光學(xué)CAD教學(xué)課件

本文格式為Word版，下載可任意編輯——光學(xué)CAD教學(xué)課件等望遠(yuǎn)鏡、瞄準(zhǔn)儀、測(cè)量?jī)x器激光、衛(wèi)星等光纖通訊等非成像光學(xué)、太陽(yáng)能利用等Zemax簡(jiǎn)介

Zemax軟件特點(diǎn)

版本

SE：標(biāo)準(zhǔn)版XE：完整版

EE：專(zhuān)業(yè)版（可算非序列）

Zemax用戶界面

主要有四種用戶界面

—Editors:編輯各種光學(xué)面參數(shù)或其他參數(shù)—GraphicWindows:顯示各種圖形數(shù)據(jù)—TextWindows:顯示各種文本數(shù)據(jù)

—DialogBoxes:編輯其他各種Window的數(shù)據(jù)或報(bào)告錯(cuò)誤信息。

1）Editors

LensDataEditor：輸入透鏡參數(shù)MeritFunctionEditor：優(yōu)化函數(shù)構(gòu)建Multi-ConfigurationEditor：多重結(jié)構(gòu)參數(shù)定義

ToleranceDataEditor：公差分析函數(shù)設(shè)定ExtraDataEditor：附加數(shù)據(jù)

Non-SequentialComponentsEditor:非序列光學(xué)系統(tǒng)LensDataEditor

MeritFunctionEditor

Multi-ConfigurationEditor

ToleranceDataEditor

Non-SequentialComponentEditor

緒論我們身邊有哪些光學(xué)系統(tǒng)和儀器－想當(dāng)它們的設(shè)計(jì)師嗎？

假使我們已經(jīng)較好地把握了以下內(nèi)容

幾何光學(xué)

像差理論

光學(xué)系統(tǒng)

波像差與像質(zhì)評(píng)價(jià)?本章要點(diǎn)

1.波像差概念，瑞利判據(jù)，與幾何像差關(guān)系，離焦原則2.參考點(diǎn)移動(dòng)引起的波像差，焦深

3.色差引起的波像差，球色差、幾何色差與波色差的關(guān)系4.光學(xué)系統(tǒng)的像差容限

5.光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)評(píng)價(jià)（幾何像差曲線、點(diǎn)列圖、波像差、傳遞函數(shù)）6.光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)檢驗(yàn)（星點(diǎn)檢驗(yàn)、分辯率、傳遞函數(shù)，波面測(cè)量）

§10-1波像差及其與幾何像差的關(guān)系

光線——波面的法線波像差——實(shí)際波面對(duì)理想波面的偏離

軸上點(diǎn)A以單色光成像

存在球差

,A'M交理想波面于M，

即為波差。（以理想波面為基準(zhǔn)，右負(fù)左正）

一、軸上點(diǎn)的波像差及其與球差的關(guān)系[返回本章要點(diǎn)]

球差相當(dāng)?shù)牟ㄏ癫顬橐評(píng)'2為縱坐標(biāo)，以δL'為橫坐標(biāo)的球差曲線與縱軸所圍面積的一半當(dāng)物方無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，u’=h/f’

探討

1.當(dāng)僅有初級(jí)量時(shí)以波長(zhǎng)為單位時(shí)，邊緣處

波像差最大。移動(dòng)接收面，以接收面為基準(zhǔn)，則球差將改變，波像差曲線隨之改變。稱(chēng)之為離焦

離焦，[返回本章要點(diǎn)]

2.當(dāng)有初級(jí)和二級(jí)球差時(shí)

當(dāng)，

當(dāng)對(duì)邊光校正球差時(shí)，0.707帶光有最大剩余球差

若離焦，使圖中三部分面積一致，則應(yīng)軸向離焦，

此時(shí)

3.若再有三級(jí)以上球差，則像差平衡的原則是：盡可能離焦后有多個(gè)大小相等、符號(hào)相反的小面積以下動(dòng)畫(huà)是一個(gè)實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量隨離焦量變化的狀況[返回本章要點(diǎn)]

二、軸外點(diǎn)的波像差及其與垂軸像差的關(guān)系[返回本章要點(diǎn)]

