光学系统设计报告

光信1104 郑宇婷 U 光学课程设计报告光学课程设计报告姓 名： 郑宇婷 学 号： U 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 2013年 4 月 9 日一 光学课程设计任务1、课程意义（1）综合运用课程的基本理论知识，进一步培养理论联系实际的能力和独立工作的能力。（2）初步掌握简单的、典型的、与新型系统设计的基本技能，熟练掌握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，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）巩固和消化课程中所学的知识，初步了解新型光学系统的特点，为学习专业课与进行毕业设计打下好的基础。（4）培养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，采用普罗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/f1：4（D为入瞳直径，D30mm）；3、望远镜的视场角28；4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕；5、棱镜最后一面到分划板的距离14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为25mm。6、lz 810mm二 物镜外形尺寸计算 1、优化前的初始结构+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。结构较为简单，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、未优化前初始结构+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一定距离。因此，目镜的轴外像差一般比较大，必须校正。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2、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：面序号半径厚度玻璃STO58.88004.0551230.90002.992F23-364.80054.080K340.00033.110150.0003.000K960.00033.110170.00015.704K9计算结果：高斯参数： 有效焦距(f) 后截距(L) 前截距(L) 像距(l) 120.13501 15.70397 -120.44198 15.70397 入瞳距离(lz) 出瞳距离(lz) 近轴像高(y) 放大率(?) 0.00000 -104.12476 8.40066 0.00000 入瞳直径(D) 出瞳直径(D) 拉赫不变量(J) 像方孔径角(U) 30.00000 29.92351 -0.31467 0.12486像差：*零视场像差* 1H 0.85H 0.707H 0.5H 0.3H 0H球差 L -0.0343 -0.0873 -0.0918 -0.0619 -0.0257 0.0000弥散园 LR -0.0043 -0.0093 -0.0081 -0.0039 -0.0010 0.0000F光球差 LF 0.0812 -0.0105 -0.0435 -0.0434 -0.0251 -0.0090C光球差 LC -0.0035 -0.0427 -0.0370 0.0035 0.0461 0.0753轴向色差 LFC 0.0847 0.0322 -0.0065 -0.0469 -0.0712 -0.0844*D光各视场像差*相对视场 Lz1 Lz2 Yz Xt Xs Xts 1 0.0000 -104.0573 -8.3961 -0.8437 -0.4207 -0.4230 .85 0.0000 -104.0760 -7.1377 -0.6109 -0.3044 -0.3065 .7071 0.0000 -104.0910 -5.9385 -0.4235 -0.2109 -0.2126 .5 0.0000 -104.1079 -4.1998 -0.2122 -0.1056 -0.1066 .3 0.0000 -104.1188 -2.5201 -0.0765 -0.0380 -0.0384 Yz YzF YzC yFC yT yS 1 0.0046 0.0190 -0.0015 0.0205 -0.0181 -0.0347 .85 0.0028 0.0151 -0.0024 0.0174 -0.0226 -0.0346 .7071 0.0016 0.0118 -0.0027 0.0145 -0.0262 -0.0345 .5 0.0006 0.0078 -0.0025 0.0103 -0.0302 -0.0344 .3 0.0001 0.0045 -0.0017 0.0062 -0.0328 -0.0343 KT1.0H KT.7H KT.3H KS1.0H KS.707H KS.3H 1 -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*Lsn LTy KTsnh KTsny-0.07460 0.01621 0.00655 0.00041Xtsn Xssn LFC yFCsn-0.00162 -0.00054 0.16909 0.00000*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： 0） 1.0H 0.85H 0.7071H 0.5H 0.3H 0H 1 -0.16897 -0.13680 -0.10651 -0.06737 -0.03631 0.00000 .85 -0.13060 -0.10602 -0.08206 -0.05101 -0.02692 0.00000 .7071 -0.09857 -0.08055 -0.06196 -0.03767 -0.01932 0.00000 .5 -0.05996 -0.05028 -0.03837 -0.02224 -0.01063 0.00000 .3 -0.03135 -0.02847 -0.02175 -0.01170 -0.00485 0.00000 0 -0.00431 -0.00931 -0.00813 -0.00388 -0.00096 0.00000 -1.0H -0.85H -0.7071H -0.5H -0.3H -0H 1 0.04947 0.06164 0.05987 0.04670 0.02941 0.00000 .85 0.02958 0.04248 0.04263 0.03353 0.02109 0.00000 .7071 0.01490 0.02793 0.02932 0.02321 0.01449 0.00000 .5 0.00108 0.01326 0.01540 0.01207 0.00723 0.00000 .3 -0.00386 0.00632 0.00801 0.00561 0.00282 0.00000 0 0.00431 0.00931 0.00813 0.00388 0.00096 0.00000-子午光线对弥散圆直径 1.0H 0.85H 0.7071H 0.5H 0.3H 0H 1 0.21844 0.19843 0.16638 0.11407 0.06572 0.00000 .85 0.16017 0.14850 0.12469 0.08454 0.04800 0.00000 .7071 0.11348 0.10848 0.09128 0.06088 0.03381 0.00000 .5 0.06104 0.06354 0.05376 0.03431 0.01786 0.00000 .3 0.02749 0.03479 0.02976 0.01731 0.00766 0.00000 0 