光学设计实例(完整版).pptVIP

ZEMAX光学设计完整版 通过设计实例，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的基本使用方法，设计实例通过ZEMAX来演示。 光学设计软件ZEMAX简介 优化实例 1-单透镜 2-双胶合透镜 3-非球面单透镜 4-激光扩束镜 5-显微镜物镜 6-双高斯照相物镜 公差计算 （由于时间关系，后面几个常规的设计实例不一定能讲完） 美国ZEMAX Development Corporation研发 ZEMAX 是一套综合性的光学设计软件，集成了光学系统所有的概念、设计、优化、分析、公差分析和文件管理功能。 ZEMAX所有的这些功能都有一个直观的接口，它们具有功能强大、灵活、快速、容易使用等优点。 ZEMAX 可以模拟序列性（Sequential）和非序列性（non-sequential）系统，分别针对成像系统和非成像系统。 可设计光学镜头、照明系统，模拟激光束传输、杂光分析，自由曲面光学设计…… ZEMAX 有两种不同的版本： ZEMAX-SE：标准版，用于成像光学系统（序列光学系统）的设计； ZEMAX-EE：工程版，在ZEMAX-SE基础上，增加了物理光学、非序列光线追迹、偏振光线追迹等先进功能（只在EE版本中才具有）。 光学设计过程 计算机的出现，极大地促进了光学设计进程，但设计者的知识与经验是获得优良光学系统的基本条件； 大多数光学设计程序（优化功能）的本质如下： 每个变量发生少量改变或增减； 计算每个变量对结果的影响（像差变化量表）； 计算结果是一系列导数，?p/?v1, ?p/?v2, ?p/?v3,……, p: 优化函数结果，v: 变量； 为了使残余结果的平方和最小(最小二乘法)，对每个变量联立方程求解； 重复上述过程直至实现最优化。 光学设计人员的任务 获得并考虑技术要求（需求分析） 选择具有代表性的切入点 前期设计、专利、建立联系、原始推导 建立变量和约束 变量包括：曲率半径-r、厚度-d、空气隙-d、玻璃特性-n、? 约束可能是相关结构，如长度、半径等，或者是光线角度、F数等具体的参量 使用程序对结果进行优化 评价设计结果 重复步骤3和4直至满足设计要求 如果结果不满足条件，通过添加或分离元件、变化玻璃种类等来修改设计，然后返回步骤4 另一种方法是返回步骤2——选择的初始结构可能不合理，达不到预期要求 进行公差分析，估计结果误差——透镜加工、机械结构与装校要求 光学设计软件ZEMAX简介 优化实例 1-单透镜 2-双胶合透镜 3-非球面单透镜 4-激光扩束镜 5-显微镜物镜 6-双高斯照相物镜 公差计算 目的 1）如果初始结构选不好，则再简单的系统也难得到好的结果； 2）利用默认优化函数再作少量添加或修改就可以得到较好的结果； 3）一开始不要提很多要求或限定条件，可逐步提出与逼近。 优化实例（1） 优化实例（1） 优化实例（1） 优化实例（1） 优化实例（2） 优化实例（2）--优化结果 优化实例（3） 优化实例（3） ：优化结果 优化实例（3） 优化实例（3） 优化实例（3） 光学设计软件ZEMAX简介 优化实例 1-单透镜 2-双胶合透镜 3-非球面单透镜 4-激光扩束镜 5-显微镜物镜 6-双高斯照相物镜 公差计算 实例4 激光扩束镜的设计 目的 工作波长与检验波长不同时，如何设计补偿光路以完成系统检验。 方法 1）消色差设计：使光学系统在工作波长与检验波长下的位置重合 优点：最佳选择，但有时不一定能设计出来，或使系统复杂化。 2）加平行平板：在工作波长下完成设计后，在两个镜组之间加入一块适当厚度的平板，使其在检验波长下的像质优于衍射极限。 优点：结构简单，易操作。 因为平板可以放在任何地方，检验光路的像质与平板距前后镜组的距离无关。 3）加补偿透镜：在工作波长下完成设计后，在准直（大口径）镜组外侧加入一块适当结构的透镜，使其在检验波长下的像质优于衍射极限。 不足：透补偿镜与准直镜组的距离、同心度会影响检验光路的像质。 4）检验合格后，拿掉补偿镜即达到在工作波长满足要求的光学系统。 实例4 激光扩束镜的设计 设计要求 扩束倍率：60? 入射口径：?0.5-1mm 出射口径：?30-60mm 工作波长：1053nm 检验波长：632.8nm 像质要求：波像差?/8(?=1053nm) 结构型式 由聚焦镜组+准直镜组构成 重点校正准直镜组的像差，因为其口径大 主要是球差与小视场彗差 准直镜组为双分离结构 实例4 激光扩束镜的设计 消色差设计结果 工作波长1053nm下的像质 实例4 激光扩束镜的设计 补偿镜设计结果 工作波长1053nm下的像质 实例4 激光扩束镜的设