基于zemax 应光望远镜物镜课件.ppt

望远物镜zemax仿真课件 一设置光源参数 对于本透镜来说 物距被认为是无穷远 入瞳直径被定为30毫米 入射角的半角大小设为4 具体设置如下 1 首先点击按钮 然后弹出来下列窗口 2 点击按钮 出现下列窗口 3 点击按钮 出现下列窗口 然后点击按钮 则窗口变成如下图 二输入镜头数据 输入的数据如下图 上图的数据都是手动输入 而最后一个面 即第7面 的厚度 thickness 是zemax自动计算出来的 具体过程如下 双击第7面的厚度 thickness 这一栏 弹出如下窗口 选择图中的那一项 就会自动生成焦距 三查看光学镜头模型 点击按钮 出现了下列窗口 在该图中可以形象地看出这个透镜组的大概零件构成 四查看光学镜头的各项像差 点击分析 Analysis 像差失真系数 AberrationCofficient 塞得尔系数 SeidelCofficients 弹出下面窗口 每一个surf的代号分别表示下列像差 其中横向的像差包括 横向球差 TSPH 横向弧矢彗差 TSCO 横向子午彗差 TTCO 横向弧矢场曲 TSFC 横向子午场曲 TTFC 横向畸变 TDIS 和横向轴上色差 TLAC 纵向像差包括 纵向球差 LSPH 纵向像散 LAST 纵向匹兹凡场曲 LFCP 纵向弧矢场曲 LFCS 纵向子午场曲 LFCT 和纵向轴上色差 LAXC 其他像差 球差 W040 彗差 W131 像散 W222 匹兹凡场曲 W220P 畸变 W311 轴向色离焦项 W020 轴向色倾斜 W111 弧矢场曲 W220S 平均场曲 W220M 子午场曲 W220T 球差 SPHA SI 彗差 COMA S2 像散 ASTI S3 场曲 FCUR S4 畸变 DIST S5 轴向色差 CLA CL 横向色差 CTR CT 图表中计算出来每一个面的上述像差 五查看综合像差曲线 点击按钮 会弹出下列窗口 如上图中显示 这是综合像差曲线 综合像差的含义是 各项初级像差 如球差等 叠加之后的像差 在图中纵坐标 EX EY 表示的就是综合像差值 而图中的横坐标 PX PY 表示的是像点与光轴的距离 故这个像差曲线表示的综合像差和像点到光轴距离之间的关系 由上图可以看出 随着像点与光轴距离增加 综合像差线性增加 而且斜率较大 而这两个图像分别表达了X方向上和Y方向上的此项关系 上图有三个图 分别对应的是FIE中三种光线 角度为0的 角度为4 的和角度为 4 的 六查看点列图 点击按钮 弹出下列窗口 如图所示 这个点列图描述的是在像面上 物体成像的具体情况 图中显示的图像表示这一束平行光经过该光学系统后成的像是图中这样的光斑 其中光斑的尺寸可以通过该窗口的左下角看到 如下图 从上图中可以看出光斑的半径为238 436um 上图有三个图 分别对应的是三种光线 角度为0的 角度为4 的和角度为 4 的 七查看光学系统的MTF图 点击按钮 则弹出下列窗口 MTF图描述的是成像系统的成像分辨率的好坏程度 其中图中的纵坐标是成像的相对亮度 与最亮的一点相比 最大值为1最小值为0 图中横坐标是分辨率 这里指的是空间分辨率 单位是每毫米的线对数 具体含义就是 在一毫米的空间内可以看清的线条的数量 如图中所示 越低分辨率的的亮度越高 当亮度低到了一定数值 就可以认为该分辨率以上的不能被看清 从而可以得出这个系统地分辨成像能力 上图有三个图 分别对应的是三种光线 角度为0的 角度为4 的和角度为 4 的 八查看光程差曲线 点击按钮 出现下列窗口 垂轴刻度在图形的下端给出 绘图的数据是光程差 OPD 它是光线的光程和主光线的光程的差 通常 计算以返回到系统出瞳上的光程差为参考 每个曲线的横向刻度是归一化的入瞳坐标 若显示所有波长 那么图形以主波长的参考球面和主光线为参照基准的 若选择单色光那么被选择的波长的参考球面和主光线被参照 由于这个原因 在单色光和多色光切换显示时 非主波长的数据通常被改变 图中纵坐标是光程差 横坐标是距离光轴的距离 上图有三个图 分别对应的是三种光线 角度为0的 角度为4 的和角度为 4 的 九查看场曲与畸变曲线 