现代光学设计方法 李林

现代光学设计

——结课总结

光学工程一班陈江坤 学号 2120100556

一、掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。

像质评价方法

一、

几何像差曲线

1、球差曲线：

球差曲线纵坐标是孔径，横坐标是球差（色球差），使用这个曲线图，一要注意球差的大小，二要注意曲线的形状特别是代表几种色光的几条曲线之间的分开程度，如果单根曲线还可以，但是曲线间距离很大，说明系统的位置色差很严重。

2、轴外细光束像差曲线

这一般是由两个曲线图构成。图中左边的是像散场曲曲线，右边的是畸变，不同颜色表示不同色光，T和S分别表示子午和弧矢量，同色的T和S间的距离表示像散的大小，纵坐标为视场，左图横坐标是场曲，右图是畸变的百分比值，左图中几种不同色曲线间距是放大色差值。

3、横向特性曲线（子午垂轴像差曲线）：

不同视场的子午垂轴像差曲线，纵坐标EY代表像差大小，横坐标PY代表入瞳大小，每一条曲线代表一个视场的子午光束在像面上的聚交情况。理想的成像效果应当是曲线和横轴重合，所有孔径的光线对都在一点成像。纵坐标上对应的区间就是子午光束在理想像面上的最大弥散斑范围。这个数值和点列图中的GEO尺寸一致，GEO尺寸就是横向特性曲线

一、 绪论

本文利用Zmax程序优化设计一个He-Ne激光光束聚焦物镜，它在单色光波长下工作，成像质量要达到衍射受限水平。设计过程中，先用具体的计算结果初步讨论玻璃的选择和透镜片数的考虑，然后选择不同的评价函数，以及不同的初始结构，最终找到多个像质较优的解。

具体设计任务的要求如下： ①焦距f’=60mm； ②相对孔径

D1?； f'2③物距l??，视场角??0?； ④工作波长??0.6328?m；

⑤此镜头只需要消球差，几何弥散圆直径小于0.002mm； ⑥镜头结构尽量简单，争取用两块镜片达到要求。

二、 镜头片数及玻璃选择的考虑和初步分析

1、单片低折射率材料的情况

先看看单片低折射率材料物镜它的像质是什么样的， 选一个普通的K9，折射率n=1.51466 ，利用Zemax程序设计一个焦距f’=60mm，相对孔径

D1?，视场角f'2??0?的激光光束物镜，光阑放在透镜的第一面，入瞳直径为30mm，物镜初始结构

可以由公式

111?(n?1)(?)计算得出，可以取一个对称结构即r1??r2，可以得到f'r1r2物镜半径为61.7592mm。取第一个面半径为变量，第二个面半径用来保证焦距为60mm（图2-1）。评价函数选用“TRAY

考试科目:《现代设计方法》 （总分100分） 时间：90分钟

__________学习中心（教学点） 批次： 层次： 专业： 学号： 身份证号： 姓名： 得分：

一、单项选择题（每小题1.5分，共27分）

?11?1.试判别矩阵??，它是（ ） 11??A、单位矩阵 B、正定矩阵 C、负定矩阵 D、不定矩阵 2.约束极值点的库恩——塔克条件为：??F(X)?λi>0时，则q应为（ ）

