 3 ，4， 5 ，6，7 ，8，9 ）（3）对工件实边缘的对准精度为（微米） 0.8，1， 1.2， 1.4， 1.6， 1.8， 2， 2.5， 3，3.5，序号个位数为:（ 0 ， 1 ，2， 3 ， 4， 5 ，6，7 ，8，9 ）（4）其它参数自定 例,序号148：目镜放大率 10，距离190毫米，对准精度为3微米,设计作业,每人上交一份设计作业:（1）设计说明书（纸质） 形式完整（有封面、目录、摘要、正文、参考文献、附录,有标页号等）。正文不少于12页。说明书书写格式参照本科生毕业设计论文书写格式。设计说明书的章节内容和目录安排请参看后面内容:光学系统设计的一般步骤. 设计说明书应真实地记录本人的整个设计过程,包括本人的不成熟的各种考虑和计算细节以及最终结果; 要陈述方案比较过程以及做出最终结果的依据. （2）图纸(手工制图) 1、光学系统图一张； 2、光学零件图或部件图一张。 注：（符合国标，字迹工整）（3） 电子文档 设计说明书和镜头文件.镜头文件包括物镜镜头文件、目镜镜头文件和光学系统镜头文件 .,时间安排,第一周1、根据功能要求,确定整体方案、布局、技术参数2、完成外形尺寸的计算3、光学软件的使用和考核第二周1、光学部件的选择和优化2、长光路的拼接、统算、优化3、完成设计说明书的提纲和部分草稿第三周1、长光路的拼接、统算、优化2、对设计结果进行分析和评价3、完成和上交设计作业4、考试（1月8 日下午）,参考文献,（一）应用光学 胡玉禧（二）工程光学 郁道银（三）光学设计 图书馆-刘 钧（四）ZEMAX、LENSVIEW资料 教师提供（五）光学仪器设计手册(上) 图书馆（六）几何光学.像差.光学设计 图书馆-李晓彤（七）光学设计 图书馆-袁旭沧（八）工程光学设计 萧泽新 (九) 镜头手册 图书馆-福建（十）其它,光学系统设计的一般步骤,1、由功能要求 整体方案、布局、技术参数2、外形尺寸的计算（高斯光学参数 ）3、选择光学部件的结构形式 4、确定光学部件初始结构参数 5、光学部件的优化（用光学软件实现）6、长光路的拼接、统算、优化7、对设计结果进行分析和评价8、总结,例1：设计一台式单筒 正像 测量 显微镜，对准精度为1微米， 视场为5毫米，仪器高度大约为300毫米。 例2：设计一手持双筒望远镜，正像，能够分辨一千米 远5毫米的细节。例3：设计一变焦摄影物镜，焦距2090毫米。例4：设计对刀仪中的光学系统。例5：设计万工显横向读数装置中的光学系 统。,放大率为？倍,分划板,棱镜或透镜,物镜和目镜,功能要求、整体方案、布局、技术参数,外形尺寸的计算（高斯光学参数 ）,例1：（1）物镜和目镜的放大率，NA（2）轴向尺寸： 共轭距、物镜和目镜的焦距等（3）垂轴尺寸（4）光束限制（孔阑、视阑） 目的？,选择光学部件的结构形式,例1：物镜： 要考虑到放大率、NA、视场、像质、简单性等， 采取折射式？ 消色差？平场？。目镜：焦距、视场等棱镜：类型、通光口径,确定光学部件初始结构参数,初始镜头结构参数可从以下资料中查取 （不必计算） ：1、ZEMAX自带的例子;2、图书馆中的书籍:光学设计、工程光学 设计、光学设计手册、镜头手册等；3、教师提供的LENSVIEW镜头资料；ZEBASE镜头资料.4、其它-同学们自己查寻。,光学部件的优化,（1）分别优化物镜、目镜。（2）利用光学软件逐次修改结构参数，使像差得到最佳的校正和平衡 （同时放大率、物像位置也达到要求）（3）棱镜、分划板可作为物镜或目镜的一部分（4）倒算（眼 物 ）或正算。 （5）一般要整体缩放,长光路的拼接、统算、优化,1、在考虑像质的基础上，反复对轴向尺寸和垂轴尺寸进行拼接、统算、优化2、要考虑到光束限制,对设计结果进行分析和评价,像质：1、用ZEMAX中的MTF、spot diagram等评价 2、与放大率的匹配 视场： 景深：景深大好还是小好？ 光度学：要考虑到接受器的灵敏度 照明系统:均匀性、照度 性价比：材料成本、加工成本 体积： 其它：如公差，互换性等。,设计总结,优点（特点） 缺点（不足） 改进措施（展望）,像差理论,1、几何像差分类 （2+5）2、影响像差的因素 （视场、孔径、波长差）3、像差对像质的综合影响 （模糊、颜色失真、畸变）4、像质对系统性能的影响 （分辨率、瞄准精度、测量精度、真实感）5、像差理论的作用,背景知识,光学软件,1、种类Zemax oslo codev tracepro等 2、 Zemax的基本功能* 成像质量的计算和分析* 结构优化* 公差计算,背景知识,光学软件,* 成像质量的计算和分析光学系统结构数据输入：孔径，视场，波长，表面模型，玻璃表，玻璃模型，光阑。* 结构优化变量选择，优化目标函数选择，内定目标函数调出，限制边界条件。* 公差计算内定的公差初值，初值修改，公差计算，根据各变量的灵敏度修改公差，放宽公差的可能性，公差和成本。,背景知识,Zemax的基本功能,ZEMAX, 应用范围：传统相机、数码相机、内窥镜等光学镜头的设计DVD、VCD读写头投影系统，背投电视照明系统干涉仪LEDLaser diode