光学设计实例(完整版)演示文档.ppt

ZEMAX光学设计完整版.*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.*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.*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.*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。.*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.*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ButtonGen,按出Dialogbox,按Aperture,挑选Aperturetype,并输入数值。可以从System内选General,按出Dialogbox。可从File内选择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:输入视场:用ZEMAX进行光学系统设计输入光学系统结构数据SystemGenApertureSystemField视场:半视场角、物高、近轴像高、实际像高.*输入波长SystemWav输入半径、厚度、玻璃EditorLensdata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MarginalRayHeight,。GenGlasscatalogs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Surfacetype和GlassCatalogs,在User’sGuide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).*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菜单中的各种功能。*系统结构和光路图(Layout):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、光路与预期相符,等。FanOpticalPathRayaberration或即按ButtonLayL3dEle几何像差与波像差:AnalysisLayoutor3DLayoutElementdrawing2DLayout(零件图)或RMS各个视场的波像差均方值AnalysisRMSRMSvsField或即按