雙膠合望遠物鏡設計

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1、目錄一、前言7二、ZEMAX仿真9三、設計優(yōu)化17四、數(shù)據(jù)比較和優(yōu)化后參數(shù)21五、設計心得體會24六、參考文獻25評分表附表26一前言光學是研究光的行為和性質(zhì)，以及光和物質(zhì)相互作用的物理學科。光是一種電磁波，在物理學中，電磁波由電動力學中的麥克斯韋方程組描述；同時，光具有波粒二象性，需要用量子力學表達。光的本性也是光學研究的重要課題。微粒說把光看成是由微粒組成，認為這些微粒按力學規(guī)律沿直線飛行，因此光具有直線傳播的性質(zhì)。我們通常把光學分成幾何光學、物理光學和量子光學?！　缀喂鈱W是從幾個由實驗得來的基本原理出發(fā)，來研究光的

2、傳播問題的學科。它利用光線的概念、折射、反射定律來描述光在各種媒質(zhì)中傳播的途徑，它得出的結(jié)果通常總是波動光學在某些條件下的近似或極限。　　物理光學是從光的波動性出發(fā)來研究光在傳播過程中所發(fā)生的現(xiàn)象的學科，所以也稱為波動光學。它可以比較方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向異性的媒質(zhì)中傳插時所表現(xiàn)出的現(xiàn)象。　　波動光學的基礎就是經(jīng)典電動力學的麥克斯韋方程組。波動光學不詳論介電常數(shù)和磁導率與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，而側(cè)重于解釋光波的表現(xiàn)規(guī)律。波動光學可以解釋光在散射媒質(zhì)和各向異性媒質(zhì)中傳播時現(xiàn)象，以及光在媒質(zhì)界面附近的表

3、現(xiàn)；也能解釋色散現(xiàn)象和各種媒質(zhì)中壓力、溫度、聲場、電場和磁場對光的現(xiàn)象的影響。量子光學1900年普朗克在研究黑體輻射時，為了從理論上推導出得到的與實際相符甚好的經(jīng)驗公式，他大膽地提出了與經(jīng)典概念迥然不同的假設，即“組成黑體的振子的能量不能連續(xù)變化，只能取一份份的分立值”。光學是由許多與物理學緊密聯(lián)系的分支學科組成；由于它有廣泛的應用，所以還有一系列應用背景較強的分支學科也屬于光學范圍。所以光學是一個相當有用的學科。本次設計采用ZEMAX光學設計軟件。ZEMAX是一個用來模擬、分析和輔助設計光學系統(tǒng)的程序。ZEMAX的界面設

4、計得比較容易被使用，稍加練習就能很快地進行交互設計。大部分ZEMAX的功能都用選擇彈出或下拉式菜單來實現(xiàn)。鍵盤快捷鍵可以用來引導或略過菜單，直接運行。二ZEMAX仿真一、本次設計要求如下：1.焦距為100mm；2.波長為0.6328um;3.光源為無窮遠處;4.像空間F/﹟=45.前一塊玻璃為BAK1,后一塊玻璃為F3先打開ZEMAX軟件，根據(jù)設計要求修改系統(tǒng)設定,包括系統(tǒng)孔徑,鏡頭單位，視場，和波長。（1）修改系統(tǒng)設定。首先，根據(jù)要求的設計參數(shù)計算物方孔徑EPD。提供的有效焦距efl為100mm，像空間F/﹟=4。由公式

5、，得物方孔徑EPD約等于25。在ZEMAX主菜單軟件中，選擇系統(tǒng)>通用配置，在彈出的對話框中，光圈類型選擇入瞳直徑，光圈數(shù)值選擇25，單位毫米。（2）視場設定。在ZEMAX主菜單軟件中，選擇系統(tǒng)>視場，在彈出的對話框中，視場類型選擇角度，并輸入三組視場數(shù)據(jù)，(0,0),(0,3)和(0,5)。第三步，波長設定。在ZEMAX主菜單軟件中，選擇系統(tǒng)>波長，在彈出的對話框中，選擇要求的波長0.6328um，單擊確定完成配置系統(tǒng)配置完畢，即可在LDE中輸入數(shù)據(jù)。鏡頭數(shù)據(jù)編輯器是一個主要的電子表格，將鏡頭的主要數(shù)據(jù)填入就形成了鏡頭數(shù)

6、據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)中每一個面的曲率半徑、厚度、玻璃材料。單透鏡由兩個面組成(前面和后面)，物平面和像平面各需要一個面，這些數(shù)據(jù)可以直接輸入到電子表格中。當鏡頭數(shù)據(jù)編輯器顯示在顯示屏時，可以將光標移至需要改動的地方并將所需的數(shù)值由鍵盤輸入到電子表格中形成數(shù)據(jù)。每一列代表具有不同特性的數(shù)據(jù)，每一行表示一個光學面(或一個)。移動光標可以到需要的任意行或列，向左和向右連續(xù)移動光標會使屏幕滾動，這時屏幕顯示其他列的數(shù)據(jù)，如半口徑，二次曲線系數(shù)，以及與所在的面的面型有關(guān)的參數(shù)。屏幕顯示可以從左到右或從與右到左滾動?！鄙戏摗焙汀毕路?/p>

7、頁”鍵可以移動光標到所在列的頭部或尾部。當鏡頭面數(shù)足夠大時，屏幕顯示也可以根據(jù)需要上下滾動。首先，添加鏡面，設計要求雙鏡頭，所以添加3個鏡面，在鏡面編輯窗口中選擇編輯>插入曲面。曲面插入完畢，即可向鏡頭數(shù)據(jù)編輯窗口寫入鏡頭數(shù)據(jù)。設計要求第一塊鏡面材料BAK1第二塊鏡面材料為F3。在glass窗口中寫入材料的類型。完成后在Thickness欄中填入玻璃厚度。最后使用求解去執(zhí)行設計約束，設置像空間F/#為恒定值4。如下圖：接下來，分析.優(yōu)化前的系統(tǒng)性能。選擇分析>草圖>2D草圖，將出現(xiàn)2D草圖LAYOUT。點擊“生成DXF文件

8、”按鈕將產(chǎn)生一個2DDXF文件，并將它存儲起來。它的文件名用“DXF文件”處輸入的文件名確定。DXF文件是由弧和線組成，弧用來顯示鏡頭面的曲率。如果是只使用球面(或平面)的透鏡，那么弧可以完全的表示鏡頭。但是，弧只能近似的表示非球面。如果面是非球面，那么弧只有在頂點，最高點和最低點是正確的。ZEMAX在