光学设计Zemax实例教程2016年上.pdf

计算机辅助光学设计 袁群 电光学院A628房间 yuanqun@njust.edu.cn 1 ➻什么是光学设计？ 简单来说就是对光学系统的设计；这里的光学系统涵 盖范围比较广，是光学仪器或整机设备中的一个系统 或一个子系统，它是光学仪器总体设计的关键。 ➻光学设计的主要内容 根据光波在介质中传播的规律，确定介质的参数，使光波按所 需要的方式传播。 ↬ 成像系统 ↬ 照明系统 人工设计 光学设计的发展 计算机自动设计 光路计算是指对于不同结构参数的光学系统，由物点发出的光 线，按照折射、反射定律，用数学方法计算若干条光线，然后 根据光线通过系统后的成像质量或者是像差情况来修改结构参 数，重复上述计算，直到成像质量满足要求为止。 自动设计就是让计算机代替人工来做光线追迹、像差分析和自 动修改结构参数的工作。 4 ➻像差(Aberration)  理想光学系统的物像关系: （近轴光学系统，高斯光学）  sinθ＝θ，cosθ＝1  物点（所有光线）—— ——理想像点（会聚） 近轴小物体的细光束成像  实际光学系统： （一定的相对孔径和视场） 实际光路计算超出近轴区域限制，造成实际像和理想像 之间的差异，即像差。  3  5  7 正弦函数的级数展开： s in        3 ! 5 ! 7 ! 导出近轴公式 产生像差的原因 5 像差产生的原因 ✥真实光线的几何结果 ✥元件制成生产时的公差 像差的种类 ✥单色像差：球差、彗差、像散、场曲、畸变 ✥复色像差：位置色差、倍率色差 像差的大小反映了光学系统成像质量的优劣，没有像差的光学 系统是不存在的，光学设计的目的是把像差校正到某一公差范 围内，使成像质量达到技术要求。 6 ➻光学设计的目的 光学系统成像性能要求 光学特性 成像质量 焦距、物距、像距、 光学系统所包含的像 放大率、入瞳位置、 应该足够清晰，并且 入瞳口径等 物像相似，变形要小 光学设计的任务就是根据对光学系统的光学特性和成像质量两 方面的要求来确定系统的结构参数 7 课程目的：  通过实例，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