Zemax學(xué)習(xí)篇

2020-01-31 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

MTF一般都是大于0的,所以MTF曲線(xiàn)坐標(biāo)都是第一期限。但有時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)負(fù)值,這種情況表示像的亮度起伏與原物體相反,發(fā)生對(duì)比反轉(zhuǎn),也就是相位錯(cuò)動(dòng)了半個(gè)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(shí)只有在物距在無(wú)限遠(yuǎn)的時(shí)候才和前邊的一樣working f# 表示的是2SinU的倒數(shù)。

主光線(xiàn)是在stop光闌中心點(diǎn)的斜線(xiàn)角度。物上視場(chǎng)點(diǎn)-入瞳中心-像面的光線(xiàn),如果沒(méi)有漸暈,它也會(huì)通過(guò)光欄的中心,

放大鏡只能放大線(xiàn)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(shí)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(qǐng)問(wèn)有誰(shuí)知道這個(gè)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(méi)有畸變嗎

是啊,好象一個(gè)是像面上的實(shí)際像高,一個(gè)是近軸(理想)像高

畸變是有正負(fù)的呀

我知道了,那lens data editor中相面的尺寸是實(shí)際通光孔徑,而Report/prrscription data/paraxial Image Heigh 只是理想象高,所以我覺(jué)得設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該以lens data editor中相面的尺寸為準(zhǔn),大家說(shuō)對(duì)嗎?

錯(cuò),一個(gè)點(diǎn)通過(guò)系統(tǒng)之后不可能還是一個(gè)點(diǎn),是一個(gè)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(shí)際成像的大小。在設(shè)計(jì)的時(shí)候多考慮,軟件是工具而已。

那斑竹說(shuō)實(shí)際的相面尺寸應(yīng)該看哪里啊,

看你成像點(diǎn)的擴(kuò)散程度

由于像差的原因,實(shí)際最佳像面上每一像點(diǎn)(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(gè)鏡頭的像質(zhì)應(yīng)該如何評(píng)價(jià)?是以單獨(dú)的鏡頭為準(zhǔn)還是合成的串聯(lián)系統(tǒng)呢?☆可以以單獨(dú)的鏡頭分析,兩個(gè)的分析分別要在頻域和時(shí)域進(jìn)行但是最總的系統(tǒng)是否符合你的要求就一定要以整個(gè)系統(tǒng)為分析的對(duì)象了。

zemax中的ray fan和spot diagram的含義

【標(biāo)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(gè)重要的分析手段,就是顯示ray fan圖。顯示ray fan可以通過(guò)多種方式,比如菜單 analysis-fans-ray aberration顯示;也可以通過(guò)直接點(diǎn)擊在菜單欄目上的Ray按鈕。

ray fan表示是光學(xué)系統(tǒng)的綜合誤差。

它的橫坐標(biāo)是光學(xué)系統(tǒng)的入瞳標(biāo)量,因此總是從-1到+1之間。顯然0的位置對(duì)應(yīng)就是光軸在入瞳中心的焦點(diǎn)?？v坐標(biāo)則是針對(duì)主光線(xiàn)(發(fā)光點(diǎn)直穿光闌中心點(diǎn)的那條光線(xiàn))在像面上的位置的相對(duì)數(shù)值。

由于我們?cè)谟?jì)算光路的時(shí)候,通常僅僅考慮兩類(lèi)光線(xiàn),子午面和弧矢面。這樣對(duì)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(gè)薄透鏡的光學(xué)系統(tǒng)。光闌就在這個(gè)薄透鏡上。有一個(gè)在子午面上的軸外點(diǎn),發(fā)出一束光線(xiàn)射向這個(gè)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(xiàn)會(huì)射向光學(xué)系統(tǒng)的入瞳(同時(shí)也是光闌)上,會(huì)在子午面上有一個(gè)光束的分布。因此他們每個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)都將在未來(lái)的rayfan圖上顯示-1到+1的橫坐標(biāo)。顯然主光線(xiàn)的位置是光闌的中點(diǎn),就是0的位置。

然后這一束光線(xiàn)繼續(xù)穿過(guò)光學(xué)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(wú)數(shù)光點(diǎn)形成的光線(xiàn)。(對(duì)于理想的光學(xué)系統(tǒng),還是應(yīng)該形成一個(gè)點(diǎn))

這個(gè)線(xiàn)上一定會(huì)有一個(gè)點(diǎn),是由主光線(xiàn)形成的。這個(gè)點(diǎn)就做為整個(gè)像差的參考原點(diǎn)。其他的各個(gè)點(diǎn)到這個(gè)點(diǎn)的位置差值就是在ray fan中對(duì)應(yīng)于各個(gè)橫坐標(biāo)入瞳位置的縱坐標(biāo)值!

