binary optical and zemax

binary optical and zemax
binary optical and zemax

ZEMAX Users' Knowledge Base - https://www.360docs.net/doc/be3791414.html,/kb

How to Design Diffractive Optics Using the Binary 2 surface

https://www.360docs.net/doc/be3791414.html,/kb/articles/42/1/How-to-Design-Diffractive-Optics-Using-the-Binary-2-su rface/Page1.html

By Nam-Hyong Kim

Published on 26 September 2005

This article explains:

?How diffractive surfaces are modeled in ZEMAX

?How to use the Binary 2 surface to model a diffractive optical element

This article illustrates the use of Binary 2 surface using a sample file. The sample file can be downloaded from the last page of the article.

The Binary 2 Surface

use the graphics from his book Optical System Design, and also for providing us the original graphic files.

Many surfaces in ZEMAX can have diffractive power in addition to refractive power. Diffractive power is independent of the index and the surface sag and changes the phase of the rays. For more information on how diffractive surfaces are modeled in ZEMAX, please refer to the article "How Diffractive Surfaces are Modeled in ZEMAX."

The diffractive power in a Binary 2 surface introduces continuous phase change across the surface according to the following formula:

where the coefficients A i are in units of radians.

Since the phase change is continuous across the surface, a Binary 2 surface represents an ideal binary diffractive optical element, in which the size of the binary (discrete) steps are infinitesimally small or at least very small compared to the wavelength.

Generally, the physical DOE modeled by the Binary 2 surface will have diffractive zones with varying period as a function of radial distance from the vertex, as shown in the following diagram. ZEMAX can calculate

the radial coordinates of each diffraction zone, where the phase differs exactly by 2π from adjacent zones.

Figure 13.5 from Optical System Design

The amount of phase in waves added by a Binary 2 surface at a particular radial coordinate is independent of wavelength. The wavelength-dependent optical path length (OPL) is given by

OPL = (Phase*wavelength)/ (2π)

The following layout shows the chromatic effect due to a Binary 2 surface.

Achromatization using Binary 2: A

The Binary 2 surface is often used for achromatization. Consider a simple singlet lens in which the longer wavelength focuses at a larger Z distance from the lens than the short wavelength. A rotationally symmetric DOE such as Binary 2 surface can be used to minimize the longitudinal color.

Figure 13.13 of Optical System Design

Let's go through the process of designing the Binary 2 optics in the above

figure. If you are not familiar with any of the steps in the exercise,

please refer to the article Designing a Singlet in ZEMAX.

We will design a DOE using the Binary 2 surface with diffraction order

m=1 to correct longitudinal color. The completed design can be downloaded

from the last page of this article.

Set the system length units to mm (System > General > Units)

Set the system aperture as Entrance Pupil Diameter of 30 mm (System >

General > Aperture)

Set the wavelength to F, d and C. (System > Wavelengths); select "F,d,C"

from the drop-down menu in the Wavelength Data window.

Set one field with values X=0 and Y=0 (System > Fields)

Set surfaces in the LDE with following parameters.

The 3D layout shows the singlet.

Achromatization using Binary 2: B

Optimize the system for best focus using the RMS Spot Radius default merit function.

After optimization the variable in the editor, the thickness of surface #2, will be close to 51.608 mm.

The longitudinal aberration plot under

Unalysis>Miscellaneous>Longitudinal Color shows significant amount of longitudinal color abberation.

We will now add some diffractive power to the Binary 2 surface.

Open the Extra Data Editor and set the following parameter values and set the coefficients of r^2 and r^4 as variables..

Re-optimize the system.

Notice that the longitudinal color is now much smaller than before.

Achromatization using Binary 2: C

Now that we have the coefficients for the Binary 2 surface and know the phase profile, we need to calculate the radial coordinates of each 2*m*

diffraction zones to be used for the fabrication. The phase at each diffraction zones will differ exactly by +2*π or -2*π radian from the adjacent zones as shown in figure 13.3 (a).

Run the macro “Phases.zpl” and specify surface #2 when prompted.

The result shows that there are 246 zones with the last zone being at 14.94 mm from the vertex of the surface.

The diagram below illustrates several different possibilities for the DOE surface profile.

Figure 13.9 from Optical System Design

Summary and References

This article has demonstrated the basic use of Binary 2 surface. In summary:

?ZEMAX can calculate the 2mπ diffractive zone coordinates for the Binary 2 surface ?Achromatization using the binary 2 surface has been demonstrated using an example.

