ZEMAX建模及像差分析参考.ppt

ZEMAX建模及像差分析 2009-8-26 一、 ZEMAX建模 1.根据不同系统规格选取 2.视场选取（采点选取） 3.设计光波长的选取 4.镜片的输入 5.建模后的2D图 二、 ZEMAX像差分析 1. 像差分类 轴上像差: 球差、彗差 轴外像差: 像散、场曲、畸变 色差：位置色差、倍率色差 2. 像差的容忍极限 3. 几种像差的相互关系 4.3 像散和场曲 子午光线和弧矢光线不会聚在离透镜相同的距离处，子午焦点和弧矢焦点之间的距离就是像散。 像散和场曲的表现： 4.4 场曲 某个视场的子午像点和弧矢像点相对于高斯像面的距离称为子午场曲（xt‘）和弧矢场曲xs’）。球面光学系统的像面弯曲是球面本身所决定的，如果没有像散，子午像面和弧矢像面重合，但仍然存在像面弯曲。 4.5 畸变 理想光学系统的一对共轭平面上的放大率相同，但实际系统中，当视场较大时，放大倍率随着视场而改变，即产生畸变。 大畸变系统的应用 鱼眼镜头 门镜系统 一般系统的畸变要求 目视光学系统3％ 数码相机镜头2％ 测量系统 0.5% 4.6 位置色差 由透镜焦距公式 1/f′＝（n-1）（1/r1-1/r2）可知，同一薄透镜对不同色光，对应着不同焦距。由高斯公式1/S′＝1/f′+1/S可知，当透镜对一物体成像时，由于各种色光对应的焦f′值不同，所以各色光所成的像位置就不同。按色光的波长由短到长，它们的像点离开透镜由近到远地排列在光轴上，这种现象就是位置色差。即使在光学系统的近轴区，也同样存在着位置色差。 4.7 倍率色差 我们知道放大率与焦距有关，而透镜焦距与折射率有关，折射率n的大小又与光的颜色有关。可见，透镜对不同色光有不同的放大率，因此，白光通过透镜可形成一系列的与各色光对应的高度不同，位置也不一致的像，而在其中任一色光所成的像面上只能得到一个有彩边的“像”。这种色差，称为放大率色差。由于它表现在垂轴方向，因而也叫垂轴色差，或叫倍率色差。 * ◆ZEMAX建模◆ZEMAX像差分析 常规选择： Object Space NA:显微物镜系统 Image SspaceF/#：照相系统 Eetrance Pupil Diameter：望远系统 Object Cone Aangel：照相系统、监控、目镜等 根据系统要求进行视场选取。 通常选用F、D、C模式及蓝、绿、红；根据特殊需要选取其他波长。 镜片半径 蓝色镜片厚度 白色空气厚度 镜片材料 单色像差 球差 彗差 像散 场曲 畸变 色差 轴向色差 倍率色差 三、显微镜最小分辨率及最高空间频率 2. 镜头极限分辨的最大空间频率（MTF数） 1.显微镜最小分辨率 即MSP=1/（2δ）= 227 lines/mm 如镜头最小分辨距离为δ= 2.2 μm 取当物面被照明时的最小分辨距为 ，A为显微物镜的数字孔径 3.横向色差 小于1个δ大小 对应227线对MTF值≧0.3能被分辨 子午面与弧矢面 4. 相关感念及ZEMAX对应分析 4.1 球差 什么是球差？ 轴上点发出的同心光束，经过光学系统折射后，不同孔径的光线交于轴上不同点，这些点相对于理想像点的偏差称为球差。 球差的表示法：球差曲线 轴向球差 垂轴球差 轴向球差曲线 垂轴球差曲线 垂直球差所产生的弥散斑： 4.2 彗差 彗差和正弦差本质上是一样的。 正弦差 小视场系统 彗差 任何视场系统 子午彗差 孔径和视场的函数 彗星状点列图 彗差所造成的光斑 弧矢彗差和子午彗差的关系： 初级的子子午彗差是弧矢彗差的3倍 慧差的校正方法 1.移动光阑的位置控制慧差（使通过镜头的束相对于光阑具有较大的对称性，来减少慧差） 2.弯曲透镜 （可以用P、W方法来分析） 3.采用非球面。 两点的连线与EY的交点代表彗差 彗差很大 彗差很小，此时的主要像差是像散 主光线的失对称性 彗差 像散 宽光束 细光束 当系统存在像散时，不同的像面位置会得到不同的形状的物点的像 球差产生圆形弥散斑 彗差产生彗星形状弥散斑 如果系统存在场曲，用平的接收平面或者探测器就无法接收到完全清晰的图像。 应