光学CAD教学课件-浙江大学

等望远镜、瞄准仪、测量仪器激光、卫星等光纤通讯等非成像光学、太阳能利用等 Zemax 简介

Zemax 软件特点

版本

SE：标准版 XE：完整版

EE：专业版（可算非序列）

Zemax 用户界面

主要有四种用户界面

—Editors: 编辑各种光学面参数或其他参数 —Graphic Windows: 显示各种图形数据 —Text Windows: 显示各种文本数据

—Dialog Boxes: 编辑其他各种Window 的数据或报告错误信息。

1）Editors

Lens Data Editor：输入透镜参数 Merit Function Editor ：优化函数构建 Multi-Configuration Editor：多重结构参数定义

Tolerance Data Editor ：公差分析函数设定 Extra Data Editor：附加数据

Non-Sequential Components Editor: 非序列光学系统 Lens Data Editor

Merit Function Editor

Multi-Configuration Editor

Tolerance Data Editor

Non-Sequential Component Editor

绪论 我们身边有哪些光学系统和仪器－想当它们的设计师吗？

如果我们已经较好地掌握了以下内容

几何光学

像差理论

光学系 统

波像差与像质评价 ? 本章要点

1. 波像差概念，瑞利判据，与几何像差关系，离焦原则 2. 参考点移动引起的波像差，焦深

3. 色差引起的波像差，球色差、几何色差与波色差的关系 4. 光学系统的像差容限

5. 光学系统的像质评价（几何像差曲线、点列图、波像差、传递函数） 6. 光学系统的像质检验（星点检验、分辨率、传递函数，波面测量）

§10-1 波像差及其与几何像差的关系

光线——波面的法线 波像差——实际波面对理想波面的偏离

轴上点A以单色光成像

存在球差

,A'M交理想波面于M，

即为波差。（以理想波面为基准，右负左正）

一、轴上点的波像差及其与球差的关系[返回本章要点]

球差相当的波像差为以u'2为纵坐标，以δL'为横坐标的球差曲线与纵轴所围面积的一半 【推导】 当物方无穷远时，u’=h/f’

讨论

1.当仅有初级量时以波长为单位时，边缘处

波像差最大。移动接收面，以接收面为基准，则球差将改变，波像差曲线随之改变。称之为离焦

离焦，[返回本章要点]

2. 当有初级和二级球差时

当，

当对边光校正球差时，0.707带光有最大剩余球差

若离焦，使图中三部分面积相同，则应轴向离焦，

此时

3. 若再有三级以上球差，则像差平衡的原则是： 尽可能离焦后有多个大小相等、符号相反的小面积 以下动画是一个实际光学系统成像质量随离焦量变化的情况[返回本章要点]

二、轴外点的波像差及其与垂轴像差的关系[返回本章要点]

轴外任意一点的像差，可以用两个分量表示

波差W应表示成与这两个分量之间的关系

可导出

沿子午截线的波像差

推导 曲线对sinU'轴所围的面积表征波像差的大小。参考点为高斯像点. 但高斯像点亦不一定是最佳参考点

离焦

垂轴离焦：对各条光线δy'均改变同样值。->坐标平移

离焦 注意 沿轴离焦：纵轴转一角度,以形成尽可能相等的大小相同、符号相反的小面积

[返回本章要点]

1. 垂轴离焦只为评价像质，轴向离焦才为确定最佳像面位置。 2.

沿轴离焦只能对某一视场而言，不同的视场有不同的沿轴离焦要求，不能同时满足。

与

也不能同时满足。

3. 轴向离焦中

应寻求最佳平衡 §10-2 波像差的一般表示式[返回本章要点] 波面——等光程面，等光程面的变形——波像差。

光学系统的物方光线由 y,η,ζ决定，像方光线由 y',η',ζ’决定 考虑 光学系统是旋转对称光束关于子午面对称当y=0时为轴上点

所以

波差的一般表达式

式中第一行为轴向离焦与垂轴离焦项，第二行为初级单色像差引起的波像差，第三行为二级单色像差引起的波像差。

计算时应根据所取孔径、视场大小确定应取的项 §10-3 参考点移动引起的波像差，焦深[返回本章要点]

由

轴向离焦：垂轴离焦：

当光学系统为理想系统时，高斯面上波像差为零。若像面移动△l’，则可按上式计算新的W。若

则可认为该系统仍为理想系统。这时焦深为2△l'。

由上可得所以

焦深与像方孔径有关。像方孔径大则焦深小。

例：

§10-4 色差的波像差表示[返回本章要点] 一、波色差

几何像差

W——某一孔径带的光线与近轴光线的光程之差。

二.（D-d）法求波色差的优点 1. 不需再计算F、C的实际光路；

2. 校正WFC，可通过δn的改变达到，而保持nD不变 3. 通过修改rk使Dk改变，可以校正残余的WFC

[返回本章要点]

4. 计算精度较高

§10-5 球色差、几何色差与波色差的关系 [返回本章要点] 一、球色差

边光环带的F、C波面相交，但F、C光由于球差存在，在其它环带波

光学设计软件简介

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