zemax光学设计笔记[1]-通过简单例子入门

2022-08-07 03:01:23 阅读：270 来源： 互联网

zemax设计流程

软件：ZEMAX 2005（绿色版）
设置->镜头数据编辑(镜头材料选择、镜头相对位置、镜头角色)->分析->优化
最后设计出来的参数应该符合物理规则，折射率不能为无限大。

镜头数据编辑器

镜头数据编辑器跟Excel表格差不多，除了表面类型和标注，其他列都是有两个小列，第一个小列主要是参数的具体数值，第二个小列是设置求解类型的，主要用于优化的时候设置变量。
主要是编辑光学系统光阑依次通过的一些光学元器件的参数，从物面到光阑，到像面。中间的其他面可以insert 或者 ctrl+insert向上或者向下插入新的层。
主要关注:OBJ物面，STO光阑，IMA像面，Comment备注，Radius半径,Thickness厚度，Glass玻璃材料,clear Semi-Diameter净口径,Surface Type表面类型

表面类型:

标准面 Standard
偶次非球面 Even Aslphere
衍射光栅 Diffraction Grating
坐标间断(空间分隔) Coordinate Break

每个光学系统从物面 (OBJ) 开始,经过光阑(STO),到像面 (IMA) 结束
光阑：控制光束通过多少的设备，光阑可以是光学系统中某一个光学镜面，也可以是一个单独的平板孔径（或光圈）
入瞳：光阑在物空间的像为入瞳
出瞳：光阑在像空间的像为出瞳
常用玻璃库：成都光电CDGM[http://www.cdgmgd.com],SCHOTT

材料特性

折射率
色散
透过率
阿贝数
冷热特性
硬度
均匀性
耐酸碱性
质量
折射率分布

常用玻璃材料

ZF2
N-BK7

常用塑料材料

OKP-1 优点：高折射率
OKP4HT 优点：高折射率
OKP4 优点：双折射
APL5514DP,APL5514ML,APL5514CL 优点：高透过率，低双折射
EP5000 优点：低双折射
E48R 优点：低双折射，耐高温
K26R 优点：高折射
PC-AD5503 优点：高折射，高吸水率
PMMA 优点：低折射、低双折射、高透过率、高吸水率

常用镀膜

\[CaF_2 \]

几种分析模式

序列模式
非序列模式
混合模式

复杂几何体（例如自由曲面）

静态导入
动态导入（zemax可以调整物体形状）
布尔物体（不推荐）

zemax优化操作数

[https://www.optkt.cn/article-869.html]

设计一个单透镜(用zemax进行光学设计的一般模式)

[https://blog.csdn.net/Carifee/article/details/119106268]

设计约束（设计目标）

规格	约束
焦距	100mm
半视场角SFOV	5 °
波长	632.8nm(HeNe)
单透镜中心厚度	2-12mm
单透镜边缘厚度	>2mm
优化标准	全视场RMS均方根半径平均值
物体位置	无穷远

定义整体系统

设置选项卡 (The Setup Tab) >系统组 (System Group) >系统选项 (System Explorer) >系统孔径 (Aperture)
像方空间F/# = 4
有效焦距 = 100mm
入瞳直径EPD = 25mm
系统选项 (System Explorer) >单位 (Units) ，选择镜头单位 (Lens Units) :毫米。

定义视场

有5种模式

角度 Angle
物高 Object Height
近轴像高 Paraxial Image Height
实际像高 Real Image Height
经纬角 Theodolite Angle
一般物体位置无穷远(无限共轭）会涉及视场角FOV
点击系统->视场打开视场数据编辑器

角度定义视场，三个视场(0,0,权重1),(0,3.5,权重1),(0,5,权重1)

设置波长

波长设置为0.6328um,权重1

设置镜头数据

镜头数据编辑器中的每一行表示一个表面。因此，由玻璃分隔的两个表面组成一个单独的元件，我们会看到透镜前表面、透镜后表面等名称。在Zemax中，材料用于区分透镜前后表面。

表面类型Surf:Type	备注Comment	曲率半径Radius	厚度Thickness	玻璃材料Glass	净口径Semi-Diameter
物面标准面	物面	无限Infinity	无限		无限
光阑标准面	前表面	无限	4.000	N-BK7	12.5
标准面	后表面	无限	100.000		12.730
像面标准面	像面	无限	-		21.479

求解

当光学设计存在约束时，保持这些约束的方法有两种:

将影响这些约束的参数设置为变量，并将边界约束添加到评价函数编辑器 (Merit Function Editor) 中；
使用内置的求解功能来执行约束，消除不必要的变量。
设置前后表面、像面净口径的求解类型为自动
设置后表面的曲率半径求解类型为F数，值为4，回车可看到曲率半径自动改变。

布局图Layout分析

点击分析->草图->2D草图

点列图Spot Diagram分析

点越小越好，直径一般要达到500um左右.
点击分析->点列图->标准

光程差图OPD Fan分析

光程差图是光程差随光瞳坐标变化的曲线。
点击分析->特性曲线->光路

光线光栅图Ray Fan分析

光线像差图是光线像差随光瞳坐标变化的曲线。一般情况下，当一条光线通过光学系统到达成像表面时，它的交点落在离主光线较小但非零的距离上。
点击分析->特性曲线->光线像差

优化：设置变量和搭建默认评价函数

zemax优化操作数变量

表格

设置变量

有一些参数需要设置为常量作为约束，有些参数可以设置为变量用于求解。
前表面：曲率半径和厚度求解类型都设置为Variab变量
后表面：厚度设置为Variab

评价函数

评价函数(Merit Function) 是光学系统与指定目标的接近程度的数值表示。在评价函数编辑器中，OpticStudio使用操作数列表，这些操作数分别代表系统的不同约束或目标。当评价函数构建完成后，OpticStudio中的优化算法会尝试使评价函数的值尽可能小。
编辑评价函数：
评价函数编辑器的菜单栏选择优化向导与操作数(Wizards and Operands)>优化向导( Optimization Wizard )
备注：zemax2005没有找到
优化(optimize)>执行优化(optimize)->自动(Automatic)
点击工具->优化->优化->自动

优化：评估

点击系统->更新
重复分析步骤查看点列图等，判断是否符合设计需求

导出

点击工具->导出数据->导出IGES/STEP/SAT/STL实体

标签：镜头,入门,视场,编辑器,笔记,zemax,设置,表面,优化
来源： https://www.cnblogs.com/qsbye/p/16558352.html

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