A、等式约束数目 B、不等式约束数目 C、起作用的等式约束数目 D、起作用的不等式约束数目 3.在图示极小化的约束优化问题中，最优点为（ ）

A、A B、B C、C

光学工程,力学,仪器科学,电子科学与技术

光学工程,力学,仪器科学,电子科学与技术

15-1 全息照相

1948年全息照相术诞生。

全息照相的优点：可以再现物体的立体形象。

普通照相 全息照相 以干涉、衍射为基础的 无透镜摄影，记录物体 所发光波的振幅和位相 （全部光信息）

只记录物体所发 光波的振幅

全息底片没有物体的影像，而是记录了物体所发 光波的全部信息的干涉条纹。

光学工程,力学,仪器科学,电子科学与技术

一、全息照片的拍摄和再现 1、全息记录 记录物体上各点发出的光波的频率、振幅、位相

分光镜

激光器 物光和参考光在 感光胶片处相干 反射镜 叠加、感光。

反射镜

物光

参考光

振幅不同使条纹变黑程度不同， 相位不同则使条纹的密度、形状各异。

感光胶片

光学工程,力学,仪器科学,电子科学与技术

相位的记录（参考光为平面波）

参考光 物光 d r O D

a

设a、b为某相邻的两条暗纹

dx

x

b

参考光在a、b两处相位相同 物光在a、b两处光程差为

dx

sin x 在底片同一处，来自物体上不同发光点的点，由于它 们的 或r不相同，与参考光形成的干涉条纹间距不同。

sin dx

r

底片上的干涉条纹间距及条纹走向反映了物体上各 发光点的位置差别。

光学工程,力学

28国外计测2000年第20卷第2期

表面粗糙度的光学测量方法

李成贵　董申

(哈尔滨工业大学精密工程研究所,黑龙江省哈尔滨市,150001)

OpticalMethodforMeasuringSurfaceRoughness

LiChenggui,DongShen

　　摘　要　表面粗糙度的光学测量方法,具有非接触、精度高和响应快等优点,致使其研究十分引人注目,发展极快。本文简单介绍了几种典型的光学测量原理和方法及一些已商品化的仪器。　　关键词　表面粗糙度　测量　光学方法

　　Abstract　Theopticalmethodofmeasuringsurfaceroughnesshasadvantagesofuncontact,highaccuracyandfastresponse,sotheresearchofthatmethodfixespeople'seyesanditsdevelopmentgetsveryfast.Inthispaper,severalprinciplesandmethodsoftypicalopticalmeasurementandsomecommercializedinstrumentsarepresentedbriefly.

第2章模型过程

1启动AnsysWorkbench 13.0并建立分析项目

（1）在“开始”菜单中执行ANSYS 13.0?Workbench 13.0命令。 （2）在ANSYSWorkbench主界面中选择Units（单位）?Metric（kg,mm,°C,mA,N，mV）命令，设置模型单位,如图2.1.1所示：

图2.1.1设置单位

（3）在ANSYS Workbench的工具栏中单击Save按钮，保存项目工程名为lianjieban。

（4）双击主界面Toolbox（工具箱）中的Component Systems Geometry（几何体）选项，即可在项目管理区创建分析项目A，如图2.1.2所示。

图2.1.2 创建分析项目A 图2.1.3 创建分析项目

6

（5）在工具箱中的Analysis Systems Static Structural上按住鼠标左键拖到项目管理区中，当项目A的Geometry呈红色高亮显示时，放开鼠标创建项目B，此时相关联的数据可共享，如图2.1.3所示。

2导入几何模型

（1）在A2栏的Gemetry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry Bro

现代设计方法的特点与趋势

摘要：现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。本文论述了现代设计方法的主要内容和主要特点 .随着科学技术的飞速发展和人们对产品要求的提高 ,现代设计方法变得越来越重要 ,而且将会是各学科群之间相互交叉渗透的一门综合性学科。

【关键词】： 现代设计方法 特点 趋势 引 言

由于国际化市场的激烈竞争和用户对产品的功能、质量、价格、供货期、售后服务等要求越来越高，以及高新技术的飞速发展，以信息科学与微电子技术为代表的现代科学技术对制造业的渗透、改造和更新，使传统的制造技术演变成为一门涵盖从产品设计、制造、管理、销售到回收再生的全过程，跨多个学科且高度复杂化、集 成化的先进制造技术。柔性自动化，智能化，并行工程，虚拟制造，精密、微细加工等，是当今先进制造技术的发展趋势。现代设计技术是现代制造技术的主体技术之一，也是先进制造技术的核心与灵魂，必将伴随着先进制造技术的发展，计算机和信息技术的进步，制造业生产模式的变革，竞争与合作的全球化，人们对生态环 境、资源的关切和对产品品质多样化等方面的要求，而发生着深刻的变化。