軸外任意一點(diǎn)的像差，可以用兩個(gè)分量表示

波差W應(yīng)表示成與這兩個(gè)分量之間的關(guān)系

可導(dǎo)出

沿子午截線的波像差

推導(dǎo)曲線對(duì)sinU'軸所圍的面積表征波像差的大小。參考點(diǎn)為高斯像點(diǎn).但高斯像點(diǎn)亦不一定是最正確參考點(diǎn)

離焦

垂軸離焦：對(duì)各條光線δy'均改變同樣值。->坐標(biāo)平移

離焦注意沿軸離焦：縱軸轉(zhuǎn)一角度,以形成盡可能相等的大小一致、符號(hào)相反的小面積

[返回本章要點(diǎn)]

1.垂軸離焦只為評(píng)價(jià)像質(zhì)，軸向離焦才為確定最正確像面位置。2.

沿軸離焦只能對(duì)某一視場(chǎng)而言，不同的視場(chǎng)有不同的沿軸離焦要求，不能同時(shí)滿足。

與

也不能同時(shí)滿足。

3.軸向離焦中

應(yīng)尋求最正確平衡§10-2波像差的一般表示式[返回本章要點(diǎn)]波面——等光程面，等光程面的變形——波像差。

光學(xué)系統(tǒng)的物方光線由y,η,ζ決定，像方光線由y',η',ζ’決定考慮光學(xué)系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)光束關(guān)于子午面對(duì)稱(chēng)當(dāng)y=0時(shí)為軸上點(diǎn)

所以

波差的一般表達(dá)式

式中第一行為軸向離焦與垂軸離焦項(xiàng)，其次行為初級(jí)單色像差引起的波像差，第三行為二級(jí)單色像差引起的波像差。

計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)所取孔徑、視場(chǎng)大小確定應(yīng)取的項(xiàng)§10-3參考點(diǎn)移動(dòng)引起的波像差，焦深[返回本章要點(diǎn)]

由

軸向離焦：垂軸離焦：

當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)為理想系統(tǒng)時(shí)，高斯面上波像差為零。若像面移動(dòng)△l’，則可按上式計(jì)算新的W。若

則可認(rèn)為該系統(tǒng)仍為理想系統(tǒng)。這時(shí)焦深為2△l'。

由上可得所以

焦深與像方孔徑有關(guān)。像方孔徑大則焦深小。

例：

§10-4色差的波像差表示[返回本章要點(diǎn)]一、波色差

幾何像差

W——某一孔徑帶的光線與近軸光線的光程之差。

二.（D-d）法求波色差的優(yōu)點(diǎn)1.不需再計(jì)算F、C的實(shí)際光路；

2.校正WFC，可通過(guò)δn的改變達(dá)到，而保持nD不變3.通過(guò)修改rk使Dk改變，可以校正剩余的WFC

[返回本章要點(diǎn)]

4.計(jì)算精度較高

§10-5球色差、幾何色差與波色差的關(guān)系[返回本章要點(diǎn)]一、球色差

邊光環(huán)帶的F、C波面相交，但F、C光由于球差存在，在其它環(huán)帶波

光學(xué)設(shè)計(jì)軟件簡(jiǎn)介

光學(xué)設(shè)計(jì)軟件成像設(shè)計(jì)：

CodeV（ORA公司產(chǎn)品，USA）Zemax（ZEMAXDevelopmentCorporation

OSLO(LambdaResearchCorporation公司，USA)照明設(shè)計(jì)：

Lightools（ORA公司產(chǎn)品）ASAPTraceproODIS

光通訊設(shè)計(jì)軟件：OptiWave

薄膜設(shè)計(jì)：TFCalc,Filmstar等n

CodeV（ORA公司產(chǎn)品，USA）——成像光學(xué)設(shè)計(jì)分析軟件

CodeV（ORA公司產(chǎn)品，USA）——功能

Zemax（Zemax公司，USA）——光學(xué)設(shè)計(jì)分析軟件

Oslo（LambdaResearchCorporation公司，USA）——成像設(shè)計(jì)分