ZEMAX-光学设计实例.ppt

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?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。意图?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)主要内容?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。ZEMAX简介光学设计过程?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:?每个变量发生少量改变或增减;?计算每个变量对结果的影响;?计算结果是一系列导数,?p/?v1, ?p/?v2, ?p/?v3,……, p: 优化函数结果,v: 变量;?为了使残余结果的平方和最小,对每个变量联立方程求解;?重复上述过程直至实现最优化。?前期设计、专利、建立联系、?变量包括:曲率半径、厚度、空气隙、玻璃特性?约束可能是相关结构,如长度、半径等,或者是光线角度、?如果结果不满足条件,通过添加或分离元件、变化玻璃种类等来修改设计,然后返回步骤4?,估计结果误差——透镜加工、机械结构与装校要求?数据输入的一般过程?输入孔径(有几种方式,如F#,NA,Aperture,…)?在屏上找到Button Gen,按出dialog box,选按Aperture,挑选Aperture type,并输入数值。?可以从System内选按General ,按出dialog box 。?可从File内选择按Preference(或Environment)出dialog box,将常用项目的Button选放在屏上,如Gen,便于直接选用。将上述过程表示为:SystemGenAperture?输入视场:SystemFie用ZEMAX进行光学系统设计?输入光学系统结构数据?输入波长SystemWav?输入半径、厚度、玻璃EditorLens data或从屏上已有的Lens data editor 改数据。如屏上数据框内作double click 得有关dialog box,可对现状作出修改,例如:?修改Surface type, Aperture type,改此面为光阑,即“Make surface stop”;?修改Radius,由fix改为Variable(优化过程中作为变量),或由Solve给出;?修改最后一面到像面的Thickness由fix改为Marginal Ray Height, Pupil zone 为0。GenGlass catalogs用ZEMAX进行光学系统设计?所选玻璃表是在内选定,可同时挑多个表?对于Surface type 和Glass Catalogs,在User’s Guide 内都有一章叙述。?当已输入足够的结构数据后,程序就可以计算出像差并分析成像质量,这基本上是项目下的各种功能。*系统结构和光路图:可以判断透镜厚度是否适当,或者光路内是否存在显著错误,使光路与预期完全不符,等。AnalysisFanOptical PathRay aberration或即按ButtonLayL3dEle?几何像差与波像差:AnalysisLay outor 3D Lay outElement drawing2D Lay out(零件图)或RMS?各个视场的波像差均方值AnalysisRMSRMS vs Field或即按ButtonRayOpd光学性能分析(Analysis)Analysis?畸变和像散像面弯曲或FcdAnalysisMiscellaneousField Curv/Dist?Seidel 像差系数或SeiAnalysisCalculationsSeidel coefficients或Psf?PSFAnalysisPSFFFT Point Spread Function或Mtf?MTFAnalysisMTFModula