光学设计zemax实例教程2016上

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1、计算机辅助光学设计袁群电光学院A628房间yuanqun@njust.edu.cn1➻什么是光学设计？简单来说就是对光学系统的设计；这里的光学系统涵盖范围比较广，是光学仪器或整机设备中的一个系统或一个子系统，它是光学仪器总体设计的关键。➻光学设计的主要内容根据光波在介质中传播的规律，确定介质的参数，使光波按所需要的方式传播。↬成像系统↬照明系统人工设计光学设计的发展光路计算（像差计算，光线追迹）计算机自动设计光路计算是指对于不同结构参数的光学系统，由物点发出的光线，按照折射、反射定律，用数学方法计算若干条

2、光线，然后根据光线通过系统后的成像质量或者是像差情况来修改结构参数，重复上述计算，直到成像质量满足要求为止。自动设计就是让计算机代替人工来做光线追迹、像差分析和自动修改结构参数的工作。4➻像差(Aberration)理想光学系统的物像关系:（近轴光学系统，高斯光学）sinθ＝θ，cosθ＝1物点（所有光线）————理想像点（会聚）近轴小物体的细光束成像实际光学系统：（一定的相对孔径和视场）实际光路计算超出近轴区域限制，造成实际像和理想像之间的差异，即像差。357正弦函数的级数展开：sin

3、3!5!7!导出近轴公式产生像差的原因5像差产生的原因✥真实光线的几何结果✥元件制成生产时的公差像差的种类✥单色像差：球差、彗差、像散、场曲、畸变✥复色像差：位置色差、倍率色差像差的大小反映了光学系统成像质量的优劣，没有像差的光学系统是不存在的，光学设计的目的是把像差校正到某一公差范围内，使成像质量达到技术要求。6➻光学设计的目的光学系统成像性能要求光学特性成像质量焦距、物距、像距、光学系统所包含的像放大率、入瞳位置、应该足够清晰，并且入瞳口径等物像相似，变形要小光学设计的任务就是根据对光学系

4、统的光学特性和成像质量两方面的要求来确定系统的结构参数7课程目的：通过实例，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基本使用方法。认知光学系统设计的一般流程。具备初步的光学系统设计分析能力。8参考资料：作者书名袁旭沧/张以谟光学设计/应用光学高志山ZEMAX软件在象差设计中的应用JosephM.GearyIntroductiontolensdesign:withpracticalZEMAXexampleGregoryHallockPr

5、acticalComputer-AidedLensDesignR.E.FischerOpticalsystemdesignSmith，WarrenModernLensDesignLaikinLensDesign光学设计/仿真软件种类成像光学■Zemax/OpticsStudio(ZemaxLLC)■CODEV(OpticalResearchAssociates)■OSLO(LambdaResearchCorporation)照明光学■LightTools(OpticalResearchAssociates

6、)■TracePro(LambdaResearchCorporation)■ASAP(BreaultResearchOrganization)10ZEMAX简介ZEMAX是一个使用光线追迹的方法来模拟折射、反射、衍射、偏振的各种序列和非序列光学系统的光学设计和仿真软件。ZEMAX的光学设计功能体现在使用序列模式设计传统的光学成像系统，平衡优化成像系统的像差，分析评价成像质量，给光学系统分配合适的公差等方面。ZEMAX的仿真功能体现在使用非序列模式、物理光学传播、热分析等功能模拟和仿真实际的光学系统方

7、面。ZEMAX有三种版本：ZEMAX-SE（标准版）、ZEMAX-XE（扩展版）、ZEMAX-EE（工程版）。11ZEMAX简介界面友好，容易上手；资料丰富，既可以直接选择，又可以自定义；可建立反射、折射、衍射及散射等光学模型；可进行偏振、镀膜和温度、气压等方面的分析具有强大的像质评价和分析功能；丰富的资料库，有现成的镜头和玻璃、样板数据，可供用户选择；大部分窗口都提供在线帮助,方便随时获取相关功能的在线解释和帮助；12ZEMAX可以用于相机镜头、望远镜、显微镜、照明系统、显示系统、干涉仪

8、、光通讯器件等各光学系统的设计和仿真13ZEMAX不能做什么？ZEMAX软件和使用手册都不会教您如何设计镜头和光学系统。ZEMAX功能很强大，但是把握和引导光学系统的设计、优化方向，判断系统性能的只能是你。14使用ZEMAX的三种方式Completelysequential(完全序列)*应用于传统的镜头设计和大多数的成像系统*应用这种模式时不能进行散射和鬼象分析Mixedsequential(混合序列)*应用于有很多序列元件，