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

這就是ray fan圖的含義,它表示的是這個(gè)光學(xué)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(gè)面,因此對(duì)于每個(gè)視場(chǎng)的ray fan都有兩個(gè)。一個(gè)子午T(對(duì)應(yīng)于PY和EY),和一個(gè)弧矢S(對(duì)應(yīng)于PX和EX)

● 又由于系統(tǒng)選擇的光線(xiàn)不同,在每個(gè)視場(chǎng)的ray fan中可能會(huì)顯示多個(gè)光線(xiàn)的不同ray fan。

● zemax將會(huì)給每個(gè)視場(chǎng)都繪制一個(gè)ray fan圖。

ray fan缺省的位置是IMA面位置,缺省的采樣點(diǎn)是20個(gè)點(diǎn)等等都可以在setting中進(jìn)行重新設(shè)置。

關(guān)于rayfan中各種圖形的含義,需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)光學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。

比如S行狀的ray fan表示這個(gè)系統(tǒng)有球差。多個(gè)S行狀(蛇行狀)的ray fan表示這個(gè)系統(tǒng)有高級(jí)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(guò)方式一:直接點(diǎn)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(jìn)行查看。

參照上邊的說(shuō)明,spot diagram的形成,我們也可以在軸外子午面上選擇一點(diǎn)做為發(fā)光點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)同樣將光線(xiàn)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(xiàn)不是一個(gè)子午面的方式,而是一個(gè)面陣的方式發(fā)散。而是全面的射入入瞳。為了計(jì)算和比較,有幾種布置光線(xiàn)的方式可以選擇,比如隨機(jī)點(diǎn)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(gè)系統(tǒng)。

光線(xiàn)進(jìn)入系統(tǒng)以后經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)折等,最后仍然是射入IMA面。對(duì)于理想光學(xué)系統(tǒng),這些光線(xiàn)會(huì)再次重復(fù)為一個(gè)光點(diǎn)。但對(duì)于有像差的光學(xué)系統(tǒng),這些光線(xiàn)會(huì)在IMA面上形成一系列的圖形。這圖形實(shí)際就是模擬顯示了光學(xué)系統(tǒng)對(duì)這個(gè)軸外點(diǎn)的實(shí)際成像!

不同的像差有不同的像表現(xiàn),同時(shí)隨著像差的大小不同,這個(gè)像,也叫斑點(diǎn)的大小也不一樣,顯然像差越小的光學(xué)系統(tǒng),其斑點(diǎn)也越小。衡量這個(gè)斑點(diǎn)大小有個(gè)定義,就是RMS半徑定義,另外還有一個(gè)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(gè)系統(tǒng)實(shí)際的斑點(diǎn)大小。

需要說(shuō)明的是:

不同的射入入瞳的光線(xiàn)排列會(huì)對(duì)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(gè)斑點(diǎn)的中心點(diǎn)參考點(diǎn)的選擇:一種選擇的方式是根據(jù)主光線(xiàn)的位置做為斑點(diǎn)中心光線(xiàn)的中點(diǎn)。另外一種方式是采用斑點(diǎn)的實(shí)際重心做為斑點(diǎn)中點(diǎn)。

對(duì)于一個(gè)軸對(duì)稱(chēng)系統(tǒng),在軸上,顯然主光線(xiàn)中心和斑點(diǎn)重心是一點(diǎn)沒(méi)有差別,但在軸外點(diǎn)成像。主光線(xiàn)的中心計(jì)算出來(lái)的RMS顯然要比斑點(diǎn)重心計(jì)算的RMS半徑要大。其實(shí),通常采用的是斑點(diǎn)重心的參考中點(diǎn)方式。

如何應(yīng)用ZEMAX設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)

如何應(yīng)用ZEMAX設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)?這是拿到ZEMAX的朋友常常會(huì)想到的一個(gè)問(wèn)題。

但遺憾的是,ZEMAX始終緊緊是一個(gè)工具,不是能自動(dòng)完成光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大師。

就如同ZEMAX手冊(cè)說(shuō)的,ZEMAX是工具,而你使用人是設(shè)計(jì)師。

但如何才能設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)。

典型的做法就是

1)根據(jù)自己要設(shè)計(jì)的系統(tǒng),先有一個(gè)大致的光學(xué)結(jié)構(gòu)。

2)從手冊(cè)查閱,找到類(lèi)似的光學(xué)結(jié)構(gòu)。

3)輸入系統(tǒng),然后優(yōu)化這個(gè)系統(tǒng)知道自己滿(mǎn)意。

zemax提供的緊緊是:

設(shè)計(jì)師在zemax中可以通過(guò)

分析功能得到系統(tǒng)的預(yù)期。

主要需要使用的是,點(diǎn)圖,就是spot diagram.這個(gè)可以看出最后系統(tǒng)的點(diǎn)好壞。

波面圖,就是OPD fan,這個(gè)可以看出設(shè)計(jì)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(lái)說(shuō)在OPD超過(guò)5個(gè)波長(zhǎng)的時(shí)候幾何的比較常用

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

最后可以通過(guò)公差torlrance對(duì)未知的系統(tǒng)成品

特性得到一個(gè)模擬驗(yàn)證。

但上述的步驟都是在使用zemax的設(shè)計(jì)師本身對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)

非常了解的情況下才能得到的。

如果本身剛剛畢業(yè),又沒(méi)有多少實(shí)際的光學(xué)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

基本的概念又不是很熟悉。

那么卻是使用起來(lái)是很難的。

?？匆?jiàn)論壇有朋友問(wèn)怎么用zemax

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(mǎn)足自己的要求。

這是很難得到的!

