光学课程设计--典型光学系统的设计实践.ppt

* 典型光学系统的设计实践 课 程 设 计 1. 课程设计的初步安排与要求 1） Zemax光学软件介绍（5月24日）； 2） 到专业实验室进行具体的上机操作 （5月26号之后）； 3） 要求：两大组,可自备电脑； 按时到实验室进行上机； 完成课程设计报告（占20％）。 2. 参考数目 1） 袁旭沧编，现代光学设计方法. 北京理工大学出版社，1995 2）李士贤，李林编，光学设计手册.北京理工大学出版社，1996 3）高志山，Zemax软件在像差设计中的应用，南京理工大学，2006 3. 光学设计者应具备的知识与能力 光学基础知识 数学功底 空间想象能力 计算机编程 丰富的经验 ——Ray tracing is unquestionably one of the designer’s chief tools. 4. 光学设计的工具 Today there are elaborate computer programs for “automatically” designing and analyzing the performance of all sorts of complicated optical systems. Zemax2003 （光学设计软件） TracePro3.25（光学仿真软件）? ASAP8.0（光学仿真软件）? LightTools4.0（光学仿真软件）? TFCalc_v3.5（光学薄膜设计软件）? ? CODEV9.5? Optiwave_OptiFDTD_v4.0? ? ? OSLO Premium 6.2（光学设计软件） ? BeamPROP519Fullwave309? 5. 光学系统设计的过程 初始结构的选择、初始参数的确定 a. 国内外光学设计手册、专利和镜头数据库中选取； b. 通常简单的几何光学计算，确定满足要求的雏形。 系统的优化 a. 建立评价函数； b. 光线追迹计算。 6. Zemax光学软件简介 Zemax是由美国Focus Software Incorported 公司设计的专用光学设计软件。 Zemax的视窗类型 主视窗（The Main Windows） 图形视窗（Graphic Windows） 文本视窗（Text Windows） 对话框（Dialogs） 编辑视窗（Editor Windows） Zemax的优化计算与操作符 评价函数（Merit Function） ——光学系统如何与指定的设计目标相符的数字代表。 Zemax提供了缺省的评价函数，也可自定义评价函数。 ☆ ☆ ☆ 评价函数的建立是光学设计初学者的难点之一。 内建的操作符（285种）。 285 总计 59 其它 5 多重结构 20 数学运算操作符 6 光学件全局坐标控制 44 光线数据 10 光学材料控制 3 Extra data 24＝3×8 光学面8个参数控制 50 透镜边界条件 2 圆内能量 9 光学传递函数 37 像差传递控制操作符 16 高斯光学参数 数量 种类 数量 种类 Zemax优化设计所用的内建操作符分布 Zemax实现像差设计的几个问题 缺省评价函数和现有像差控制符的局限性 ——缺省评价函数由点列图和波像差构成，用于优化像平面或具有固定面型的像面上的成像质量，不能完成任意独立几何像差的控制。 轴上点像差操作符的局限性（SPHA、AXCL） ——仅适用于小视场小相对孔径的设计场合。 轴外点像差操作符的局限性 无法控制视场高级色差 两边缘波长主光线与像面交点之间的Y轴距离 LACL 垂轴色差 控制校准畸变 DISC 控制跟视场有关的规一化百分畸变 DISG 视场最大畸变允许量 DIMX 某个面畸变贡献量 DIST 畸变 无法控制宽光束象散 某个面像散贡献量 ASTI 象散 某个视场细光束弧矢场曲 FCGT 某个视场细光束子午场曲 FCGS 无法控制宽光束场曲（应用于大相对孔径大视场情况） 某个面场曲贡献量 FCUR 场曲 无法控制跟视场、孔径有关的子午、弧矢慧差 某个面慧差贡献量 COMA 慧差 局限性 含义 名称 种类 无法控制指定孔径的球差、轴向色差、高级球差与色球差； 无法控制跟孔径和视场有关的慧差、高级慧差； 跟孔径有关的宽光束场曲、象散； 无法控制需要的垂轴色差曲线、高级垂轴色差。 ※ ※ 自定义评价函数控制系统像差 ——从像差的基本概念入手，利用Zemax的内建的操作符建立评价函数。 例如：球差的控制 单透镜系统设计 7. 光学系统设计举例 设计一个F