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武汉理工大学课程设计报告书项目名称：离轴全反射望远系统专业：光信息科学与技术班级：1102班姓名：姜伟学号：0121114430234指导老师：郜洪云二Ｏ一二年十月至二Ｏ一三年一月一、实验要求：设计一个离轴全反射望远系统，非球面和透镜个数不限，材料自选，要求倍率为十倍以上，像质小于λ/4设计参数材料：少数元件、普通光学玻璃或塑料适用范围：适用波长范围：可见光400~760nm物镜定焦、景深系统焦距637凹反射镜半径-200几何畸变<4%MTFF/#F/40入瞳直径40成像质量<λ/4放大倍数>10二、设计思路：一束平行光经过一凹面反射镜后，反射到射镜焦点在平面反射镜上），改变其光路后经一凸透镜光束平行出射。达到离轴、折反、放大作用。根据望远镜的放大原理得知，光线在入射时为平行光，出射时也为平行光，在一般开普勒放大镜的系统中，只要物方的像平面与目镜物方的焦平面重合，且根据望远镜的公式可以得知=-fſ物/f目，要想得到放大的像就必须使物方焦距的数值应大于目镜焦距。此次设计为离轴光学系统，只需加上一个平面镜反射即可，如上图所示，在透镜的左侧放上一个45度的平面镜，并且平面镜与第一个透镜的距离应小于透镜的焦距。根据平面镜的成像原理可知，光线在平面镜下方汇聚，将第二个透镜的焦点与光线的汇聚点重合，根据凸透镜的性质得知，过物方焦平面发出的光线，通过光学系统后平行于光轴出射。这样就达到了平行光入射，平行光出射的目的。计算公式：需要：=-fſ物/f目=10第一个反射镜为凹反射镜f=-r/2=100第二个透镜，1/f’=（n-1）1/（r1-r2）+(n-1)2/nr1r2查资料得BK7-SCHO玻璃的折射率为1.516f2’=8.12所以=100/ſ8.12=12.32放大镜的放大倍率为12.32接近理想数据。设计草图：：三、仿真：LDM视窗14:55:04仿真2D:点击仿真快捷键，得如上二维图形仿真3D图四、系统分析1.点列图14:58:350.000,0.000DG0.00,0.00FIELDPOSITIONDEFOCUSING0.00000Flat-fieldSchmidt1.23MM2、22:24:391.00.90.80.70.60.50.40.30.20.1MODULATION0.601.201.802.403.003.604.204.805.406.006.60SPATIALFREQUENCY(CYCLES/MM)RTFlat-fieldSchmidtDIFFRACTIONMTFORA05-Jan-13DIFFRACTIONLIMITTR0.0FIELD()0.00OWAVELENGTHWEIGHT656.3NM1DEFOCUSING0.00000MTF传递函数3、光线特性曲线15:14:50ORA06-Jan-13Flat-fieldSchmidtRAYABERRATIONS(MILLIMETERS)656.3000NM-2.0698082.069808-2.0698082.069808Y-FAN0.00RELATIVEX-FANFIELDHEIGHT(0.000)O4.一阶数据五、优化在误差函数定义和控制中将误差函数类型选为波前误差变化在特殊控制中，选择焦距，将焦距控制为无穷大，以达到平行光入射和平行光出射的目的优化后2D15:04:28优化后3D15:05:28ORA06-Jan-13Flat-fieldSchmidtRAYABERRATIONS(MILLIMETERS)656.3000NM-1.9590451.959045-1.9590451.959045Y-FAN0.00RELATIVEX-FANFIELDHEIGHT(0.000)O优化后快速像差曲线发现自动缩放比例由原来2.059变为1.959，说明此时成像质量更好.优化后PSF图22:29:36Flat-fieldSchmidtPOSITION1ORA05-Jan-131.47mm25DIFFRACTIONINTENSITYSPREADFUNCTIONFLD(0.00,0.00)MAX;(0.0,0.0)DEGDEFOCUSING:0.000000MMWAVELENGTHWEIGHT656.3NM1六、个人小结此次设计的为离轴全反射望远系统，优化之后的设计为一个放大倍率为10倍，像质小于λ/4的离轴全反射望远系统。用到的光学元件共3个，分别为：非球面光学元件一个，凹面反射镜一个及凸透镜一个。系统的使用波长范围为400~760nm，即适用光为可见光。本系统存在一定的缺点：视野不够完整。本系统的优点：根据原理可以有较大的放大倍数。本系统的基本原理是利用凹面反射镜和凸透镜的共焦点来实现入射光平行和出射光束平行。实验过程中的确遇到了一系列的问题，觉得设计当中总会出现很多问题实际的计算在仿真过程中会出现图形出不来，或者是在优化的时候数据出现很大的变动甚至导致了图像出来时与理想差别很大，这是我在实验过程中遇到的最大困难，经过进一步的修改数据以及优化，得到了比较理想的结果，但是还依然存在许多的问题，其中球差比较大，想要减少球差在修改数据的过程中，还是出现了一系列问题。距离的设置离计算的也有一...