现代光学镜头设计方法与实例

光学设计——光学设计实例 中国科学院上海光学精密机械研究所 2008年10月

意图

通过设计实例，加深对已学几何光学、像差理论 及光学设计基本知识、一般手段的理解，并能初步 运用。

介绍光学设计软件ZEMAX的基本使用方法，设计 实例通过ZEMAX来演示。

主要内容

光学设计软件ZEMAX简介 单透镜 双胶合透镜 非球面单透镜 显微镜物镜 双高斯照相物镜 公差计算

(具体的应用实例——视情况而定)

ZEMAX简介

美国ZEMAX Development Corporation研发

ZEMAX 是一套综合性的光学设计软件，集成了光 学系统所有的概念、设计、优化、分析、公差分析 和文件管理功能。ZEMAX所有的这些功能都有一个 直观的接口，它们具有功能强大、灵活、快速、容 易使用等优点。

ZEMAX 有两种不同的版本：ZEMAX-SE和ZEMAX-EE, 有些功能只在EE版本中才具有。

ZEMAX 可以模拟序列性(Sequential)和非序列 性(non-sequential)系统，分别针对成像系统和 非成像系统。

光学设计过程

计算机的出现，极大地促进了光学设计进程； 大多数光学设计程序的本质如下：

每个变量发生少

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

汽车现代设计理论与方法试题答案

1、用结构框图表示并行工程的一般步骤，列出每一步中涉及到的关键技术。

（1）并行工程的产品开发工程：

（2）并行工程的运行模式：

（3）并行工程（CE）的关键技术： ① 多功能集成产品开发团队； ②产品开发的过程建模；

③产品生命周期数字化建模； ④产品数字管理； ⑤质量功能配置； ⑥面向X的设计； ⑦并行工程集成框架。

2、简述动态设计包括的主要内容，动态设计过程采用的建模方式是什么？ 主要内容：

所谓“动态设计”是指机械结构和机器系统的动态性能在其图纸的设计阶段就应得到充分考虑，整个设计过程实质上是运用动态分析技术、借助计算机分析、计算机辅助设计和仿真来实现的，达到缩短设计周期、提高设计效率和设计水平的目的。

机械系统的动态特性是指机械系统本身的固有频率、阻尼特性和对应于各阶固有频率的振型以及机械在动载荷作用下的响应。 机械系统动态设计的主要包括两个方面： １）建立一个切合实际的机械系统动态力学模型，从而为进行机械系统动态力学特性分析提供条件； ２）

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

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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

光学系统设计(一)

一、单项选择题（本大题共 20小题。每小题 1 分，共 20 分）

在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。

1．主光线与光轴所确定的平面叫做 ( B)。 A.弧矢平面 B.子午平面 C.焦平面 D.像平面 2．共轴球面系统中，轴上点像差有 ( C )。

A.球差和彗差 B.球差和倍率色差 C.球差和位置色差 D.彗差和倍率色差

3．通常情况下观察像差时，除0视场和边缘视场外，还应注意的一个视场为 ( A )。 A.0.707视场 B.0.5视场 C.0.3视场 D.0.85视场 4．F光边缘光球差与C光边缘光球差之差也等于 ( A ) 。 A.边缘光和近轴光色差之差 B.边缘光和近轴光球差之差 C.F光和C光近轴光球差之差 D. F光和C光近轴光色差之差 5．望远镜的放大率是指 ( D )。 A.垂轴放大率 B.轴向放大率 C.角放大率 D.视觉放大率

6．下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有(D )。 A.球差 B.场曲 C.畸变 D.倍率色差 7．不会影响成像清晰度的

1．现代景观设计及其发展

1. 景观生态学原理、现代空间理论、行为心理学以及设计艺术思潮等领域的探索与研究奠定了现代景观设计研究的基石。

2. 通过将空间、行为、生态及人文精神的有机结合，综合提升土地的使用价值与效率，以可持续的方式、方法促进人居环境的发展。 3. 促进现代景观设计变革的主要因素：

① 20世纪急剧变化的世界格局导致景观设计领域国际化加剧； ② 哲学与美学及艺术思潮直接或间接影响着景观设计的理念； ③ 相关科学技术的发展改变景观设计的架构；

④ 随着学科高速发展，景观专业知识呈现既高度分化又高度整合的趋势； 4. 以生态学、“3S”技术、信息技术为代表改变学科发展态势，改变专业价值观念。5. 景观设计在经历了古典主义的唯美论、工业时代的人本论后，在后工业时代迎来了景观设计的多元论。

6. 美国景观设计师丘奇代表作唐纳花园的设计特色“被誉为20世纪最重要的花园设计之一”。受立体主义思想的影响，丘奇认为花园每处景观应可以同时从若干个角度来观赏，并且一个花园应该没有起点和终点的限制，景观空间是复始的。线条之间的对抗、形式之间的对立，使整个形体具有强烈的约束感，不仅具有自身独立的特点，同时也符合场地的的需求。

7. 丹·凯利的

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