References

1. Optical System Design by Robert E Fischer / Biljana Tadic-Galeb

2. ZEMAX user manual

zemax变焦设计操作

各位网友:你们好! 前面发的关于“数码镜头设计原理”中的前两贴想已见过了,那里介绍的是最基础的东西。现在光电产品千变万化,但万变不离其宗,其基本原理,基本理论确不象外表那样善变,使人迷糊。如果我们建立了扎实的光学与数学的理论基础,那么在接触新产品后,就能快的多的消化吸收,由被动的感性认识,提升为主动的理性认识,,从而在设计上游刃有余。 现在光电产品出现了许多新的特征,利用基础理论去探讨其内在的规律、推演公式去精确的把握它。在“数码镜头设计原理_变焦篇”中,是基础篇、高级篇基本理论的引深。变焦设计是个很复杂的过程,有很多是凭着感觉走的。感觉就是灵感,它能快速引导设计人员在迷宫中及时调整方向,免除了在局部问题上纠缠不休,向更具创造性的思维迈进。感觉是我们以基本理论作基石,实践经验为引导,在设计领域产生的奇思妙想。例如:我们在引用专利时,往往是将一个专利改进成合于我们产品性能要求就行了。大家想过没有,专利也可东拼西凑?如果能这样做,就能使专例可利用的价值大大提升,同时也免除了专利侵权的尴尬场面发生。另外想过没有,虚拟玻璃在光学设计中不太好控制。我们可否用特定的方法有效的控制它:我们将玻璃改成虚拟玻璃,然后控制优化步长为单步,或五步。这样不断观查那些玻璃超出范围,超出的退回前步(每一步存盘一次,退回操作就可用调前次文件来实现),将其固定(不设为变量)。由于虚拟玻璃比实际玻璃敏感的多,会使色差得到极有效的控制。在变焦设计中由变焦引入的约束很多,它们干扰了象质的优化,这成为了变焦系统是否设计成功的关键。如何使这些约束条件的违背在自动设计中越变越小,从而使系统校正能力转移到象差设计中来,框架原理指明了方向。没有任何这方面的系统论述,要花精力去探讨这个问题,这就是灵感的引导,使我及早找到了变焦设计深入下去的钥匙...。 真诚的希望各位朋友,通过学习,把握灵感产生的瞬间,去享受它给你代来的惊喜! 我在“Zemax的超级应用”一贴中,指出了将它作为计算器应用的重大意义。在“数码镜头设计原理”变焦篇中,将Zemax的这一功能用到光学设计的各个环节中,从中可以体会出它的强大功能,至于提高计算功能的效率和自动化程度,将有赖于ZPL (Zemax程序编辑语言)的介入。我正在学习,待有了深入了解后,将在“数码镜设计原理”的语言篇中介绍。 各位网友,下面是“数码镜头设计原理”变焦篇(1),这是入门教材,是根据 “ZEMAX_Tutorial(指导手册)”中关于变焦设计操作整理的,对用Zemax进行变焦设计还不熟习的同行有帮助。下面就是操作步骤与要点:

ZEMAX优化操作数

ZEMAX优化操作数 ZEMAX Merit Function,是在网上下下来的一个word文档,觉得蛮好的,一般用到的好像就是EFFL。呵呵,这个收集下,以后有用。 一阶光学性能 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. PETZ 透镜单元的PETZVAL半径 10. PETC反向透镜单元的PETZVAL半径 11. LINV 透镜单元的拉格朗日不变量 12. WFNO 像空间F/# 13. POWR 指定表面的权重 14. EPDI 透镜单元的入瞳直径

15. ISFN 像空间F/# (近轴) 16. OBSN 物空间数值孔径 17. EFLX “X”向有效焦距 18. EFLY “Y”向有效焦距 19. SFNO 弧矢有效F/# 像差 1. SPHA 在规定面出的波球差分布(0则计算全局) 2. COMA 透过面慧差(3阶近轴) 3. ASTI 透过面像散(3阶近轴) 4. FCUR透过面场曲(3阶近轴) 5. DIST透过面波畸变(3阶近轴) 6. DIMX 畸变最大值 7. AXCL 轴像色差(近轴) 8. LACL 垂轴色差 9. TRAR 径像像对于主光线的横向像差 10. TRAX “X”向横向色差 11. TRAY “Y”向横向色差

12. TRAI 规定面上的径像横向像差 13. TRAC径像像对于质心的横向像差 14. OPDC 主光线光程差 15. OPDX 衍射面心光程差 16. PETZ 透镜单元的PETZVAL半径 17. PETC反向透镜单元的PETZVAL半径 18. RSCH 主光线的RMS光斑尺寸 19. RSCE 类RSCH 20. RWCH主光线的RMS波前偏差 21. RWCE衍射面心的RMS波前偏差 22. ANAR像差测试 23. ZERN Zernike系数 24. RSRE 几何像点的RMS点尺寸(质心参考) 25. RSRH 类同RSRE(主光线参考) 26. RWRE类同RSRE(波前偏差) 27. TRAD “X”像TRAR比较 28. TRAE “Y”像TRAR比较 29. TRCX 像面子午像差”X”向(质心基准)

ZEMAX优化函数结构浅探

ZEMAX 优化函数结构浅探 公安部第一研究所 许正光 各种光学自动软件最终都归结到优化函数结构和优化过程算法的问题。最近,本人在使用ZEMAX 过程中,仔细分析了一下构成ZEMAX 软件的优化函数构成以及优化过程算法,有些心得,留给入门的朋友们共享。 一、 优化函数结构 凡使用过SOD88软件(北京理工大学光电工程系开发)或者ZEMAX 、CODEV 的设计人员都知道,优化的参数包括以下几个种类:光学特性参数,例如焦距、入瞳距离、成像尺寸或者物高、物距,镜片间空气间距、镜片厚度等等;像质参数,例如畸变、场曲、彗差等等。ZEMAX 将所有这些要求达到的目标都作为一个优化元附加一定的权重系数组成一个优化函数,并且通过改变结构参数使得这个优化函数趋向最小。 数学表达式为: ()21/20()i i F σαα=∑- ,其中i σ为各个优化元的权重系数,i α为系统结构参数光学追迹出来的各个优化元,例如焦距、畸变、彗差等等,0α为该优化元的目标值。 优化过程有局部优化和全局优化两种。局部优化是指,通过改变系统结构参数的数值(半径、厚度、光学玻璃材料)计算出各个优化元的数值,然后构成整个优化函数的值的计算过程。该过程的思路是解决当前状态已经处于“U ”型中的某个位置,迫使其落到“U ”中间的最小位置。 全局优化和局部优化不同的是,优化过程类似于一个搜索过程,这个搜索过程在结构参数限定的某个区域内进行优化,优化函数可能经历若干过波峰和波谷(多个极值之间)进行。由于采用的方法不同,构成了多种全局优化算法。全局优化能够避开某个局部极值寻找到更加优良的结构形式,使得光学设计距离完全自动化更进了一步。当然,目前的各种算法都还有一定局限性,例如搜索能力强度、计算复杂程度,由此影响计算速度、计算资源需求量以及误差累计造成的准确度等等问题。 但是不管怎么样,现有的几种光学设计软件基于现有的高度发达计算机水平、光学设计发展水平和数学优化算法等,已经能够很好的满足具有一定光学设计经验知识的设计者们。 二、 ZEMAX 的缺省优化函数结构 入门的光学设计者通常知道在进行结构优化时选用default 缺省的优化函数,然后加入少量的优化目标例如焦距来进行优化分析,但是对于这个缺省结构怎么构成的常常缺乏深入分析,这在一定程度上限制了我们进一步充分利用软件优化能力的水平发挥。 实际上,缺省函数的构成结构并不复杂,它和ZEMAX 提供给设计人员的“Default Merit Function(缺省优化函数)”紧密相关。如下图所示。 第一行中的“Optimization Function and Reference (优化函数和参数方式)”。他的主要思想是:从某个视场代表物点发出若干条光线,在像面上有一个分布形式,按照各个象差的定义进行象差数值计算。第一个框中有“RMS(方均根)”和“PTV(峰谷差)”,第二个框中有差值计算的各种依据:WaveFront(波前)、Spot Radius(像点尺寸)、Spot X(X 方向度量尺寸)、