点击按钮 弹出下列窗口 十查看bmp像分析 对于成像设备来说 查看bmp图像的仿真效果是一项十分有用的功能 点击分析 Analysis 像分析 ImageAnalysis 几何bmp图像分析 GeometricBitmapImageAnalysis 弹出下面窗口 然后回到几何bmp像分析窗口 点右键 出现下面窗口 按照窗口中的数据设置 其中 光线倍乘1000 这一项决定了图像的清晰程度 越大则图像越清晰 在透镜已经可以清晰成像的前提下 但是越大则计算时间越长 点击确定后出现下面图像 若要查看原图 则点击右键 弹出设置菜单 如下图 将 查看 这一项由Image改为Object 修改这里 点击确定后出现下图 对比下列两幅图片 可以看出清晰度上有很大的差别 这主要是由两个原因造成 第一个是 光线倍乘1000 这一项的设置还不够大 第二就是本光学系统本身的分辨本领就不是很强的 这一点从前边的MTF图中也可以看出 十一对光学系统进行优化 在zemax环境下对光学系统进行优化 主要的工作就是设置好优化函数具体操作如下 点击 编辑 Editors 优化函数 MeritFunction 出现下列窗口 在该窗口中点击 工具 Tool 默认评价函数 弹出右边窗口 点击确定 则弹出下面窗口 接下来就要设置优化函数了 首先 点一下第一列 然后点 编辑 Editors 点击 插入操作数 InsertOperand 窗口中就会多出一栏 如下图 反复这项操作 就可以获得更多的操作数 也就是我们所说的被优化的数据 比如说像差 焦距之类的 这里要注意表格中的 Type 这一列 这里是填优化函数类型的 具体来说 就是这里填的类型名称决定了被优化的数据 比如说像差 焦距之类的 如下图 下面介绍一些常用的操作数类型的意义 1 EFFL透镜单元的有效焦距2 AXCL透镜单元的轴向色差3 LACL透镜单元的垂轴色差4 PIMH规定波长的近轴像高5 PMAG近轴放大率6 AMAG角放大率7 ENPP透镜单元入瞳位置8 EXPP透镜单元出瞳位置9 EPDI透镜单元的入瞳直径10 SPHA在规定面处的球差分布 0则计算全局 11 COMA透过面慧差 3阶近轴 12 ASTI透过面像散 3阶近轴 13 FCUR透过面场曲 3阶近轴 14 DIST透过面畸变 3阶近轴 15 DIMX畸变最大值16 AXCL轴像色差 近轴 17 LACL垂轴色差18 DISG广义畸变百分数19 FCGS弧矢场曲20 DISC子午场曲当然 操作数还有很多 具体可以查阅zemax的中文说明书 下面示范具体的优化过程 对于这个照相机镜头主要需要优化的是球差 在优化球差的时候要保证焦距不要过大的变化 如下图 在优化函数窗口进行设置 然后设置课被优化的值 具体操作如下 双击选取可被优化的值 弹出右边窗口 然后将求解类型选择为 Variable 如下图 下面是选取被优化的数据后的镜头数据表格 在这里选择优化数据的依据是前边的塞得尔系数表格 如下图 从图中可以看出第1面 第2面 第3面产生的像差最大 因而可被调节的潜力最大 故选择这三个面的曲率半径作为优化对象 同时也保证焦距在119毫米左右 设置好以后点击按钮 弹出下面的窗口 这时 可以点击按钮 自动 就可以得到优化后的数据 如下面的镜头数据表格 从下图中的优化函数的编辑框中也可以看到各项像差的变化 十二查看优化后的各项数据 1 查看像差曲线 优化前 优化后 由两幅图像可知 优化前 综合像差曲线存在离焦现象 优化后这一现象就减弱了很多 2 查看点列图 优化前 优化后 从图中可以看出优化后 光斑聚焦的程度更好了 3 查看MTF图像 优化前 优化后 4 查看光程差图像 优化前 优化后 5 BMP图像仿真 优化后 优化前 优化后的成像明显清晰了一些 十三查看透镜的立体效果图 点击 分析 Analysis 草图 Layout 渲染模型 ShadedModel 然后会弹出下面窗口 这就是光学系统地机械效果图 十四透过率与镀膜 一个光学系统在设计完成后还需要考虑透过率的问题 如果透过率太小则需要修改或者镀膜 查看透过率的操作过程如下 点击 分析 Analysis 偏振 Po