Zemax學習篇

2020-01-31 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

MTF一般都是大于0的,所以MTF曲線坐標都是第一期限。但有時候也會出現(xiàn)負值,這種情況表示像的亮度起伏與原物體相反,發(fā)生對比反轉(zhuǎn),也就是相位錯動了半個周期,黑的變白,白的變黑。

如何查看高斯光束的光斑大小及能量分布在physical analysis>>pop setting>>display中可以看

中文的翻譯是:image space f# 表示的是有效焦距和有效孔徑的比paraxial working f# 表示的是2tanU的倒數(shù),其實只有在物距在無限遠的時候才和前邊的一樣working f# 表示的是2SinU的倒數(shù)。

主光線是在stop光闌中心點的斜線角度。物上視場點-入瞳中心-像面的光線,如果沒有漸暈,它也會通過光欄的中心,

放大鏡只能放大線性的東西 ”這種結(jié)論。

我今天突然在ZEMAX中發(fā)現(xiàn)我如果做短焦的時候,比如f=2.8,看到lens data editor中相面的尺寸小于在Report/prrscription data/paraxial Image Heigh 中的象高??請問有誰知道這個是如何產(chǎn)生的,為什么有這種現(xiàn)象☆這有什么奇怪的,難道你的系統(tǒng)沒有畸變嗎

是啊,好象一個是像面上的實際像高,一個是近軸(理想)像高

畸變是有正負的呀

我知道了,那lens data editor中相面的尺寸是實際通光孔徑,而Report/prrscription data/paraxial Image Heigh 只是理想象高,所以我覺得設(shè)計時應(yīng)該以lens data editor中相面的尺寸為準,大家說對嗎?

錯,一個點通過系統(tǒng)之后不可能還是一個點,是一個有大小的斑,從lens data editor中看到的數(shù)據(jù)只是最大像高的數(shù)值,不能代表實際成像的大小。在設(shè)計的時候多考慮,軟件是工具而已。

那斑竹說實際的相面尺寸應(yīng)該看哪里啊,

看你成像點的擴散程度

由于像差的原因,實際最佳像面上每一像點(斑)大小都不一致,由于軸外(垂軸)像差的關(guān)系lens data editor中的尺寸一般系統(tǒng)應(yīng)該夠了。

傅立葉變換透鏡的4F系統(tǒng)的兩個鏡頭的像質(zhì)應(yīng)該如何評價?是以單獨的鏡頭為準還是合成的串聯(lián)系統(tǒng)呢?☆可以以單獨的鏡頭分析,兩個的分析分別要在頻域和時域進行但是最總的系統(tǒng)是否符合你的要求就一定要以整個系統(tǒng)為分析的對象了。

zemax中的ray fan和spot diagram的含義

【標題】

zemax中的ray fan和spot diagram的含義

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【正文】

ray fan

在zemax中有一個重要的分析手段,就是顯示ray fan圖。顯示ray fan可以通過多種方式,比如菜單 analysis-fans-ray aberration顯示;也可以通過直接點擊在菜單欄目上的Ray按鈕。

ray fan表示是光學系統(tǒng)的綜合誤差。

它的橫坐標是光學系統(tǒng)的入瞳標量,因此總是從-1到+1之間。顯然0的位置對應(yīng)就是光軸在入瞳中心的焦點?？v坐標則是針對主光線(發(fā)光點直穿光闌中心點的那條光線)在像面上的位置的相對數(shù)值。

由于我們在計算光路的時候,通常僅僅考慮兩類光線,子午面和弧矢面。這樣對于不同的面,就有兩種不同rayfan顯示。

要概念上理解ray fan圖,我們假設(shè)有一個薄透鏡的光學系統(tǒng)。光闌就在這個薄透鏡上。有一個在子午面上的軸外點,發(fā)出一束光線射向這個透鏡,那么它在子午面的ray fan圖將是這樣繪制的:

首先,這一束光線會射向光學系統(tǒng)的入瞳(同時也是光闌)上,會在子午面上有一個光束的分布。因此他們每個對應(yīng)點都將在未來的rayfan圖上顯示-1到+1的橫坐標。顯然主光線的位置是光闌的中點,就是0的位置。

然后這一束光線繼續(xù)穿過光學系統(tǒng),最后折射到像面上。由于由像差的存在;在像面的子午面上將形成由無數(shù)光點形成的光線。(對于理想的光學系統(tǒng),還是應(yīng)該形成一個點)

這個線上一定會有一個點,是由主光線形成的。這個點就做為整個像差的參考原點。其他的各個點到這個點的位置差值就是在ray fan中對應(yīng)于各個橫坐標入瞳位置的縱坐標值!