0.00862 0.01862 0.01626 0.00775 0.00193 0.00000-弧矢垂轴像差分量（Ys Ys） 1.0H 0.85H 0.7071H 0.5H 0.3H 1 -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 -0.00239 0 0.00000 -0.00431 0.00000 -0.00931 0.00000 -0.00813 0.00000 -0.00388 0.00000 -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) 19.67188 3.39771 0.03249 3.39771 入瞳距离(lz) 出瞳距离(lz) 近轴像高(y) 放大率(?) -10.00000 41.97069 8.24911 0.00000 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 -0.31450 0.12708像差：*零视场像差* 1H 0.85H 0.707H 0.5H 0.3H 0H球差 L -0.3315 -0.2379 -0.1637 -0.0814 -0.0292 0.0000弥散园 LR -0.0422 -0.0257 -0.0147 -0.0052 -0.0011 0.0000F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 -0.0180 0.0112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 Lz1 Lz2 Yz Xt Xs Xts 1 -10.0000 12.0888 -8.6758 -0.0045 -1.5952 1.5907 .85 -10.0000 20.8600 -7.0416 1.0383 -0.7135 1.7518 .7071 -10.0000 26.4296 -5.7893 0.7462 -0.4381 1.1843 .5 -10.0000 33.3747 -4.0932 0.3539 -0.2057 0.5596 .3 -10.0000 38.6185 -2.4663 0.1211 -0.0727 0.1937 Yz YzF YzC yFC LT LS 1 -0.4267 -0.3759 -0.4514 0.0755 -0.1397 -0.3982 .85 -0.0299 -0.0075 -0.0424 0.0349 -0.2330 -0.3606 .7071 0.0437 0.0638 0.0331 0.0306 -0.2857 -0.3466 .5 0.0313 0.0469 0.0234 0.0235 -0.3169 -0.3373 .3 0.0084 0.0184 0.0035 0.0149 -0.3275 -0.3333 KT1.0H KT.7H KT.3H KS1.0H KS.707H KS.3H 1 0.0875 0.0504 0.0102 0.0382 0.0189 0.0034 .85 0.0311 0.0164 0.0031 0.0163 0.0078 0.0014 .7071 0.0259 0.0130 0.0024 0.0117 0.0056 0.0010 .5 0.0194 0.0095 0.0017 0.0076 0.0036 0.0006 .3 0.0121 0.0059 0.0010 0.0044 0.0021 0.0004*高级像差*Lsn LTy KTsnh KTsny0.00202 0.19173 0.00664 -0.03600Xtsn Xssn LFC yFCsn0.74843 0.35949 0.00286 -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： 0） 1.0H 0.85H 0.7071H 0.5H 0.3H 0H 1 0.05487 0.04877 0.03913 0.02288 0.00909 0.00000 .85 0.14056 0.12464 0.10652 0.07672 0.04586 0.00000 .7071 0.08455 0.07767 0.06803 0.05019 0.03038 0.00000 .5 0.02405 0.02745 0.02717 0.02220 0.01408 0.00000 .3 -0.01404 -0.00365 0.00225 0.00549 0.00455 0.00000 0 -0.04217 -0.02572 -0.01472 -0.00517 -0.00111 0.00000 -1.0H -0.85H -0.7071H -0.5H -0.3H -0H 1 0.12013 0.08793 0.06165 0.03126 0.01132 0.00000 .85 -0.07835 -0.07828 -0.07372 -0.05995 -0.03974 0.00000 .7071 -0.03281 -0.04010 -0.04196 -0.03713 -0.02567 0.00000 .5 0.01474 0.00032 -0.00810 -0.01275 -0.01070 0.00000 .3 0.03822 0.02088 0.00954 0.00033 -0.00247 0.00000 0 0.04217 0.02572 0.01472 0.00517 0.00111 0.00000-子午光线对弥散圆直径 1.0H 0.85H 0.7071H 0.5H 0.3H 0H 1 0.06527 0.03916 0.02252 0.00838 0.00223 0.00000 .85 0.21891 0.20292 0.18025 0.13668 0.08559 0.00000 .7071 0.11736 0.11777 0.10999 0.08732 0.05605 0.00000 .5 0.00931 0.02713 0.03527 0.03495 0.02478 0.00000 .3 0.05226 0.02453 0.00728 0.00516 0.00702 0.00000 0 0.08434 0.05143 0.02944 0.01034 0.00223 0.00000-弧矢垂轴像差分量（Ys Zs） 1.0H 0.85H 0.7071H 0.5H 0.3H 1 0.03820 -0.25783 0.02743 -0.20824 0.01888 -0.16603 0.00939 -0.11173 0.00337 -0.06487 .85 0.01629 -0.13126 0.01151 -0.10124 0.00783 -0.07739 0.00383 -0.04936 0.00136 -0.02757 .7071 0.01167 -0.09695 0.00821 -0.07221 0.00556 -0.05334 0.00271 -0.03243 0.00096 -0.01745 .5 0.00759 -0.06811 0.00533 -0.04775 0.00360 -0.03304 0.00175 -0.01811 0.00062 -0.00887 .3 0.00440 -0.05139 0.00309 -0.03355 0.00209 -0.02123 0.00101 -0.00977 0.00036 -0.00387 0 0.00000 -0.04217 0.00000 -0.02572 0.00000 -0.01472 0.00000 -0.00517 0.00000 -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结构。在照着老师给的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。我就理所当然的将P减去P0改成了P0减去P。但后