光学设计软件：Code V二次开发_（4）.光学模型建立与优化.docx

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光学模型建立与优化

在上一节中，我们已经介绍了如何在CodeV中创建基本的光学系统模型。接下来，我们将深入探讨光学模型的建立与优化技术。建立一个准确的光学模型是进行系统优化的前提，而优化则是提升光学性能的关键步骤。在这一节中，我们将详细介绍如何在CodeV中建立复杂的光学模型，并使用CodeV的优化工具进行系统优化。

光学模型的建立

1.光学系统的基本组成

光学系统通常由多个光学元件组成，这些元件包括透镜、反射镜、棱镜、光阑等。在CodeV中，每个光学元件都由一系列参数定义，如曲率半径、厚度、材料等。建立光学模型的第一步是确定这些元件的参数。

1.1透镜参数

透镜是最常见的光学元件之一。在CodeV中，透镜的参数可以通过以下方式定义：

曲率半径：透镜表面的曲率半径，单位为毫米（mm）。

厚度：透镜沿光轴的厚度，单位为毫米（mm）。

材料：透镜材料，可以通过选择玻璃目录中的材料或自定义材料来指定。

位置：透镜在光轴上的位置，通常以透镜前表面到光轴起点的距离来表示。

1.2反射镜参数

反射镜主要用于改变光路的方向。在CodeV中，反射镜的参数定义如下：

曲率半径：反射镜表面的曲率半径，单位为毫米（mm）。

位置：反射镜在光轴上的位置，通常以反射镜前表面到光轴起点的距离来表示。

材料：反射镜材料，通常为金属或镀膜材料，可以通过选择材料目录或自定义材料来指定。

1.3棱镜参数

棱镜用于改变光的传播方向或路径。在CodeV中，棱镜的参数定义如下：

顶角：棱镜的顶角，单位为度（°）。

材料：棱镜材料，可以通过选择玻璃目录中的材料或自定义材料来指定。

位置：棱镜在光轴上的位置，通常以棱镜前表面到光轴起点的距离来表示。

1.4光阑参数

光阑用于控制通过光学系统的光束大小和形状。在CodeV中，光阑的参数定义如下：

直径：光阑的直径，单位为毫米（mm）。

位置：光阑在光轴上的位置，通常以光阑到光轴起点的距离来表示。

2.光学系统的建模步骤

2.1创建新的光学系统

在CodeV中，创建新的光学系统可以通过以下步骤进行：

打开CodeV软件。

选择“File”菜单中的“New”选项，创建一个新的光学系统文件。

在“SystemSetup”窗口中，设置系统的初始参数，如波长、像面位置等。

*创建新的光学系统

NEW

*设置波长

WAVE0.550

*设置像面位置

IMAGE100.0

2.2添加光学元件

添加光学元件可以通过在“LensData”窗口中输入相应的参数来实现。以下是一个简单的透镜系统的建模示例：

*添加透镜

SURF1

RADIUS50.0

THICK10.0

MATERIALBK7

SURF2

RADIUS-50.0

THICK30.0

MATERIALAIR

SURF3

RADIUSINFINITY

THICK10.0

MATERIALBK7

SURF4

RADIUSINFINITY

THICK0.0

MATERIALAIR

*设置像面

SURF5

RADIUSINFINITY

THICK0.0

2.3设置光阑

设置光阑可以在“LensData”窗口中通过指定光阑面来实现。以下是一个设置光阑的示例：

*设置光阑

STOP2

*设置光阑直径

DIAM20.0

2.4添加像差分析

像差分析是评估光学系统性能的重要工具。在CodeV中，可以通过以下步骤添加像差分析：

选择“Data”菜单中的“WavefrontAberration”选项。

在“WavefrontAberration”窗口中，设置分析参数，如波长、像面位置等。

*添加像差分析

ABER

*设置分析波长

WAVE0.550

*设置分析像面

IMAGE100.0

*设置分析孔径

DIAM20.0

3.光学模型的优化

光学模型的优化是通过调整光学元件的参数来提高系统的性能。CodeV提供了多种优化工具和方法，包括局部优化和全局优化。

3.1优化参数的选择

在优化过程中，需要选择合适的优化参数。常见的优化参数包括：

曲率半径：调整透镜或反射镜的曲率半径。

厚度：调整透镜或空气间隔的厚度。

材料：调整光学元件的材料。

位置：调整光学元件在光轴上的位置。

3.2优化目标的设定

优化目标是优化过程中的重要指标，常见的优化目标包括：

像差最小化：通过最小化像差来提高系统的成像质量。

光斑半径最小化：通过最小化光斑半径来提高系统的分辨率。

MTF最大化：通过最大化调制传递函数（MTF）来提高系统的对比度和清晰度。

3.3局部优化

局部优化是通