800 万像素手机镜头的zemax设计

800 万像素手机镜头的zemax设计2012.03.13 评论关闭 4,757 views 目录 [隐藏] , 1引言 , 2, 感光器件的选取 , 3, 设计指标 , 4, 设计思路 , 4.1,(, 材料选取 , 4.2,(, 初始结构选取 , 4.3,(, 优化过程 , 5, 设计结果 , 5.1,(, 光学调制传递函数 , 5.2,(, 点列图 , 5.3,(, 场曲和畸变 , 5.4,(, 色差和球差 , 5.5,(, 相对照度 , 6, 公差分析 , 7, 结论 随着手机市场对高像素手机镜头的需求增大,利用,,,,,光学设计软件设计一款大相对孔径,,,万像素的广角镜头。该镜头由,片非球面玻璃镜片,,片非球面塑料镜片,,片滤光镜片和,片保护玻璃构成。镜头光圈值,为,(,,,视场角,ω为,,?,焦距为,(,,,,,后工作距离为,(,,,。采用,,,,,, 公司的,,,,,,,型号,,,

万像素传感器,最大分辨率为,,,,×,,,,,最小像素为,(,μ,。设计结果显示:各视场的均方根差(,,,)半径小于,(,μ,,在奈奎斯特频率,,,处大多数视场的,,,值均大于,(,,畸变小于, ,,,, 畸变小于,(, ,。关键词:手机镜头;光学设计;,,,万像素;,,,,, 引言 手机镜头的研发工作始于,,世纪,,年代,世界上第一款照相手机是由夏普,,,,,,(现在的日本沃达丰)在,,,,年推出的,,,,,手机,它只搭载了一个,,万像素的,,,,数码相机镜头。随后各大手机知名制造厂商纷纷开始研发手机摄像功能。,,,,年,月,,日夏普制造了,,,万素的,,,,,,目前照相手机的市场占有率几乎是,,,,,特别是带有高像素,,、,,、,,、,, 的镜头就成为镜头研发的热点,,,。目前,,,万像素的手机市场占有率还不是太多,但随着人们对高端手机的需求量越来越大,,,,万像素手机肯定是主流趋势。鉴于此,在选用合理初始结构的基础上,优化出了一款,,,万像素的手机镜头。 , 感光器件的选取 感光器件有,,,(电荷耦合器件)和,,,,(互补金属氧化物半导体)两种。,,,,器 件产生的图像质量相比于,,,来说要低一些,到目前为止,大多数消费级别以及高端数码相机都使用,,,作为感光元件;,,,,感应器则作为低端产品 应用于一些摄像镜头上,目前随着,,,,技术的日益成熟,也有一些高端数码产品使用,,,,器件。,,,,相对于,,,有很多优点,比如价格低、集成化程度高、体积小、质量轻、功耗低、无光晕、高读出速率等,,,。所以很多手机生产商都采用,,,,器件作为手机镜头的图像传感器。目前,,,,芯片的尺寸越做越小,相应的像素尺寸也越来越小,分辨率反而越来越高。 现在国际上,,,,生产厂家主要有,,,,,,、,,,,,,,,,,、,,,,;,,、,,,,,,,等,本文采用,,,,,,公司的 ,,,,,,, 型号 ,(,,,,(,,,(,,,;,),该款传感器采用超低

(完整word版)基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计

光学软件设计 实验报告: 基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计 姓名: 学号:2011146211

一、实验目的 学会使用ZEMAX软件对多重结构配置的激光束扩大器进行优化设计。 二、实验要求 1、掌握使用多重结构配置。 2、进一步学习构建优化函数。 三、实验内容 设计一个激光扩束器,使用的波长为1.053um,输入光束直径为100mm,输出光束的直径为20mm,且输入光束和输出光束平行。要求只使用两片镜片,设计必须是伽利略式的(没有内部焦点),在镜片之间的间隔必须不超过250mm,只许使用1片非球面,系统必须在波长为0.6328um时测试。 1、打开ZEMAX软件,关闭默认的上一个设计结果,然后新建一个空白透镜。 2、在IMA面(像平面)前使用insert插入4个面,输入相关各面的厚度、曲率半径和玻璃类型值。 3、点击Gen设置入瞳直径为100,点击Wav设置波长为 1.053微米。

4、在主菜单Editors里构建一个优化函数,将第一行操作数类型改为REAY,surf输入5,Py输入1,taiget输入10,weight输入1。 5、在评价函数编辑窗中选工具—默认优化函数。选reset,将“开始在”的值设置为2,

