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光学设计实例(完整版).ppt


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文档列表 文档介绍
ZEMAX 光学设计完整版
1
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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。
目标
2
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光学设计软件ZEMAX简介
优化实例
1-单透镜
2-双胶合透镜
3-非球面单透镜
4-激光扩束镜
5-显微镜物镜
6-双高斯照相物镜
公差计算
(由于时间关系,后面几个常规的设计实例不一定能讲完)
主要内容
3
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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 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。
可设计光学镜头、照明系统,模拟激光束传输、杂光分析,自由曲面光学设计……
ZEMAX 有两种不同的版本:
ZEMAX-SE:标准版,用于成像光学系统(序列光学系统)的设计;
ZEMAX-EE:工程版,在ZEMAX-SE基础上,增加了物理光学、非序列光线追迹、偏振光线追迹等先进功能(只在EE版本中才具有)。
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,但设计者的知识与经验是获得优良光学系统的基本条件;
大多数光学设计程序(优化功能)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(像差变化量表);
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(最小二乘法),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(需求分析)
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-r、厚度-d、空气隙-d、玻璃特性-n、
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——选择的初始结构可能不合理,达不到预期要求
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
6
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数据输入的一般过程
输入孔径(有几种方式,如F#(物方或像方),NA (物方或像方), Aperture,…)
在屏上找到Button Gen ,按出Dialog box,按Aperture,挑选Aperture type,并输入数值。
可以从System内选General ,按出Dialog box 。
可从File 内选择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:
输入视场:
用ZEMAX进行光学系统设计
输入光学系统结构数据
System
Gen
Aperture
System
Field
视场:半视场角、物高、近轴像高、实际像高
7
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输入波长
System
Wav
输入半径、厚度、玻璃
Editor
Lens 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Fixed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。
Gen
Glass catalogs
所选玻璃表是在内选定,可同时挑多个表;也可打入玻璃牌号,程序自动找玻璃库
对于Surface type 和Glass Catalogs,在User’s Guide 内都有一章叙述。
用ZEMAX进行光学系统设计
可用Select选定常用谱线;
可直接输入波长值(单位:微米)
设定谱线weight
设定主波长(Primary)
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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,这主要是Analysis菜单中的各种

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  • 时间2018-08-03