這樣,一系列的點就可以在這個下xy的坐標系統(tǒng)中表示出來。只要有足夠的點,就能連接繪制一個完整的ray fan圖。

這就是ray fan圖的含義,它表示的是這個光學系統(tǒng)參照入瞳位置的像差綜合值。

需要指出的是:

● 由于有子午和弧矢兩個面,因此對于每個視場的ray fan都有兩個。一個子午T(對應(yīng)于PY和EY),和一個弧矢S(對應(yīng)于PX和EX)

● 又由于系統(tǒng)選擇的光線不同,在每個視場的ray fan中可能會顯示多個光線的不同ray fan。

● zemax將會給每個視場都繪制一個ray fan圖。

ray fan缺省的位置是IMA面位置,缺省的采樣點是20個點等等都可以在setting中進行重新設(shè)置。

關(guān)于rayfan中各種圖形的含義,需要設(shè)計人員根據(jù)光學經(jīng)驗進行判斷。

比如S行狀的ray fan表示這個系統(tǒng)有球差。多個S行狀(蛇行狀)的ray fan表示這個系統(tǒng)有高級球差等等。

spot diagram

spot diagram是另外一種重要的分析像差的工具。spot diagram可以通過方式一:直接點擊在屏幕菜單工具欄中的“Spt”按鈕;方式二:選擇菜單 Analysis-Spot Diagrams-Standard,進行查看。

參照上邊的說明,spot diagram的形成,我們也可以在軸外子午面上選擇一點做為發(fā)光點。這個點同樣將光線射向系統(tǒng)的入瞳和光闌位置。和ray fan不同的就是,這次我們考慮的更全面些。這一束光線不是一個子午面的方式,而是一個面陣的方式發(fā)散。而是全面的射入入瞳。為了計算和比較,有幾種布置光線的方式可以選擇,比如隨機點方式,矩形方式,圓形方式,還有三角方式等等。目的是能盡量保證平衡射入這個系統(tǒng)。

光線進入系統(tǒng)以后經(jīng)過轉(zhuǎn)折等,最后仍然是射入IMA面。對于理想光學系統(tǒng),這些光線會再次重復(fù)為一個光點。但對于有像差的光學系統(tǒng),這些光線會在IMA面上形成一系列的圖形。這圖形實際就是模擬顯示了光學系統(tǒng)對這個軸外點的實際成像!

不同的像差有不同的像表現(xiàn),同時隨著像差的大小不同,這個像,也叫斑點的大小也不一樣,顯然像差越小的光學系統(tǒng),其斑點也越小。衡量這個斑點大小有個定義,就是RMS半徑定義,另外還有一個就是幾何半徑的定義。RMS是均方根半徑,可以定量的反映這個系統(tǒng)實際的斑點大小。

需要說明的是:

不同的射入入瞳的光線排列會對最后的RMS半徑等有影響,但并不大。

關(guān)鍵影響RMS半徑的是,每個斑點的中心點參考點的選擇:一種選擇的方式是根據(jù)主光線的位置做為斑點中心光線的中點。另外一種方式是采用斑點的實際重心做為斑點中點。

對于一個軸對稱系統(tǒng),在軸上,顯然主光線中心和斑點重心是一點沒有差別,但在軸外點成像。主光線的中心計算出來的RMS顯然要比斑點重心計算的RMS半徑要大。其實,通常采用的是斑點重心的參考中點方式。

如何應(yīng)用ZEMAX設(shè)計光學系統(tǒng)

如何應(yīng)用ZEMAX設(shè)計光學系統(tǒng)?這是拿到ZEMAX的朋友常常會想到的一個問題。

但遺憾的是,ZEMAX始終緊緊是一個工具,不是能自動完成光學系統(tǒng)的設(shè)計大師。

就如同ZEMAX手冊說的,ZEMAX是工具,而你使用人是設(shè)計師。

但如何才能設(shè)計光學系統(tǒng)。

典型的做法就是

1)根據(jù)自己要設(shè)計的系統(tǒng),先有一個大致的光學結(jié)構(gòu)。

2)從手冊查閱,找到類似的光學結(jié)構(gòu)。

3)輸入系統(tǒng),然后優(yōu)化這個系統(tǒng)知道自己滿意。

zemax提供的緊緊是:

設(shè)計師在zemax中可以通過

分析功能得到系統(tǒng)的預(yù)期。

主要需要使用的是,點圖,就是spot diagram.這個可以看出最后系統(tǒng)的點好壞。

波面圖,就是OPD fan,這個可以看出設(shè)計的系統(tǒng)在出瞳位置的波面差

還有就是MTF,zemax的mtf有兩種,一種是衍射的,一種是幾何的,一般來說在OPD超過5個波長的時候幾何的比較常用

其余的就是優(yōu)化的時候如何能調(diào)整優(yōu)化參數(shù)。

最后可以通過公差torlrance對未知的系統(tǒng)成品

特性得到一個模擬驗證。

但上述的步驟都是在使用zemax的設(shè)計師本身對光學設(shè)計

非常了解的情況下才能得到的。

如果本身剛剛畢業(yè),又沒有多少實際的光學設(shè)計經(jīng)驗。

基本的概念又不是很熟悉。

那么卻是使用起來是很難的。

?？匆娬搲信笥褑栐趺从脄emax

圖怎么看?

玻璃如何根據(jù)系統(tǒng)選擇?

怎么優(yōu)化才可以滿足自己的要求。

這是很難得到的!

因為這個是每個設(shè)計師的“謀生財富”!

如果告訴你我,那么大家不都知道怎么發(fā)財了么:)

大面上,大致都會說。

但說道節(jié)骨眼上,我看是個人都會留一手的。

問別人光學設(shè)計要旨,就好比在問師父藥方子。

藥就哪些種,怎么搭配有講究。

光學設(shè)計體會20040125.txt

這里寫下我進行光學設(shè)計的體會,算是日記,如有可能,也做為同行的相互交流。

我的Emaillanfier@sina.com.cn

我只能算個初級的光學設(shè)計者。大學的光學儀器專業(yè)的知識,在10多年的IT工作中,幾乎喪失殆盡。

由于個人的原因打算重新進入光學設(shè)計的領(lǐng)域,現(xiàn)在進行這個行當--好處是有很多資料可以借鑒,光學設(shè)計軟件也很多,同時30多歲的人,記憶力不行,但理解力正是高峰位置。壞處是很多有關(guān)數(shù)學的東西已經(jīng)不很清楚,而這是光學設(shè)計很重要的部分。

說到光學設(shè)計,不能不提到我現(xiàn)在用的光學設(shè)計軟件ZEMAX。這個軟件可以極大的提高光學設(shè)計進程。

但也僅僅而已,很多初學光學設(shè)計的人,以為ZEMAX可以使得他們可以借助這個系統(tǒng)“自動”的設(shè)計或者優(yōu)化出一個好的光學系統(tǒng)。他們認為有好軟件,有好的硬件,只要自己稍微畫畫圖,畫上一到幾個鏡頭的圖。ZEMAX就可以自動找到最優(yōu)化的光學設(shè)計。我要說,錯了,ZEMAX沒有這個能力!

即使是一個很好的初始的設(shè)計思路,要達到最后的目標,你還需要指點ZEMAX采用你的步驟一步一步達到最后的最優(yōu)設(shè)計。你始終是這個系統(tǒng)的總設(shè)計師,而不是一個忠實肯干的仆人的主人,可以輕易得到結(jié)果的。

當然,如果你要設(shè)計的系統(tǒng)極為簡單,然后就是想看看設(shè)計的感覺,那是很容易的。比如你打算設(shè)計一個沒有球差的非球面單透鏡,而且在單色光下工作。ZEMAX只要幾分鐘就可以得出你滿意的結(jié)果。

但實際的光學系統(tǒng),往往要復(fù)雜的多。根據(jù)我的個人學習經(jīng)驗要掌握光學設(shè)計必須要有如下的準備:

1)熟練的扎實的光學理論基礎(chǔ)

建議的書籍是:大學的《應(yīng)用光學》教程,最好是最近幾年的,老的不是不好,但有大量的公式推導,上來就肯,估計馬上就暈了。

2)大量的例子參考

建議的書籍是:《光學設(shè)計手冊》,對于上邊的例子最好能找?guī)讉€仔細分析看看,結(jié)合《應(yīng)用光學》的講解,這樣在腦子中就有了一些概念。

3)相關(guān)的可以使用的軟件

ZEMAX是不錯的軟件。但正版的ZEMAX是非常昂貴的!同樣的軟件比如Code V等都是可以使用的,不在于具體的軟件,而在于熟練可以使軟件為自己服務(wù)。

4)應(yīng)用到實際中的設(shè)計例子

只有應(yīng)用,才是最后解決問題之道。

最后要說的是,