确定。 6、点击Opt进行优化,优化后生产OPD图。

7、将第一面的conic设置为变量(control+z)。再次进行优化,重新生产OPD图并观察。 8、将三个曲率和圆锥西数的变量状态去掉。 9、点击Wav重新配置光波长,将之前的1.053改为0.6328,确定后再次更新OPD图并分析。

10、将第二面的厚度250mm设为可变,然后再次点击Opt优化,重新生成OPD图。此时去掉第二面的可变状态。 11、从主菜单—编辑中调出多重结构编辑窗,在这个窗口的编辑菜单中选“插入结构”来插入一个新的结构配置,双击第一行第一列,从下拉框中选wave,在同样的对话框里为wavelength选择1,确定。在config1下输入 1.053,在config2下输入0.6328。

zemax优化操作函数汇总

优化函数 1、像差 SPHA(球差):surf表面编号/wave波长/target设定目标值/weight权重 指定表面产生的球差贡献值,以波长表示。如果表面编号值为零,则为整个系统的总和 COMA(彗差) :surf表面编号/wave波长/target设定目标值/weight权重 指定表面产生的贡献值,以波长表示。如果表面编号值为0,则是针对整个系统。这是 由塞得和数计算得到的第三级彗差,对非近轴系统无效. ASTI(像散):指定表面产生像散的贡献值,以波长表示。如果表面编号值为0,则是针对整个系统。这是由塞得和数计算得到的第三级色散,对非近轴系统无效 FCUR(场曲):指定表面产生的场曲贡献值,以波长表示。如果表面编号值为0,则是计算整个系统的场曲。这是由塞得系数计算出的第三级场曲,对非近轴系统无效. DIST(畸变):指定表面产生的畸变贡献值,以波长表示。如果表面编号值为0,则使用整个系统。同样,如果表面编号值为0,则畸变以百分数形式给出。这是由塞得系数计算出的第三级畸变,对与非近轴系统无效. DIMX(最大畸变值):它与DIST 相似,只不过它仅规定了畸变的绝对值的上限。视场的整数编号可以是0,这说明使用最大的视场坐标,也可以是任何有效的视场编号。注意,最大的畸变不一定总是在最大视场处产生。得到的值总是以百分数为单位,以系统作为一个整体。这个操作数对于非旋转对称系统可能无效。 AXCL(轴向色差):以镜头长度单位为单位的轴向色差。这是两种定义的最边缘的波长的理想焦面的间隔。这个距离是沿着Z 轴测量的。对非近轴系统无效. LACL(垂轴色差):这是定义的两种极端波长的主光线截点的y方向的距离。对于非近轴系统无效TRAR(垂轴像差):在像面半径方向测定的相对于主光线的垂轴像差. TRAX(x方向垂轴像差):在像面x方向测定的相对于主光线的垂轴像差 TRAY(Y方向垂轴像差):在像面Y方向测定的相对于主光线的垂轴像差 TRAI(垂轴像差):在指定表面半口径方向测定的相对于主光线的垂轴像差.类似于TRAR,只不过是针对一个表面,而不是指定的像面. OPDC(光程差):指定波长的主光线的光程差. PETZ(匹兹伐曲率半径):以镜头长度单位表示,对非近轴系统无效 PETC(匹兹伐曲率):以镜头长度单位的倒数表示,对非近轴系统无效 RSCH:相对于主光线的RMS 斑点尺寸(光线像差)。 RSCE:环带波长Hx,Hy,以镜头长度单位测量的,相对于几何像质心的RMS 斑点尺寸(光线像差)。这个操作数类似于RSCH,只不过参考点是像质心,而不是主光线。详细内容可参见RSCH。!R0Y}N ~Q

ZEMAX软件基础介绍

ZEMAX是美国 Radiant Zemax 公司所发展出的光学设计软件,可做光学组件设计与照明系统的照度分析,也可建立反射,折射,绕射等光学模型,并结合优化,公差等分析功能,是套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。ZEMAX 有三种不同的版本:Standard 标准版(原SE);Professional 专业版(原EE);Premium 旗舰版(原IE)。 1主要特色 1.1分析 提供多功能的分析图形,对话窗式的参数选择,方便分析,且可将分析图形存成图文件,例如:*.BMP, *.JPG...等,也可存成文字文件*.txt。 1.2优化 表栏式merit function参数输入,对话窗式预设merit function参数,方便使用者定义,且多种优化方式供使用者使用,诸如Local Optimization可以快速找到佳值,Global/Hammer Optimization可找到最好的参数。 1.3公差分析 表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数,方便使用者定义。 报表输出 多种图形报表输出,可将结果存成图文件及文字文件。 2应用领域 含括Projector,Camera,Scanner,Telescope,光纤耦合,照明系统、夜视系统等。

Zemax 软件的界面 1 Zemax 软件的工作窗口 Figure 1 Zemax 默认的工作窗口 2 Zemax 透镜数据编辑器(LDE ) 2.1 表面类型 Zemax 在标准面型下有平面、球面和二次曲面等选项。 LDE 的Surface Type (表面类型)栏分为两列,左边一列分为OBJ 、STO 和IMA 三行,它们分别对应物面、光阑面和像面;右边一列的三行是左边三种表面的类型。默认的表面类型是标准型,用Standard 表示。 OBJ 即物面被默认为0面。 表格 1 不同表面的二次曲面系数 菜单栏 工具栏 LDE 表面类型 曲率半径 厚度 玻璃 半口径