因?yàn)檫@個(gè)是每個(gè)設(shè)計(jì)師的“謀生財(cái)富”!

如果告訴你我,那么大家不都知道怎么發(fā)財(cái)了么:)

大面上,大致都會(huì)說(shuō)。

但說(shuō)道節(jié)骨眼上,我看是個(gè)人都會(huì)留一手的。

問(wèn)別人光學(xué)設(shè)計(jì)要旨,就好比在問(wèn)師父藥方子。

藥就哪些種,怎么搭配有講究。

光學(xué)設(shè)計(jì)體會(huì)20040125.txt

這里寫(xiě)下我進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的體會(huì),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(gè)初級(jí)的光學(xué)設(shè)計(jì)者。大學(xué)的光學(xué)儀器專(zhuān)業(yè)的知識(shí),在10多年的IT工作中,幾乎喪失殆盡。

由于個(gè)人的原因打算重新進(jìn)入光學(xué)設(shè)計(jì)的領(lǐng)域,現(xiàn)在進(jìn)行這個(gè)行當(dāng)--好處是有很多資料可以借鑒,光學(xué)設(shè)計(jì)軟件也很多,同時(shí)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(xué)的東西已經(jīng)不很清楚,而這是光學(xué)設(shè)計(jì)很重要的部分。

說(shuō)到光學(xué)設(shè)計(jì),不能不提到我現(xiàn)在用的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX。這個(gè)軟件可以極大的提高光學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)程。

但也僅僅而已,很多初學(xué)光學(xué)設(shè)計(jì)的人,以為ZEMAX可以使得他們可以借助這個(gè)系統(tǒng)“自動(dòng)”的設(shè)計(jì)或者優(yōu)化出一個(gè)好的光學(xué)系統(tǒng)。他們認(rèn)為有好軟件,有好的硬件,只要自己稍微畫(huà)畫(huà)圖,畫(huà)上一到幾個(gè)鏡頭的圖。ZEMAX就可以自動(dòng)找到最優(yōu)化的光學(xué)設(shè)計(jì)。我要說(shuō),錯(cuò)了,ZEMAX沒(méi)有這個(gè)能力!

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

當(dāng)然,如果你要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)極為簡(jiǎn)單,然后就是想看看設(shè)計(jì)的感覺(jué),那是很容易的。比如你打算設(shè)計(jì)一個(gè)沒(méi)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(mǎn)意的結(jié)果。

但實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng),往往要復(fù)雜的多。根據(jù)我的個(gè)人學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)要掌握光學(xué)設(shè)計(jì)必須要有如下的準(zhǔn)備:

1)熟練的扎實(shí)的光學(xué)理論基礎(chǔ)

建議的書(shū)籍是:大學(xué)的《應(yīng)用光學(xué)》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(dǎo),上來(lái)就肯,估計(jì)馬上就暈了。

2)大量的例子參考

建議的書(shū)籍是:《光學(xué)設(shè)計(jì)手冊(cè)》,對(duì)于上邊的例子最好能找?guī)讉€(gè)仔細(xì)分析看看,結(jié)合《應(yīng)用光學(xué)》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(cuò)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(shí)際中的設(shè)計(jì)例子

只有應(yīng)用,才是最后解決問(wèn)題之道。

最后要說(shuō)的是,

我認(rèn)為光學(xué)設(shè)計(jì)是一門(mén)專(zhuān)業(yè)科學(xué),它雖然需要智力和技巧去掌握,但更重要的還是扎實(shí)的基礎(chǔ)和實(shí)實(shí)在在的掌握。光學(xué)設(shè)計(jì)不是可以朝發(fā)夕至的行業(yè),這里應(yīng)該看不到IT網(wǎng)絡(luò)的一夜暴富;但掌握它,它卻是能成為可以吃一生的飯食。

這對(duì)于我來(lái)說(shuō),已經(jīng)足夠了。常用電腦的人,都知道短短幾年Windows更新了多少版本,Office有多少版本,每個(gè)版本的使用都有不小的差異。但光學(xué)設(shè)計(jì)基本已經(jīng)不會(huì)有太大的改變?，F(xiàn)在雖然有的非球面的設(shè)計(jì),但99%的透鏡應(yīng)用還是球面的。

想掌握一門(mén)不需要一輩子拼命更新的生存技能么?考慮一下光學(xué)設(shè)計(jì)吧

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