ZEMAX光学设计实例.pptx

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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
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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
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美国ZEMAXDevelopmentCorporation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
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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,əp/əv1,əp/əv2,əp/əv3,……,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。
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光学设计人员的任务
获得并考虑技术要求
选择具有代表性的切入点
前期设计、专利、建立联系、原始推导
建立变量和约束
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、F数等具体的参量
使用程序对结果进行优化
评价设计结果
重复步骤3和4直至满足设计要求
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
另一种方法是返回步骤2
进行公差分析,估计结果误差——透镜加工、机械结构与装校要求
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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ButtonGen,按出dialogbox,选按Aperture,挑选Aperturetype,并输入数值。
可以从System内选按General,按出dialogbox。
可从File内选择按Preference(或Environment)出dialogbox,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:
System
Gen
Aperture
输入视场:
System
Fie
用ZEMAX进行光学系统设计
输入光学系统结构数据
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输入波长
System
Wav
输入半径、厚度、玻璃
Editor
Lensdata
或从屏上已有的Lensdataeditor改数据。
如屏上数据框内作doubleclick得有关dialogbox,可对现状作出修改,例如:
修改Surfacetype,Aperturetype,改此面为光阑,即“Makesurfacestop”;
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MarginalRayHeight,。
Gen
Glasscatalogs
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Surfacetype和GlassCatalogs,在User’sGuide内都有一章叙述。
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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。
Analysis
Fan
OpticalPath
Rayaberration
或即按Button
Lay
L3d
Ele
几何像差与波像差:
Analysis
Layout
or3DLayout
Elementdrawing
2DLayout
(零件图)
或
RMS
各个视场的波像差均方值
Analysis
RMS
RMSvsField
或即按Button
Ray
Opd
光学性能分析(Analysis)
Analysis
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畸变和像散像面弯曲
或
Fcd
Analysis
Miscellaneous
FieldCurv/Dist
Seidel像差系数
或
Sei
Analysis
Calculations
Seidelcoefficients
或
Psf
PSF
Analysis
PSF
FFTPointSpreadFunction
或
Mtf
MTF
Analysis
MTF
ModulationTransferFunction
Analysis
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