zemax手把手教程

ZEMAX手把手教程 课程1:单透镜(a singlet) 你将要学到的:开始ZEMAX,输入波长和镜片数据,生成 光线特性曲线(ray fan),光程差曲线(OPD),和点列图(Spot diagram),确定厚度求解方法和变量,进行简单的优化。 假设你需要设计一个F/4的镜片,焦距为100mm,在轴上可见光谱范围内,用BK7玻璃,你该怎样开始呢? 首先,运行ZEMAX。ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑(LDE)。你可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸,以适合你自己的喜好。LDE由多行和多列组成,类似于电子表格。半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的,其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。 L DE中的一小格会以“反白”方式高亮显示,即它会以与其他格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。如果没有一个格子是高亮的,则在任何一格上用鼠标点击,使之高亮。这个反白条在本教程中指的就是光标。你可以用鼠标在格子上点击来操纵LDE,使光标移动到你想要停留的地方,或者你也可以只使用光标键。LDE的操作是简单的,只要稍加练习,你就可以掌握。 开始,我们先为我们的系统输入波长。这不一定要先完成,我们只不过现在选中了这一步。在主屏幕菜单条上,选择“系统(System)”菜单下的“波长(Wavelengths)”。 屏幕中间会弹出一个“波长数据(Wavelength Data)”对话框。ZEMAX中有许多这样的对话框,用来输入数据和提供你选择。用鼠标在第二和第三行的“使用(Use)”上单击一下,将会增加两个波长使总数成为三。现在,在第一个“波长”行中输入486,这是氢(Hydrogen)F谱线的波长,单位为微米。 Z EMAX全部使用微米作为波长的单位。现在,在第二行的波长列中输入587,最后在第三行输入656。这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作,转到适当的区域,然后键入数据。在屏幕的最右边,你可以看到一列主波长指示器。这个指示器指出了主要的波长,当前为486微米。在主波长指示器的第二行上单击,指示器下移到587的位置。主波长用来计算近轴参数,如焦距,放大率等等。 ZEMAX一般使用微米作为波长的单位 “权重(Weight)”这一列用在优化上,以及计算波长权重数据如RMS点尺寸和STREHL 率。现在让所有的权为1.0,单击OK保存所做的改变,然后退出波长数据对话框。 现在我们需要为镜片定义一个孔径。这可以使ZEMAX在处理其他的事情上,知道每一个镜片该被定为多大。由于我们需要一个F/4镜头,我们需要一个25mm的孔径(100mm的焦距除F/4)。设置这个孔径值,选择“系统”中的“通常(General)”菜单项,出现“通常数据(General Data)”对话框,单击“孔径值(Aper Value)”一格,输入一个值:25。注意孔径类型缺省时为“入瞳直径(Entrance Pupil Diameter)”,也可选择其他类型的孔径设置。除此之外,还要加入一些重要的表面数据。ZEMAX模型光学系统使用一系列的表面,每一个面有一个曲率半径,厚度(到下一个面的轴上距离),和玻璃。一些表面也可有其他的数据,我们以后将会讨论到。注意在LDE中显示的有三个面。物平面,在左边以OBJ表示;光阑面,以STO表示;还有像平面,以IMA表示。对于我们的单透镜来说,我们共需要四个面:物平面,前镜面(同时也是光阑面),后镜面,和像平面。要插入第四个面,只需移动光标到像平面(最后一个面)的“无穷

ZEMAX软件基础介绍教学文案

Z E M A X软件基础介绍

Zemax软件的介绍 ZEMAX是美国 Radiant Zemax 公司所发展出的光学设计软件,可做光学组件设计与照明系统的照度分析,也可建立反射,折射,绕射等光学模型,并结合优化,公差等分析功能,是套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。ZEMAX 有三种不同的版本:Standard 标准版(原SE);Professional 专业版(原EE);Premium 旗舰版(原IE)。 1主要特色 1.1分析 提供多功能的分析图形,对话窗式的参数选择,方便分析,且可将分析图形存成图文件,例如:*.BMP, *.JPG...等,也可存成文字文件*.txt。 1.2优化 表栏式merit function参数输入,对话窗式预设merit function参数,方便使用者定义,且多种优化方式供使用者使用,诸如Local Optimization可以快速找到佳值,Global/Hammer Optimization可找到最好的参数。 1.3公差分析 表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数,方便使用者定义。 1.4报表输出 多种图形报表输出,可将结果存成图文件及文字文件。 2应用领域 含括Projector,Camera,Scanner,Telescope,光纤耦合,照明系统、夜视系统等。

Zemax 软件的界面 1 Zemax 软件的工作窗口 Figure 1 Zemax 默认的工作窗口 2 Zemax 透镜数据编辑器(LDE ) 2.1 表面类型 Zemax 在标准面型下有平面、球面和二次曲面等选项。 LDE 的Surface Type (表面类型)栏分为两列,左边一列分为OBJ 、STO 和IMA 三行,它们分别对应物面、光阑面和像面;右边一列的三行是左边三种表面的类型。默认的表面类型是标准型,用Standard 表示。 OBJ 即物面被默认为0面。 表格 1 不同表面的二次曲面系数 菜单栏 工具 LDE 表面类型 曲率半径 厚 度 玻璃 半口径