一、现代设计方法的主要内容

现代设计

设计与计算

10.3969/j.issn.1673-3355.2012.01.004

CFHITECHNOLOGY

板坯连铸机二冷扇形段设计

李润林1，吕

艳2

摘要：结合板坯连铸理论及设计经验，对板坯连铸机二冷扇形段的设计方法进行阐述和总结。关键词：板坯连铸机；辊子；框架；扇形段；润滑中图分类号：TG233.6

文献标识码：B文章编号：1673-3355（2012）01-0004-04

DesignofSlabCasterSegmentsinSecondaryCoolingSection

thetheorywiththedesignexperience.

Keywords:slabcaster；roller；frame；segment；lubricationsystem

LiRunlin，LuYan

Abstract:Thedesignofslabcastersegmentsinthesecondarycoolingsectionisdescribedonthebasisofthecombinationof

板坯连铸机在连铸技术的发展中起着相当重

要的作用。板坯连铸机工艺性强，设备结构复杂，总体技术水平要求高。正如有的专家所说“它是

。一种复杂而精密的装备”

二冷扇形段区

绪论

1、工程设计的发展经历了在直觉设计、经验设计、中间实验辅助设计和现代设计四个阶段。

2、现代设计方法与传统设计方法相比实现了如下几方面的转变：

从定性分析向定量分析、从静态分析向动态分析、从零部件计算向整机计算、从手工设计计算向自动化设计计算及由安全设计向优化设计等。 3、动态性能包括：

①固有特性，即各阶固有频率、模态振型和阻尼特性等 ②系统在外部激振力作用下的响应，即动态应力和动态位移等 ③系统在工作状态下产生自激振动的可能性等。

4、对整台机器的分析计算工作由于两个原因迟迟未能进行： ①在整机结构复杂，需要完成巨大的计算工作量； ②对零件的连续部分（称为结合部）的特性缺乏研究。

5、按零件简结合部的连接方式来分，可分为固定连接和滑动连接。

6、现代化CAD工作站所完成的任务包括：利用计算中的专家系统协助确定技术参数和总体方案；绘制总图和零件图；使用有限元对其动、静态性能进行分析计算；通过优化设计不断地进行修改，以获得最优设计方案；在屏幕上显示设计结果，还可以图样和数据的形式输出。

7、常用建立数学模型的方法，除有限元外，还有键图法、边界元法和控制工程。 8、键图法是一种为系统建造数学模型的方法。

9、模型试验设计的过程包括：根据相

现代设计方法练习试题 一、单项选择题

1．CAD一词已经成为世界通用的名词，它是指（ ） A．计算机辅助工程 B．计算机辅助制造 C计算机辅助设计 D．计算机辅助工艺规程设计

2．实验测试了自变量为3，4，5，6，7，8时的函数值，现要用抛物线插值法计算5.3处的函数值，选择下列哪组自变量及其对应的函数值进行插值计算较为合理（ ） A．3，4，5 B．4，5，6 C．5，6，7 D．6，7，8 3．设备坐标系的维数一般为（ ） A．一维 B．二维 C三维 D．四维

4．将平面图形沿X方向平移10个单位，沿Y方向平移个单位，其坐标变换矩阵为（ ） A．平均寿命 B．平均失效密度 C．平均可靠度 D．平均失效率 (1)(2)(1)[K]=E，[K] = 二、多项选择题

21．下列设备属于CAD的输入设备的，有（ ） A．显示器 B．扫描仪 C．键盘 D．绘图仪 E．光 笔 22．通过矩形窗口与矩形视区的匹配，可以实现图形的（ ） A．放大 B．缩小 C．锗切 D．摇视 E平移 现代设计方法参考答案 23．下列方法中属于利用目标函数的导数构造搜索方向的优化方法有（ ） 一、单项选择题 A．坐标轮换法 B．梯度法 C．单纯形