zemax光学设计软件的使用说明.docx
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zemax光学设计软件的使用说明
光学设计软件简介
光学设计软件
成像设计:
CodeV(ORA公司产品,USA)
Zemax(ZEMAXDevelopmentCorporation
OSLO(LambdaResearchCorporation公司,USA)
照明设计:
Lightools(ORA公司产品)
ASAP
Tracepro
ODIS
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
CodeV(ORA公司产品,USA)——功能
Zemax(Zemax公司,USA)——光学设计分析软件
Oslo(LambdaResearchCorporation公司,USA)——成像设计分析软件
Lightools(ORA公司产品,USA)——照明光学设计分析软件
ASAP(BreaultCo.)——照明光学设计分析软件
3)光学设计应用广泛眼镜照相机、CD、VCD/DVD、DC、DV等扫描仪、复印机、投影仪等显微镜、内窥镜、X光机等日常照明、汽车车灯等望远镜、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公司开发光学设计软件
•功能完整(设计、分析、优化、公差分析等)
•使用方遍
•光线追迹算法
—序列光线追迹
—非序列光线追迹(蒙特卡罗算法)
完整的数据表格式输入,编辑方便
多功能分析(MTF、点列图等)
多种优化方式
公差分析能力
其他CAD文件格式转换等
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
2)图形窗口
Layout
生成dxf文件
RayFan
MTF
将物分解为各种空间频率的谱,光学系统的光学特性可视为对各种空间频率的传递和反应能力,从而建立光学传递函数的评价方法。
是一种有效、客观、全面的像质评价方法
MTF的不同表达方式
SpotDiagram
由物面一点发出光线经光学系统后,在像面形成一定范围的弥散图形,用点的密集程度衡量成像质量。
场曲与畸变
输入光学系统数据
孔径类型尺寸单位玻璃库选择环境设定等
孔径类型
EntrancePupilDiameter:
入瞳直径
ImageSpaceF#:
共轭像空间F数(物为无穷远)
ObjectSpaceNA:
物空间数值孔径
FloatbyStopSize:
由孔径光阑决定入瞳大小
ParaxialWorkingF#:
像空间近轴F数
ObjectConeAngle:
边缘光线半角
Field设置
四种模式
1、FieldAngle:
光线与Z轴的夹角
2、ObjectHeight:
物空间XY高度
3、ParaxialImageHeight:
近轴像空间高度
4、RealImageHeight:
实际像高
Field设置
Wavelength
查资料法
E.F.L----EffectiveFocusLength(有效焦距)
B.F.L----BackFocusLength(后工作距)
FNo.----FNumber(相对孔径)
F.A.----FieldAngle(视场角)
照相物镜设计实例
照相物镜的技术指标要求:
焦距:
f’=9.6mm;
相对孔径D/f’不小于1/2.8;
图像传感器为1/2.5英吋的CCD,成像面大小为4.32mm×5.76mm;
后工作距>5mm
在可见光波段设计(取d、F、C三种色光,d为主波长);
1m成像质量,MTF轴上>40%@100lp/mm轴外0.707>35%@100lp/mm
最大畸变<1%
步骤一:
确定照相物镜的基本性能要求
焦距:
f’=9.6mm;
FNo.>1/2.8;
像高:
y’=sqrt(5.762+4.322)/2=3.6mm视场角:
atan(y’/f’)=20.55度
后工作距>5mm反远距比:
>5/9.6=0.5208
在可见光波段设计(取d、F、C三种色光,d为主波长);
5m成像质量,MTF轴上>40%@100lp/mm轴外0.707>35%@100lp/mm
最大畸变<1%
步骤二:
选择初始结构
E.F.L----EffectiveFocusLength(有效焦距)
B.F.L----BackFocusLength(后工作距)
FNo.----FNumber(相对孔径)
F.A.----FieldAnle(视场角)
步骤三:
输入初始结构
步骤四:
输入孔径类型/波长
步骤五:
整体缩放
步骤六:
像质评价
(1)优化方法
光学系统结构参数:
厚度、间隔、曲率、玻璃材料等
步骤七:
优化
(2)构建优化函数
缺省优化函数
数据类型优化参考点类型
优化类型
优化类型
RMS:
均方根(常用)
PTV:
PeakToValley(控制点落于某半径内)
数据类型
Wavefront:
波前差(<2Waves)
SpotRadius:
点列图半径(〉2Waves)
优化参考点类型
Centroid:
中心
ChiefRay:
主光线
评价函数操作数
1、像差SPHA(球差)、COMA(彗差)、ASTI(像散)、FCUR(场曲)、DIST(畸变)等
2、调制传递函数MTFT(子午面传递函数)、MTFS(弧矢面MTF)、MTFA等
3、基本光学特性EFFL(焦距)、PMAG(近轴放大率)、AMAG(角放大率)、EXPP(出瞳距)、ISFN(像方F数)等
4、边界约束条件CTGT(中心厚度大于)、CTLT(中心厚度小于)、ETGT、ETLTCVGT、CVLT
5、基本计算AbSO(绝对值)、ASIN、COSI等
边界约束条件:
两种方法:
CTGT(中心厚度大于)、CTLT(中心厚度小于)、ETGT、ETLTCVGT、CVLT等
缺省优化函数
(3)优化
步骤八:
像质评价
步骤八:
像质评价
步骤九:
配样板
由近到远由小到大
步骤十:
出图
参考文献
中文:
李晓彤《几何光学.像差.光学设计》浙大出版社
袁沧旭《光学设计》
英文:
《ModernOpticalEngineering》WarrenSmith
《ElementsofModernOpticalDesign》DonaldO’Shea
《TheArtandScienceofOpticalDesign》RobertShannon
《PracticalComputer-AidedLensDesign》GregoryHallockSmith
《光学原理》波恩
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