光学CAD教学课件

本文格式为Word版，下载可任意编辑——光学CAD教学课件等望远镜、瞄准仪、测量仪器激光、卫星等光纤通讯等非成像光学、太阳能利用等Zemax简介

Zemax软件特点

版本

SE：标准版XE：完整版

EE：专业版（可算非序列）

Zemax用户界面

主要有四种用户界面

—Editors:编辑各种光学面参数或其他参数—GraphicWindows:显示各种图形数据—TextWindows:显示各种文本数据

—DialogBoxes:编辑其他各种Window的数据或报告错误信息。

1）Editors

LensDataEditor：输入透镜参数MeritFunctionEditor：优化函数构建Multi-ConfigurationEditor：多重结构参数定义

ToleranceDataEditor：公差分析函数设定ExtraDataEditor：附加数据

Non-SequentialComponentsEditor:非序列光学系统LensDataEditor

MeritFunctionEditor

Multi-ConfigurationEditor

ToleranceDataEditor

Non-SequentialComponentEditor

绪论我们身边有哪些光学系统和仪器－想当它们的设计师吗？

假使我们已经较好地把握了以下内容

几何光学

像差理论

光学系统

波像差与像质评价?本章要点

1.波像差概念，瑞利判据，与几何像差关系，离焦原则2.参考点移动引起的波像差，焦深

3.色差引起的波像差，球色差、几何色差与波色差的关系4.光学系统的像差容限

5.光学系统的像质评价（几何像差曲线、点列图、波像差、传递函数）6.光学系统的像质检验（星点检验、分辩率、传递函数，波面测量）

§10-1波像差及其与几何像差的关系

光线——波面的法线波像差——实际波面对理想波面的偏离

轴上点A以单色光成像

存在球差

,A'M交理想波面于M，

即为波差。（以理想波面为基准，右负左正）

一、轴上点的波像差及其与球差的关系[返回本章要点]

球差相当的波像差为以u'2为纵坐标，以δL'为横坐标的球差曲线与纵轴所围面积的一半当物方无穷远时，u’=h/f’

探讨

1.当仅有初级量时以波长为单位时，边缘处

波像差最大。移动接收面，以接收面为基准，则球差将改变，波像差曲线随之改变。称之为离焦

离焦，[返回本章要点]

2.当有初级和二级球差时

当，

当对边光校正球差时，0.707带光有最大剩余球差

若离焦，使图中三部分面积一致，则应轴向离焦，

此时

3.若再有三级以上球差，则像差平衡的原则是：尽可能离焦后有多个大小相等、符号相反的小面积以下动画是一个实际光学系统成像质量随离焦量变化的状况[返回本章要点]

二、轴外点的波像差及其与垂轴像差的关系[返回本章要点]

轴外任意一点的像差，可以用两个分量表示

波差W应表示成与这两个分量之间的关系

可导出

沿子午截线的波像差

推导曲线对sinU'轴所围的面积表征波像差的大小。参考点为高斯像点.但高斯像点亦不一定是最正确参考点

离焦

垂轴离焦：对各条光线δy'均改变同样值。->坐标平移

离焦注意沿轴离焦：纵轴转一角度,以形成尽可能相等的大小一致、符号相反的小面积

[返回本章要点]

1.垂轴离焦只为评价像质，轴向离焦才为确定最正确像面位置。2.

沿轴离焦只能对某一视场而言，不同的视场有不同的沿轴离焦要求，不能同时满足。

与

也不能同时满足。

3.轴向离焦中

应寻求最正确平衡§10-2波像差的一般表示式[返回本章要点]波面——等光程面，等光程面的变形——波像差。

光学系统的物方光线由y,η,ζ决定，像方光线由y',η',ζ’决定考虑光学系统是旋转对称光束关于子午面对称当y=0时为轴上点

所以

波差的一般表达式

式中第一行为轴向离焦与垂轴离焦项，其次行为初级单色像差引起的波像差，第三行为二级单色像差引起的波像差。

计算时应根据所取孔径、视场大小确定应取的项§10-3参考点移动引起的波像差，焦深[返回本章要点]

由

轴向离焦：垂轴离焦：

当光学系统为理想系统时，高斯面上波像差为零。若像面移动△l’，则可按上式计算新的W。若

则可认为该系统仍为理想系统。这时焦深为2△l'。

由上可得所以

焦深与像方孔径有关。像方孔径大则焦深小。

例：

§10-4色差的波像差表示[返回本章要点]一、波色差

几何像差

W——某一孔径带的光线与近轴光线的光程之差。

二.（D-d）法求波色差的优点1.不需再计算F、C的实际光路；

2.校正WFC，可通过δn的改变达到，而保持nD不变3.通过修改rk使Dk改变，可以校正剩余的WFC

[返回本章要点]

4.计算精度较高

§10-5球色差、几何色差与波色差的关系[返回本章要点]一、球色差

边光环带的F、C波面相交，但F、C光由于球差存在，在其它环带波

光学设计软件简介

光学设计软件成像设计：

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OSLO(LambdaResearchCorporation公司，USA)照明设计：

Lightools（ORA公司产品）ASAPTraceproODIS

光通讯设计软件：OptiWave

薄膜设计：TFCalc,Filmstar等n

CodeV（ORA公司产品，USA）——成像光学设计分析软件

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Zemax（Zemax公司，USA）——光学设计分析软件

Oslo（LambdaResearchCorporation公司，USA）——成像设计分