800 万像素手机镜头的zemax设计

800 万像素手机镜头的zemax设计 2012.03.13 评论关闭4,757 views 目录 [隐藏] ?1引言 ?21感光器件的选取 ?32设计指标 ?43设计思路 ? 4.13.1材料选取 ? 4.23.2初始结构选取 ? 4.33.3优化过程 ?54设计结果 ? 5.14.1光学调制传递函数 ? 5.24.2点列图 ? 5.34.3场曲和畸变 ? 5.44.4色差和球差 ? 5.54.5相对照度 ?65公差分析 ?76结论 随着手机市场对高像素手机镜头的需求增大,利用Zemax光学设计软件设计一款大相对孔径800万像素的广角镜头。该镜头由1片非球面玻璃镜片,3片非球面塑料镜片,1片滤光镜片和1片保护玻璃构成。镜头光圈值F为2.45,视场角2ω为68°,焦距为4.25mm,后工作距离为0.5mm。采用APTINA公司的MT9E013型号800万像素传感器,最大分辨率为3264×2448,最小像素为1.4μm。设计结果显示:各视场的均方根差(RMS)半径小于1.4μm,在奈奎斯特频率1/2处大多数视场的MTF值均大于0.5,畸变小于2%,TV畸变小于0.3%。 关键词:手机镜头;光学设计;800万像素;Zemax 引言 手机镜头的研发工作始于20世纪90年代,世界上第一款照相手机是由夏普JPHONE(现在的日本沃达丰)在2001年推出的JSH04手机,它只搭载了一个11万像素的COMS数码相机镜头。随后各大手机知名制造厂商纷纷开始研发手机摄像功能。2003年5月22日夏普制造了100万素的JSH53,目前照相手机的市场占有率几乎是100%,特别是带有高像素2M、3M、5M、8M的镜头就成为镜头研发的热点[1]。目前800万像素的手机市场占有率还不是太多,但随着人们对高端手机的需求量越来越大,800万像素手机肯定是主流趋势。鉴于此,在选用合理初始结构的基础上,优化出了一款800万像素的手机镜头。 1感光器件的选取 感光器件有CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)两种。CMOS器件产生的图像质量相比于CCD来说要低一些,到目前为止,大多数消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感光元件;CMOS感应器则作为低端产品

zemax实例

课程1:单透镜(a singlet) 开始ZEMAX,输入波长和镜片数据,生成光线 特性曲线(ray fan),光程差曲线(OPD),和点列图 (Spot diagram),确定厚度求方法和变量,进行简 单的优化。 假设需要设计一个F/4的镜片,焦距为100mm,在轴上可见光谱范围内,用BK7玻璃,该怎样开始呢? 首先,运行ZEMAX。ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑(LDE)。你可以对LDE(你工作的场所)窗口进行移动或重新调整尺寸,以适合你自己的喜好。LDE由多行和多列组成,类似于电子表格。半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的,其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。 1、基本设置:开始,我们先为我们的系统输入波长。这不一定要先完成,我们只不过现在选中了这一步。在主屏幕菜单条上,选择“系统(System)”---“通用配置(general)”----“单位units”,先确定单位。再选择“系统(System)”菜单下的“波长(Wavelengths)”。屏幕中间会弹出一个“波长数据(Wavelength Data)”对话框。ZEMAX中有许多这样的对话框,用来输入数据和提供你选择。用鼠标在第二和第三行的“使用(Use)”上单击一下,

将会增加两个波长使总数成为三。现在,在第一个“波长”行中输入0.486,这是氢(Hydrogen)F谱线的波长,单位为微米。 Z EMAX全部使用微米作为波长的单位。现在,在第二行的波长列中输入0.587,最后在第三行输入0.656。这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作,转到适当的区域,然后键入数据。在屏幕的最右边,你可以看到一列主波长指示器。这个指示器指出了主要的波长,当前为0.486微米。在主波长指示器的第二行上单击,指示器下移到587的位置。主波长用来计算近轴参数,如焦距,放大率等等。“权重(Weight)”这一列用在优化上,以及计算波长权重数据如RMS点尺寸和STREHL率。现在让所有的权为1.0,单击OK保存所做的改变,然后退出波长数据对话框。 选择“系统(System)”---“视场(fields)”----“角度”将X、Y都设为零。表示光线平行于主光轴入射。 2、为镜片定义一个孔径。这可以使ZEMAX在处理其他的事情上,知道每一个镜片该被定为多大。由于我们需要一个F/4镜头,我们需要一个25mm的孔径(100mm的焦距除F/4)。设置这个孔径值,选择“系统”---“通用配置(General)”---“aperture(孔径)”输入“光圈数值”:25。注意孔径类型缺省时为“入瞳直径(Entrance Pupil Diameter)”,也可选择其他类型的孔径设置。 3、加入一些重要的表面数据。ZEMAX模型光学系统使用一系列的表面,每一个面有一个曲率半径,厚度(到下一个面的轴上距离),和玻璃。一些表面也可有其他的数据,我们以后将会讨论到。

ZEMAX光学设计讲义

实验一:单镜头设计(Singlet) 实验目的: 1、学习如何启用Zemax 2、学习如何输入波长(wavelength)、镜头数据(lens data) 3、学习如何察看系统性能(optical performance),如ray fan,OPD,点列图(spot diagrams), MTF等。 4、学习如何定义thickness solve以及变量(variables) 5、学习如何进行优化设计(optimization) 实验仪器:微机、zemax光学设计软件 实验步骤: 1、设计一个孔径为F/4的单镜头,物在光轴上,其焦距(focal length)为100mm,波长为可见光, 用BK7玻璃为材料。 2、首先运行ZEMAX,将出现ZEMAX的主页,然后点击lens data editor(LDE)。什么是LDE呢?它 是你要的工作场所,在LDE的扩展页上,可以输入选用的玻璃,镜片的radius,thickness,大小,位置等。 3、然后输入波长,在主菜单的system下,点击wavelengths,弹出波长数据对话框wavelength data, 键入你要的波长,在第一行输入0.486,它是以microns为单位,此为氢原子的F-line光谱。在第 二、三行键入0.587及0.656,然后在primary wavelength上点在0.587的位置,primary wavelength 主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics,即first-order optics)下的几个主要参数,如focal length,magnification,pupil sizes等。 4、确定透镜的孔径大小。既然指定要F/4的透镜,所谓的F/#是什么呢?F/#就是光由无限远入射所形 成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture 就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data,aperture type里选择entrance pupil,在apervalue上键入25,然后点击ok。 5、回到LDE,可以看到3个不同的surface,依序为OBJ,STO及IMA。OBJ就是发光物,即光源, STO即孔径光阑aperture stop的意思,STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜,你在设计一组光学系统时,STO可选在任一透镜上,通常第一面镜就是STO,若不是如此,则可在STO这一栏上按鼠标,可前后加入你要的镜片,于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA就是imagine plane,即成像平面。回到我们的singlet,我们需要4个面(surface),于是点击IMA栏,选取insert,就在STO后面再插入一个镜片,编号为2,通常OBJ为0,STO为1,而IMA为3。 6、输入镜片的材质为BK7。在STO列中的glass栏上,直接键入BK7即可。 7、孔径的大小为25mm,则第一镜面合理的thickness为4,在STO列中的thickness栏上直接键入4。 Zemax的默认单位是mm 8、确定第1及第2镜面的曲率半径,在此分别选为100及-100,凡是圆心在镜面之右边为正值,反之为 负值。再令第2面镜的thickness为100。

