基于ZEMAX的光学系统设计.doc

中北大学 光学设计计算与仿真 课程设计说明书 学生姓名： 董安冉 学 号： 44 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 光信息科学与技术 题 目： 基于ZEMAX的光学系统设计 指导教师： 赵宇 职称: 讲师 2013年 1 月 6 日 课程设计任务书 2012/2013 学年第 一 学期 学院： 信息与通信工程学院 专业： 光信息科学与技术 学 生 姓 名： 董安冉 学 号： 44 课程设计题目： 基于ZEMAX的光学系统设计 起 迄 日 期： 1 月 8日～ 1 月18 日 课程设计地点：仪器与科学教育部重点实验室 指 导 教 师： 赵宇 系 主 任： 程耀瑜 下达任务书日期: 2013年 1 月 6日 课 程 设 计 任 务 书 1．设计目的： 1 熟悉应用光学，工程光学，光学设计的基本原理； 2 掌握望远系统光学结构的基本设计方法； 3掌握zemax光学软件进行镜头设计的基本方法。 2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 设计要求： 完成下列3个设计，要求结合所学习的光学知识，给出镜头的计算过程，对像差产生的原因与大小进行计算分析，利用zemax软件进行仿真，对初始结构进行优化。 1．设计一个开普勒式望远镜，要求：焦距，视场角，放大率，出瞳直径（1~2人） 2．设计一个显微镜，要求：后焦距，视场角，放大率，镜头沿光轴总长不超过280mm，其他参数自定。（1~2人） 3．设计一个光绪摄影镜头，基于典型cooke－triplet结构，波长范围：350nm～850nm。光圈大小：f/8～f/2之间任选。视场：0deg，5deg，10deg（1~2人） 3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： 课程设计说明书一份； 电子文档（说明书、图纸）一份。  目 录 1.课程设计的背景及意义……………………………2 2.设计的基本原理………………………………………..3 3.课程设计的基本过程…………………………………..5 4.设计的结果……………………………………………..8 5.镜头的优化……………………………………………..11 6.总结和结论……………………………………………..14 7.参考文献………………………………………………..15 1．课程设计的背景及意义 随着光学产业的迅速发展，各类光学器件都在不同程度的改变和影响着我们的生活，基于ZEMAX的摄影镜头设计便是十分重要的一部分，任何一个光学系统不管应用于和处，其作用都是把目标发出的光透过我们所设计的镜头，最后成像，光学镜头的好坏直接影响着成像系统的成像质量，基于柯克三合系统的镜头结构，能够对光学镜头所有六种像差进行校正的结构最简单摄影镜头，故而为世界各光学公司仿制，加之三片三组式柯克结构镜头成本低廉故而产量巨大，广泛应用于各中低档相机镜头之中。通过对光学镜头的设计也是我们对与镜头设计有关的各类参数有更深的了解。 ERNOSTAR在摄影史上是具有划时代意义的摄影头，它的最大光圈在标准相机上可以达到2.0，要知道在1927年Tessar的光圈也就只有设计到2.7。ERNOSTAR是当时第一支可以在光线条件较差的情况下使用的镜头，也是第一个可以在很差的光线下不使用三脚架的镜头。因此了解它的工作原理以及特性对于我今后的学习有着十分重大的意义。 设计的基本原理 基于柯克三合系统的镜头结构，需要设计出5种镜头，包括典型cooke－triple结构镜头、ERNOSTAR结构镜头、Tessar结构镜头Heliar结构镜片、sonnar结构镜头。 基于柯克透镜的天塞系统设计要求 (1)焦距f＇ 决定了所成像的大小，当物体处于有限距离像高 y＇=（1-β）f＇tan w, β是垂轴放大率。 （2）光圈（F=f/D）大小：f/8--f/2，取光圈为4，则f=24,视场：0deg，5deg，10deg，波长范围350nm--850nm 2.2 cooke物镜及其发展基本类型 （1）柯克物镜（三片式物镜） 柯克物镜是薄透镜