用zemax進(jìn)行非球面補(bǔ)償系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-資料下載頁
2025-06-22 19:11本頁面
【正文】 N Y周期面 圓錐形面 N N Y環(huán)狀全息面 在環(huán)狀基底上用兩點(diǎn)光學(xué)構(gòu)造全息面 N N YJONES 矩陣面 校正偏振狀態(tài)的 JONES 矩陣 N N Y大氣折射面 通過地球大氣時(shí)所產(chǎn)生的折射 N N Y環(huán)帶平面 用深度可變的環(huán)帶構(gòu)成的菲涅爾平板 N N Y用戶自定義面用任一用戶自定義的函數(shù)來描述折射、反射、衍射、透射或表面的梯度折射性質(zhì)的廣義面N N Y20 非球面鏡片 簡介由于傳統(tǒng)的球面鏡片在光學(xué)上不可避免的存在一定的視覺缺陷（球面像差――正負(fù)鏡度數(shù)越高，棱鏡效果越明顯。即：光線向基底折射，物體向頂端位移） 。 為此現(xiàn)代鏡片在設(shè)計(jì)中不斷的革新，創(chuàng)造了新型的非球面設(shè)計(jì)。非球面鏡片的曲面不在是一個(gè)同一的曲率，即不在是一個(gè)球面。可以使鏡片更薄，減少邊緣像差。使配戴更舒適，外表更美觀?，F(xiàn)在的球面鏡片都采用低曲率的形式，鏡片平坦，美觀但像差很大，高屈光度配戴感覺邊緣扭曲明顯。非球面技術(shù)最早是應(yīng)用于映像設(shè)備，以減小像差，改善成像質(zhì)量。還可以減輕設(shè)備的重量。目前市場上高檔的照相機(jī)鏡頭大多使用非球面鏡片。為改善眼鏡鏡片的性能，減小鏡片邊緣像差以改善球面鏡片邊緣視物變形、扭曲的現(xiàn)象，將非球面技術(shù)引入眼鏡鏡片的設(shè)計(jì)中，不但改善了成像質(zhì)量，而且使鏡片更輕、更薄、更美觀。 一些常年配戴球面鏡片的人，按相同度數(shù)定配非球面鏡片，會(huì)覺得邊緣看東西不如原來清楚，甚至有視物變形的現(xiàn)象。這是由于非球面鏡片周邊度數(shù)小于同等球面鏡片邊緣度數(shù)，同時(shí)非球面鏡片邊緣像差被修正的原因。解決辦法是驗(yàn)光時(shí)不要減低太多矯正度數(shù)；配好的眼鏡盡量調(diào)大自身弧度；調(diào)低鼻托，縮小鏡角距。高度屈光不正選擇小一點(diǎn)的鏡架，防止邊緣看不清楚。 非球面鏡片光學(xué)原理21首先讓我們來弄清楚球面鏡的概念，一般鏡頭中所用的鏡片，都可以看作是球體的一部分，它的表面曲率是固定的，在由光軸上同一物點(diǎn)發(fā)出的光線，通過鏡頭后，在像場空間上不同的點(diǎn)會(huì)聚，從而發(fā)生了結(jié)像位置的移動(dòng)，這就是球面像差。對于全部采用球面鏡片的鏡頭而言，這是一種無可避免的像差。它的產(chǎn)生是由于離軸距離不同的光線在鏡片表面形成的入射角不同而造成的。當(dāng)平行的光線由鏡面的邊緣(遠(yuǎn)軸光線)通過時(shí)，它的焦點(diǎn)位置比較靠近鏡片；而由鏡片的中央通過的光線(近軸光線)，它的焦點(diǎn)位置則比較遠(yuǎn)離鏡片(這種沿著光軸的焦點(diǎn)錯(cuò)間開的量，稱為縱向球面像差)。由于這種像差的緣故，就會(huì)在通過鏡頭中心部分的近軸光線所結(jié)成的影像周圍，形成由通過鏡頭邊緣部分的光線所產(chǎn)生的光斑(Halo，光暈)，使人感到所形成的影象變成模糊不清，畫面整體好象蒙上一層紗似的，變成缺少鮮銳度的灰蒙蒙的影像。這個(gè)光斑的半徑稱為橫向球面像差。 非球面鏡就是為了校正球面像差而開發(fā)出來的，功能就是通過修改鏡片表面的曲率，讓近軸光線與遠(yuǎn)軸光線所形成的焦點(diǎn)位置重合。4 用 Zemax 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) 由拋物反射鏡產(chǎn)生的初級球面像差: W 040 = 1/32 34y?Q 式(1)中，W 040：初級球面波像差； y ：光線在透鏡上的高度。 ?：光焦度。Q: 結(jié)構(gòu)球面像差系數(shù)。 Q = Y + k在拋物反射鏡球心時(shí):Y = 0,Q = K ,W 040 = 1/32 34y?K 設(shè)計(jì) f = 1250mm , 口徑= 300mm 拋物面反射鏡的補(bǔ)償系統(tǒng)。由公式(2)得: K = 1 拋物面反射鏡 y = 150mm , f = 1250mmW 040 = 1/512 4)/D(f = 0 . 0081mm = 12 . 8Κ由(3)式說明像差分別與拋物反射鏡相對孔徑的四次方和拋物反射鏡焦距一次方成正比。 相對孔徑越大, 焦距越長, 像差也大。22 求由拋物面反射鏡和兩單透鏡組成的初始光學(xué)系統(tǒng) 補(bǔ)償系統(tǒng)由透鏡 1 和透鏡 2 兩個(gè)組成。透鏡 2 放在拋物反射鏡的球心, 叫零位透鏡, 假設(shè)距離透鏡 1 為 L= 600mm 處有一物點(diǎn) A , 經(jīng)透鏡 1 成像處放透鏡 2, 而透鏡 2 又把透鏡 1 成像在拋物鏡上。