用Zemax进行优化设计

目录 摘要 (1) ABSTRACT (2) 引言 (3) 1 光学传递函数和点列图 (4) 1.1光学传递函数 (4) 1.1.1利用MTF曲线来评价成像质量 (4) 1.1.2利用MTF曲线的积分值来评价成像质量 (5) 1.2点列图 (5) 2 像差综述 (6) 2.1轴上点球差 (6) 2.1.1球差的定义和表示方法 (6) 2.1.2球差的校正 (8) 2.2像散与像面弯曲(场曲) (8) 2.2.1像散 (8) 2.2.2场曲 (9) 2.3正弦差和彗差 (9) 2.3.1正弦差和彗差的定义 (9) 2.3.2彗差的校正 (12) 2.4畸变 (12) 2.5色差 (13) 2.5.1位置色差 (13) 2.5.2倍率色差 (14) 2.6波相差 (15) 3 表面类型 (16) 3.1简介 (16) 3.2内含表面 (16) 3.3非球面镜片 (19) 3.3.1简介 (19) 3.3.2非球面镜片光学原理 (20) 4 用ZEMAX进行优化设计 (20) 4.1由抛物反射镜产生的初级球面像差: (20) 4.2求由抛物面反射镜和两单透镜组成的初始光学系统 (21) 4.3计算抛物面反射镜和两单透镜组成的初始光学系统 (23) 5 结论 (27) 致谢 (28) 参考文献................................................................................................................... 错误!未定义书签。

摘要 本文研究了用Zemax设计非球面补偿系统的优化。非球面抛物面反射镜在许多光学系统中被采用, 但加工检验较难。在Zemax中优化控制设计零位补偿系统。设计既方便, 加工又容易, 是一种较好的方法。文中介绍了七种像差的定义和表示方法以及对于像差的校正方法;波像差的定义、形成原因及其与像差的关系;由于涉及到面型,本文还介绍了Zemax中包含的面型以及重要面型的简介。最后,利用Zemax进行一个实例的优化设计,得到了优化后的数据。 关键字:像差,波像差,表面类型

ZEMAX优化操作数的中文含义

ZEMAX 优化操作数的中文含义 在很多次的成像及激光系统培训中,都有学员非常希望能够有一份ZEMAX中文的优化操作数说明。这样的确会对学习ZEMAX软件及控制光学系统有很好的帮助。 例如我们常用的EFFL控制焦距,PMAG控制近轴放大率,SPHA控制初级球差等。 尽管随着软件的不断升级,会有不断新增的操作数,但是下面的内容为您提供了一份比较全面的参考资料。 这里有比较完整的操作数ZEMAX优化操作数 一阶光学性能 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. PETZ 透镜单元的PETZV AL半径 10. PETC反向透镜单元的PETZV AL半径 11. LINV 透镜单元的拉格朗日不变量 12. WFNO 像空间F/# 13. POWR 指定表面的权重 14. EPDI 透镜单元的入瞳直径 15. ISFN 像空间F/# (近轴) 16. OBSN 物空间数值孔径 17. EFLX “X”向有效焦距 18. EFL Y “Y”向有效焦距 19. SFNO 弧矢有效F/# 像差 1. SPHA 在规定面出的波球差分布(0则计算全局) 2. COMA 透过面慧差(3阶近轴) 3. ASTI 透过面像散(3阶近轴) 4. FCUR透过面场曲(3阶近轴) 5. DIST透过面波畸变(3阶近轴) 6. DIMX 畸变最大值 7. AXCL 轴像色差(近轴) 8. LACL 垂轴色差 9. TRAR 径像像对于主光线的横向像差 10. TRAX “X”向横向色差

zemax设计实例之手机镜头汇编

zemax设计实例之手机镜头 2012.03.13 评论关闭4,757 views 随着手机市场对高像素手机镜头的需求增大,利用Zemax光学设计软件设计一款大相对孔径800万像素的广角镜头。该镜头由1片非球面玻璃镜片,3片非球面塑料镜片,1片滤光镜片和1片保护玻璃构成。镜头光圈值F为2.45,视场角2ω为68°,焦距为4.25mm,后工作距离为0.5mm。采用APTINA公司的MT9E013型号800万像素传感器,最大分辨率为3264×2448,最小像素为1.4μm。设计结果显示:各视场的均方根差(RMS)半径小于1.4μm,在奈奎斯特频率1/2处大多数视场的MTF值均大于0.5,畸变小于2%,TV畸变小于0.3%。 关键词:手机镜头;光学设计;800万像素;Zemax 引言 手机镜头的研发工作始于20世纪90年代,世界上第一款照相手机是由夏普JPHONE(现在的日本沃达丰)在2001年推出的JSH04手机,它只搭载了一个11万像素的COMS数码相机镜头。随后各大手机知名制造厂商纷纷开始研发手机摄像功能。2003年5月22日夏普制造了100万素的JSH53,目前照相手机的市场占有率几乎是100%,特别是带有高像素2M、3M、5M、8M的镜头就成为镜头研发的热点[1]。目前800万像素的手机市场占有率还不是太多,但随着人们对高端手机的需求量越来越大,800万像素手机肯定是主流趋势。鉴于此,在选用合理初始结构的基础上,优化出了一款800万像素的手机镜头。 1感光器件的选取 感光器件有CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)两种。CMOS器件产生的图像质量相比于CCD来说要低一些,到目前为止,大多数消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感光元件;CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像镜头上,目前随着CMOS技术的日益成熟,也有一些高端数码产品使用CMOS器件。CMOS相对于CCD有很多优点,比如价格低、集成化程度高、体积小、质量轻、功耗低、无光晕、高读出速率等[6]。

