光學(xué)設(shè)計(jì)zemax實(shí)例教程2016上

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1、計(jì)算機(jī)輔助光學(xué)設(shè)計(jì)袁群電光學(xué)院A628房間yuanqun@njust.edu.cn1?什么是光學(xué)設(shè)計(jì)？簡單來說就是對光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；這里的光學(xué)系統(tǒng)涵蓋范圍比較廣，是光學(xué)儀器或整機(jī)設(shè)備中的一個(gè)系統(tǒng)或一個(gè)子系統(tǒng)，它是光學(xué)儀器總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。?光學(xué)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容根據(jù)光波在介質(zhì)中傳播的規(guī)律，確定介質(zhì)的參數(shù)，使光波按所需要的方式傳播。?成像系統(tǒng)?照明系統(tǒng)人工設(shè)計(jì)光學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展光路計(jì)算（像差計(jì)算，光線追跡）計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)計(jì)光路計(jì)算是指對于不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的光學(xué)系統(tǒng)，由物點(diǎn)發(fā)出的光線，按照折射、反射定律，用數(shù)學(xué)方法計(jì)算若干條

2、光線，然后根據(jù)光線通過系統(tǒng)后的成像質(zhì)量或者是像差情況來修改結(jié)構(gòu)參數(shù)，重復(fù)上述計(jì)算，直到成像質(zhì)量滿足要求為止。自動(dòng)設(shè)計(jì)就是讓計(jì)算機(jī)代替人工來做光線追跡、像差分析和自動(dòng)修改結(jié)構(gòu)參數(shù)的工作。4?像差(Aberration)?理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系:（近軸光學(xué)系統(tǒng)，高斯光學(xué)）?sinθ＝θ，cosθ＝1?物點(diǎn)（所有光線）————理想像點(diǎn)（會(huì)聚）近軸小物體的細(xì)光束成像?實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)：（一定的相對孔徑和視場）實(shí)際光路計(jì)算超出近軸區(qū)域限制，造成實(shí)際像和理想像之間的差異，即像差。357???正弦函數(shù)的級數(shù)展開：sin??

3、??????3!5!7!導(dǎo)出近軸公式產(chǎn)生像差的原因5像差產(chǎn)生的原因?真實(shí)光線的幾何結(jié)果?元件制成生產(chǎn)時(shí)的公差像差的種類?單色像差：球差、彗差、像散、場曲、畸變?復(fù)色像差：位置色差、倍率色差像差的大小反映了光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的優(yōu)劣，沒有像差的光學(xué)系統(tǒng)是不存在的，光學(xué)設(shè)計(jì)的目的是把像差校正到某一公差范圍內(nèi)，使成像質(zhì)量達(dá)到技術(shù)要求。6?光學(xué)設(shè)計(jì)的目的光學(xué)系統(tǒng)成像性能要求光學(xué)特性成像質(zhì)量焦距、物距、像距、光學(xué)系統(tǒng)所包含的像放大率、入瞳位置、應(yīng)該足夠清晰，并且入瞳口徑等物像相似，變形要小光學(xué)設(shè)計(jì)的任務(wù)就是根據(jù)對光學(xué)系

4、統(tǒng)的光學(xué)特性和成像質(zhì)量兩方面的要求來確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)7課程目的：?通過實(shí)例，加深對已學(xué)幾何光學(xué)、像差理論及光學(xué)設(shè)計(jì)基本知識、一般手段的理解，并能初步運(yùn)用。?介紹光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX基本使用方法。?認(rèn)知光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般流程。?具備初步的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析能力。8參考資料：作者書名袁旭滄/張以謨光學(xué)設(shè)計(jì)/應(yīng)用光學(xué)高志山ZEMAX軟件在象差設(shè)計(jì)中的應(yīng)用JosephM.GearyIntroductiontolensdesign:withpracticalZEMAXexampleGregoryHallockPr

5、acticalComputer-AidedLensDesignR.E.FischerOpticalsystemdesignSmith，WarrenModernLensDesignLaikinLensDesign光學(xué)設(shè)計(jì)/仿真軟件種類成像光學(xué)■Zemax/OpticsStudio(ZemaxLLC)■CODEV(OpticalResearchAssociates)■OSLO(LambdaResearchCorporation)照明光學(xué)■LightTools(OpticalResearchAssociates

6、)■TracePro(LambdaResearchCorporation)■ASAP(BreaultResearchOrganization)10ZEMAX簡介?ZEMAX是一個(gè)使用光線追跡的方法來模擬折射、反射、衍射、偏振的各種序列和非序列光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真軟件。?ZEMAX的光學(xué)設(shè)計(jì)功能體現(xiàn)在使用序列模式設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的光學(xué)成像系統(tǒng)，平衡優(yōu)化成像系統(tǒng)的像差，分析評價(jià)成像質(zhì)量，給光學(xué)系統(tǒng)分配合適的公差等方面。?ZEMAX的仿真功能體現(xiàn)在使用非序列模式、物理光學(xué)傳播、熱分析等功能模擬和仿真實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)方

7、面。?ZEMAX有三種版本：ZEMAX-SE（標(biāo)準(zhǔn)版）、ZEMAX-XE（擴(kuò)展版）、ZEMAX-EE（工程版）。11ZEMAX簡介?界面友好，容易上手；?資料豐富，既可以直接選擇，又可以自定義；?可建立反射、折射、衍射及散射等光學(xué)模型；?可進(jìn)行偏振、鍍膜和溫度、氣壓等方面的分析?具有強(qiáng)大的像質(zhì)評價(jià)和分析功能；?豐富的資料庫，有現(xiàn)成的鏡頭和玻璃、樣板數(shù)據(jù)，可供用戶選擇；?大部分窗口都提供在線幫助,方便隨時(shí)獲取相關(guān)功能的在線解釋和幫助；12ZEMAX可以用于相機(jī)鏡頭、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、照明系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、干涉儀

8、、光通訊器件等各光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真13ZEMAX不能做什么？ZEMAX軟件和使用手冊都不會(huì)教您如何設(shè)計(jì)鏡頭和光學(xué)系統(tǒng)。ZEMAX功能很強(qiáng)大，但是把握和引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化方向，判斷系統(tǒng)性能的只能是你。14使用ZEMAX的三種方式Completelysequential(完全序列)*應(yīng)用于傳統(tǒng)的鏡頭設(shè)計(jì)和大多數(shù)的成像系統(tǒng)*應(yīng)用這種模式時(shí)不能進(jìn)行散射和鬼象分析Mixedsequential(混合序列)*應(yīng)用于有很多序列元件，