文章目錄

第一章概述
- 光學系統
- - 成像光學系統
  - 非成像光學系統
- 光學設計的方法：
- - 決議法
  - 縮放法
- 光學系統使用要求
第二章光學系統的像差概述
第三章光學系統的像質評價
Zemax用戶界面
- 選單欄
- 工具列
- - **快捷鍵**：
  - Gen
  - Filed data
  - 透鏡資料編輯視窗（Lde）：
- 檔案選單（File）：
- - Preference引數
- 編輯選單（Editor）
- - 透鏡資料編輯視窗（Led）
  - 評價函式編輯視窗（MFE）
  - 多重資料結構（MCE）
  - 公差資料（TDE）
- 系統選單（System）
- - 通用資料General
- 分析選單（Analysis）
- - 輪廓圖
  - - 二維輪廓圖（2DL）
    - 三維輪廓圖（3DL）
  - 特征曲線（Fans）
  - - 光線像差（Ray Aberration）
  - 點列圖（Spot Diagram）
  - - 標準型
  - 調制傳遞函式（MTF）
  - 點擴散圖（PSF）
  - 波前（Wavefront）
  - 均方根（RMS）
  - 包圍園能量（encircled energy）
  - 照度（illumination）
  - 像分析（Image Analysis）
  - 雜項（Miscellaneous）
- 工具選單
基于zemax光學設計實體
- 單透鏡設計
- 雙膠合透鏡設計
- 三片式照相物鏡設計
- 雙高斯照相物鏡設計
- 反射式望遠物鏡設計
- 變焦距照相物鏡設計
光學系統優化方法

第一章概述

光學系統成像性能主要有兩個方面要求：

第一方面：光學特性（物距，像距，入瞳，出瞳…）
第二方面：成像質量

設計光學系統有兩個階段（第一步設計簡單，第二部就復雜，反之同）：

第一階段：根據儀器的技術要求（性能指標，外形尺寸，重量等技術指標），從儀器各部分（光學，機械，電路）擬定光學系統原理圖，初步確定外形尺寸，各部分要求的光學特性，
第二階段：確定每個鏡頭的引數（半徑，厚度，間隔，玻璃引數），以保證光學系統的成像質量

評價一個光學系統的好壞：

一方面看：性能和成像質量
另一方面看：系統復雜程度

光學設計程序步驟：

光學系統

成像光學系統

有明確的物像共軛關系，設計的重點在于資訊傳遞的真實性（是否畸變）和有效性（是否清晰）

非成像光學系統

照明光學系統，設計點在于光能量傳輸效率的最大化，以及照度大小和照度分布情況

光學設計的方法：

決議法
縮放法

決議法

根據初級相差理論通過相差計算求解初始結構引數

縮放法

找出性能引數比較相同的已有結構，將各個尺寸進行縮放

常用鏡頭光學設計之間的關系：

同樣結構這，相對孔徑越小，角視場越小，其像質越好
焦距相同，相對孔徑越大，角視場角越小
焦距相同，視場角越大，相對孔徑越小
物鏡的焦距越長，對于同樣結構型別的物鏡，能夠得到具有良好像質的相對孔徑和視場角越小

光學系統使用要求

顯微鏡（只有提高數值孔徑NA才能提高有效放大率）
望遠鏡（一定要考慮望遠系統的極限分辨角和人眼的極限分辨角）

第二章光學系統的像差概述

像差：反映了光學系統質量的優劣

五種單色像差：球差，彗差，像散，場曲，畸變
兩種色差：倍率色差，位置色差

第三章光學系統的像質評價

Zemax用戶界面

選單欄

工具列

快捷鍵：

CTRL+ F 視場field視窗
CTRL+ G 綜合引數general視窗
CTRL+ H 規格資料文本Prescription data視窗
CTRL+ I 干涉圖樣interfereogram圖形視窗
CTRL+ J 幾何影像分析視窗
CTRL+ L 二維結構輪廓圖
CTRL+ M 打開FFT MTF 圖形視窗
CTRL+ N 新建
CTRL+ O 打開
CTRL + Q 退出
CTRL + R 光線扇形圖
CTRL + T 公差設定
CTRL + U 更新
CTRL + W 波長wavelength設定
CTRL + Z 設定引數是否自動優化
F1 打開幫助
F4 打開玻璃庫
F5 打開鏡頭庫
F6 打開默認評價函式設定
F7 多重結構設定
HOME/END 開頭結尾
SHIFT+TAB 游標移至上一單元格
TAB 游標移至下一單元格

Gen

孔徑型別：

Filed data

透鏡資料編輯視窗（Lde）：

面型：

曲率半徑：Radius

thickness厚度

玻璃材料：

檔案選單（File）：

Preference引數

編輯選單（Editor）

透鏡資料編輯視窗（Led）

編輯選單（Edit）

求解（solve）

評價函式編輯視窗（MFE）

編輯（Edit）

多重資料結構（MCE）

編輯（Edit）

公差資料（TDE）

編輯（Edit）

系統選單（System）

通用資料General

光線定位Ray Aiming Type

孔徑引數Aperture

分析選單（Analysis）

輪廓圖

二維輪廓圖（2DL）

三維輪廓圖（3DL）

陰影圖（Shaded Model）
元件圖（ZEMAX Element Drawing）
標準原件圖（ISO Element Drawing）

特征曲線（Fans）

光線像差（Ray Aberration）

點列圖（Spot Diagram）

標準型

調制傳遞函式（MTF）

FFT MTF 計算所有視場位置的衍射調制傳遞函式

FFT Through Focus MTF 離焦衍射傳遞函式

FFT surface MTF
使用三維曲面，輪廓圖，灰色比例圖或偽彩色圖顯示MTF資料

FFT MTFvsfield
以視場位置的函式方式，計算并顯示衍射調制傳遞函式

FFT MTF Map