ZEMAX入门教学

课程设计安排 本课程设计着眼于应用光学的基本理论知识、光学设计基本理论和方法,侧重于典型系统具体设计的思路和过程,加强学生对光学设计的切身领会和理解,将理论与实际融合、统一,以提高学生综合分析及解决问题能力的培养。 结合<>、<<工程光学课程设计>>和课件《光学设计软件应用课件》中的内容熟悉zemax软件和光学设计内容:特别要掌握zemax软件中以下菜单的内容: 1 输入透镜参数对话框:lens data editor, 2 system菜单下的输入光学系统数据: general, field wavelength 3. 光学性能分析(Analysis)中Lay out,Fan,RMS,MTF Seidel 像差系数各菜单 4 Merit Function Editor:优化函数构建和作用 在学习过以上内容的基础上,在ZEMAX软件上设计以下镜头设计(通过设计镜头熟悉zemax和光学设计理论知识,设计时需要不断去重新学习课本和课件知识,切记软件只是帮助你设计镜头,而不是代替你设计镜头):

ZEMAX入门教学 例子 1 单透镜(Singlet) (3) 例子 2 座标变换(Coordinate Breaks)................................18例子 3 牛顿式望远镜(Newtonian Telescope). (26) 例子4消色差单透镜(Achromatic Singlet) (40) 例子5变焦透镜(Zoom Lens) (47)

1-1单透镜 这个例子是学习如何在ZEMAX里键入资料,包括设罝系统孔径(System Aperture)、透镜单位(Lens Units)、以及波长范围(Wavelength Range),并且进行优化。你也将使用到光线扇形图(Ray Fan Plots)、弥散斑(Spot Diagrams)以及其它的分析工具来评估系统性能。 这例子是一个焦距100 mm、F/4的单透镜镜头,材料为BK7,并且使用轴上(On-Axis)的可见光进行分析。首先在运行系统中开启ZEMAX,默认的编辑视窗为透镜资料编辑器(Lens Data Editor, LDE),在LDE可键入大多数的透镜参数,这些设罝的参数包括:表面类型(Surf:Type)如标准球面、非球面、衍射光栅…等 曲率半径(Radius of Curvature) 表面厚度(Thickness):与下一个表面之间的距离 材料类型(Glass)如玻璃、空气、塑胶…等:与下一个表面之间的材料 表面半高(Semi-Diameter):决定透镜表面的尺寸大小 上面几项是较常使用的参数,而在LDE后面的参数将搭配特殊的表面类型有不同的参数涵义。 1-2设罝系统孔径 首先设罝系统孔径以及透镜单位,这两者的设罝皆在按钮列中的「GEN」按钮里(System->General)。点击「GEN」或透过菜单的System->General来开启General的对话框。S 点击孔径标签(Aperture Tab)(默认即为孔径页)。因为我们要建立一个焦距100 mm、

zemax像差图分析讲解

ZEMAX像差深入以及像差各种图表分 析 初级像差深入 近轴光线和远轴光线的概念。 近轴光线和远轴光线都是指与光轴平行的光线,它们都成像在光轴上(下图中画的是主光轴情况)。缩小的光圈可以拦去远轴光线,而由近轴光线来成像。 总的来说,镜头的像差可以分成两大类,即单色像差及色差。镜头的单色像差五种,它们分别是影响成像清晰度的球差、彗差、象散、场曲,以及影响物象相似度的畸变。 以下就分别介绍五种不同性质的单色像差: 球差 是由于镜头的透镜球面上各点的聚光能力不同而引起的。从无穷远处来的平行光线在理论上应该会聚在焦点上。但是由于近轴光线与远轴光线的会聚点并不一致,会聚光线并不是形成一个点,而是一个以光轴为中心对称的弥散圆,这种像差就称为球差。球差的存在引起了成像的模糊,而从下图可以看出,这种模糊是与光圈的大小有关的。 小光圈时,由于光阑挡去了远轴光线,弥散圆的直径就小,图像就会清晰。大光圈时弥散圆直径就大,图像就会比较模糊。 必须注意,这种由球差引起的图像模糊与景深中的模糊完全是两会事,不可以混为一谈的。球差可以通过复合透镜或者非球面镜等办法在最大限度下消除的。在照相镜头中,光圈(孔径)数增加一档(光孔缩小一档),球差就缩小一半。我们在拍摄时,只要光线条件允许,可以考虑使用较小的光圈(孔径)来减小球差的影响。

彗差 是在轴外成像时产生的一种像差。从光轴外的某一点向镜头发出一束平行光线,经光学系统后,在像平面上并不是成一个点的像,而是形成不对称的弥散光斑,这种弥散光斑的形状象彗星,从中心到边缘拖着一个由细到粗的尾巴,首端明亮、清晰,尾端宽大、暗淡、模糊。这种轴外光束引起的像差就称为彗差。彗差的大小既与光圈(孔径)有关,也与视场有关。我们在拍摄时也可以采取适当采用较小的光圈(孔径)来减少彗差对成象的影响。 像散

相关文档
最新文档