拋物面反射鏡的半徑: R = 1250mm2 T an @= 150/2500= 0 . 06@= 3 . 4336176。設(shè)零位透鏡(放在拋物鏡的球心)和透鏡 1 的距離為 L2: 2L= 360mm , 2? = 2500mm因此: f 2= 1/ ′ 1/ 2= 1/360+ 1/ 2500, f2= 314 . 69mm。設(shè)透鏡 2 (零位透鏡)為平凸透鏡, 材料 K9: r4= (n 1)f 2= 162 . 09mm , 厚度 d = 5mm 初始結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)流簡圖 透鏡 1 透鏡 2A拋物面23由于 1L′ = 2, 而透鏡 1 的半口徑為 1y, y= ′ tan@= 360tan@= 3600 . 06= 21 . 6mm又設(shè) 1= 600mm因此: 1/f 1= 1/ ′ 1/ 1L, f1= 225mm設(shè)透鏡 1 為平凸透鏡且用材料 K9, He N e 光的折射率為 。則: 2r= (n 1)f1= 0 . 51509225= 115 . 895mm , 厚度 d = 10mm。求透鏡產(chǎn)生的球差由(1)式, 其中: Q = (a 2X bX Y + c 2+ d ) 其中: a= (2+ n)/[n (n 1) (n 1) ] b= 4 (n+ 1)/[n (n 1) ]c= (3n+ 2)/n d = n . n/[ (n 1)(n 1) ] X = (C1+ C2) /(C1 C2) Y = (1+ m )/(1 m ) m = l′/ lX : 形狀因子。 Y: 與放大率有關(guān)因子。C1: 第一面的曲率。 C2 : 第二面的曲率。m : 近軸放大率。在此情況下, X = 1。把以上值代入(4)式得: Q = 8 . 744+ 12 . 8912Y + 4 . 32Y2+ 8 . 6519 m = 0 . 6 Y = 0 . 25 Q = 20 . 889把以上值代入(1)式得: W 040= 0 . 01247mm = 19 . 71Κ通過以上計(jì)算可以看出透鏡 1 與拋物反射鏡的像差符號相反。它是產(chǎn)生像差的主要元件。透鏡 2 處在拋物反射鏡的球心幾乎不產(chǎn)生像差, 因透鏡有一定的厚度, 故在實(shí)際計(jì)算時(shí)它偏離了拋物鏡的球心, 它與透鏡 1 共同組成一個(gè)補(bǔ)償系統(tǒng)來校正拋物鏡的像差。 計(jì)算拋物面反射鏡和兩單透鏡組成的初始光學(xué)系統(tǒng)將上面求出的半徑、厚度、間隔、距離、玻璃折射率輸入 Zemax初始數(shù)據(jù)：242D 圖：OPD：25點(diǎn)列圖：對初始數(shù)據(jù)加上評價(jià)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，評價(jià)函數(shù)表格如圖：26經(jīng) Zemax 優(yōu)化后，數(shù)據(jù)為2D 圖：OPD：27點(diǎn)列圖：285 結(jié)論由優(yōu)化前后的 OPD 和點(diǎn)列圖可以看出，波像差和點(diǎn)列圖已經(jīng)得到了相對優(yōu)化，系統(tǒng)像差得到了優(yōu)化，由優(yōu)化后的數(shù)據(jù)可以看出加工一個(gè)半徑 683mm 的拋物反射鏡。29致謝首先，感謝學(xué)校給我們這次實(shí)踐和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，這是對我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)的一次總結(jié)和檢閱。其次，感謝我的指導(dǎo)老師時(shí)堅(jiān)老師。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、淵博的知識(shí)、創(chuàng)造性的思維和豐富的經(jīng)驗(yàn)讓我受益匪淺。在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，時(shí)老師兢兢業(yè)業(yè)，定時(shí)定點(diǎn)輔導(dǎo)和答疑，幫助我開拓研究思路，給了我莫大的鼓勵(lì)和指導(dǎo)，使我能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，對指導(dǎo)老師時(shí)老師，我謹(jǐn)致以深深的敬意和衷心的感謝！再次，非常感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中幫助過我的同學(xué)們。最后，向在百忙之中審閱我的論文和參加答辯的老師們表示深深的謝意！30參考文獻(xiàn)（1）劉均，：（2）石順祥，王學(xué)恩，：西安電子科技大學(xué)出版社，2022.（3）安連生，：北京理工大學(xué)出版社，2022.（4）：清華大學(xué)出版社，2022.（5）ZEMAX （上海）有限公
外語相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1