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光学设计CAD习题


2012-2013 学年第2学期 光学设计 CAD 例题与习题
一 、光学设计 CAD 例题

例题1:设计一个用于目视仪器 f '=60mm ,D/f’=0.25 ,2ω =6°的单透镜,要求分别采用自行设计 和从透镜库中选择两种方法设计。 例题 2:已知一 He-Ne Laser 用双透镜的技术参数等见下表,工作在 0.6328 μ m,用 OSLO 完成 这一系统的设计,要求:定义系统名称为“He-Ne f/2 doublet focusing lens”,透镜文件名为 “lasrdb1.len” ,并画出光路图。 序号 1 主要技术指标 D/f’=1/2 f '=60mm 2ω ≈0° 面号 r/mm 0 1 2 3 4 ∞ 自定 自定 自定 5 1 5 d/mm D0/mm
依默认设 定值,由轴 光束与主 线光束的 数据决定。

牌号 自定

备注
1、2 和 3 面的 r 的选择依企业实 际定,4 由 D/f’

同 1 (P) 定;改变 r,n 看
变化。

求解(S) (S)

例题 3:在双透镜 lasrdb1 最后镜面的 5mm 处,增加一个棱镜其孔径为 15mm,在棱镜后 10mm 处增加一个平面反射镜(如下图) 。

例 4:透镜 Triplet with -1 magnification 的绘图。 (P64) 例 5.拋物镜面的绘图。 (P67) 例题 6:对「demotrip.len」档案的作修正,使 magnification=-0.5 ;Gaussian image height=25 ; Object N.A.=0.5,并显示近轴光线追迹结果。 (P72) 例 7:在 demotrip.lens 加上一个 10*10 方形孔径阑。 (P80) 例题 8:设计一 10 倍的消色差物镜。光学特性:β =-10 ,f′=17mm,NA=0.25,2Y=1.8mm, L=195mm。其初始结构参数见下表,要求: (1)建立镜头文件,并画出成像光路; (2)进行近轴光线追迹,算出近轴常数; (3)用像差系数 优化系统; (4)进行像质评价,比较优化前后的几何像差和 MTF.

面号 1 2 3 4 5 6

R/mm 15.488 6.252 -8.357 105.639 13.092 -17.521

D/mm 1.4 2.9 17.55 1.8 2.7 0.01

glass SF1 BK7 SF2 BK7

例题 9:设计一双胶合望远物镜,性能指标为:D/f’=1/4 ,f '=120mm,2ω =8°,厚度小于 11mm,斑点
尺寸小于 0.01mm。要求入瞳与物镜重合,校正位置色差,球差和慧差。且:

(1)最大剩余球差符合像差容限要求; (3)0.7 视场,空间频率 20lp/mm 时的 MTF>0.2。 (5)用 TracePro 画出双胶合望远物镜图。 例题 10: 例题 11:

(2)全视场时斑点尺寸小于 0.05mm; (4)画出系统的成像光路图和元件图;

二、OSLO 的习题
1、进入 OSLO 软件系统,打开一个透镜文件“Lasrcomm”,将该透镜另存到 E 盘,文件名为 “Lasrcomm-××班-××号-×××(姓名)” 。 2、对透镜文件“Lasrcomm-班级-学号-姓名” 进行操作、修改有关的数据,初步了解 OSLO 的 界面、文件与数据格式。要求: (1)将透镜名“Laser communications system” 改为“Laser communications system-×××”; (2)入射光束口径由 15 改为 13,波长 0.6328 改为两个波 长(D 光和 F 光),视场角由 0 改为 5 度,双胶透镜与单透镜间的间距由 1 改为 10;(3)画出三 个视场(0、0.5、1 视场) ,每个视场的光线数 10 条。 (4)画出透镜元件图。 3、设计一个用于目视仪器 f '=60mm ,D/f’=1/4 ,2ω =6°的单透镜,要求分别采用自行设计和从透 镜库中选择两种方法设计。 4、已知一双胶合望远物镜的技术参数见下表,用 OSLO 完成这一系统的设计,并画出光路图。 (长度单位:mm) 序 主要技术指 面 r 号 标 1 D/f’=1/5 号 0 ∞ 依默认设定 双胶 d nD υ D0 牌号 备注

f '=200mm 2ω =5°

1

126.73

7

1.5163

64.1

值,由轴光束 K9(BK7 与主线光束 ) 的数据决定。 ZF1(SF 2)

合望 远物 镜

2

-85.06

4

1.6475

33.9

3

求解 (S) S

1

5、在题 2 的双胶合透镜的后面 50mm 处加一个 40mm 口径的反射镜, 再后面 25mm 处加一个 40mm 口径的 45 度直角棱镜(玻璃材料为 K9) 。自动绘图(用 11 条光线画出) ,依图说明棱镜材料 为 K9 是否合适?如果不合适,请你选择合适的玻璃。 6、透镜 Triplet with -2 magnification 的成像绘图,显示 1 和 0.7 两视场。 7、拋物镜面的绘图,并分析光线。 8:对「demotrip.len」档案的作修正,使 magnification=-1 ;Gaussian image height=12.5 ;Object N.A.=0.5,并显示近轴光线追迹结果。 9、 在题 2 的双胶合透镜的后面 50mm 处加一个 40*40 口径的检查孔径,并画出斑点图;修改入 射光口径,使斑点图充满口径。 10、画出第七章的风景透镜光线轨迹图。 11、优化题 2 的双胶合望远镜透镜,使斑点尺寸小于 0.0045mm。 12、优化第七章的风景透镜,使透镜焦距精确为 100mm,并且消除彗差。 13、设计一双胶合望远物镜,性能指标为: (1)D/f’=1/3,f '=60mm,2ω =12.5°厚度小于 8mm,斑点尺寸小于 0.01mm。 (2)D/f’=1/6,f '=300mm,2ω =6°厚度小于 16mm,斑点尺寸小于 0.01mm。 要求入瞳与物镜重合,校正位置色差,球差和慧差。且: (1)最大剩余球差符合像差容限要求; (3)0.7 视场,空间频率 20lp/mm 时的 MTF>0.2。 (5)用 TracePro 画出双胶合望远物镜图。 14、已知系统具体参数如表所示,试判断三系统成像质量的优劣, 并说明原因。 序号 1 D/f’=1/5 f '=200mm 2ω =5° 2 主要技术指标 面号 0 1 2 3 0 1 r/mm ∞ 126.73 -85.06 -259.578 ∞ 131.557 7 BK7 7 4.2 BK7 SF2 双胶合望 远物镜 d/mm 牌号 备注 (2)全视场时斑点尺寸小于 0.05mm; (4)画出系统的成像光路图和元件图;

2 3 3 0 1 2 3

-95.013 -260.570 ∞ 112.193 -89.294 -343.857

4.2

SF2

7 4.2

BK7 SF2

15、设计一 8 倍的消色差物镜。光学特性:β =-8 ,f′=17.23mm,NA=0.25,2Y=1.8mm,L =195mm。其初始结构参数见上表,要求: ( ? 1)建立镜头文件,并画出成像光路及光学零件图; ( ? 2)进行近轴光线追迹,算出近轴常数; (3)用像差系数优化系统; ( ? 4)进行像质评价,比较优化前后的几何像差和 MTF. 三、TracePro 的习题

1、建立积分球,坐标位置(0,0,0) ,内半径 48mm,厚度 2mm,球壳下方挖一个半径为 8mm 的圆孔,在圆孔下方 4mm 处建立一个观察面 2、建立导光管模型,坐标位置(0,0,100)

3、建立 LED 模型,坐标位置(50,50,50)


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