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

ABSTRACT

This paper studies the design of non-spherical with Zemax compensation system optimization.Non-spherical parabolic mirrors are used in many optical systems, but the inspection process more difficult.Zemax the optimal design in zero compensation system.Design is convenient, easy processing, is a better way.This paper introduces the definition of seven aberrations and representation as well as for aberration correction method; wave aberration of the definition, causes and its relationship with the aberration; as it involves the face, the paper also describes Zemax containedface and the important face of the pro, an instance of Zemax for the optimal design has been optimized data.

Keywords: Zemax ,aberration, wavefront aberration, surface type

引言

随着高精度非球面光学元件在光学系统中的广泛应用, 非球面的加工和检验技术也受到了越来越多的重视, 特别是在天文望远镜中非球抛物面使用的最多. 因此研究抛物面的加工和检验就更加必要。通常是在抛物面的焦点上放置点光源经抛物面反射成平行光又经平面反射镜按原路自准回去, 这样平面反射镜口径至少大于或等于抛物镜的口镜。由于目前大口径平面反射镜的加工难度仍很大, 因此就出现了用两个小透镜(甚至为两个平凸小透镜) 的补偿系统。实际上是用一个小透镜或两个小透镜产生与抛物面镜等值反符号像差来完成这一工作的。非球抛物面反射镜在许多光学系统中被采用, 但加工检验较难。本课题研究用Zemax优化控制设计零位补偿系统。设计方便, 加工容易。

1 光学传递函数和点列图

1.1 光学传递函数

利用光学传递函数来评价光学系统的成像质量，是基于把物体看做是由各种频率的谱组成的，也就是把物体的光强分布函数展开成傅里叶级数或傅里叶积分的形式，由于光学传递函数既与光学系统的像差有关，又与光学系统的衍射效果有关，故用它评价光学系统的成像质量，具有客观和可靠的优点，并能同时运用小像差光学系统和大像差光学系统。

光学传递函数反映了光学系统对物体不同频率成分的传递能力。一般来说，高频部分反应物体的细节传递情况，中频部分反映物体的层次传递情况，低频部分则反映物体的轮廓传递情况。

1.1.1利用MTF曲线来评价成像质量

所谓MTF是表示各种不同频率的正弦强度分布函数经光学系统成像后，其对比度（即振幅）的衰减程度。当某一频率的对比度下降为零时，说明该频率的光强分布已无亮度变化，既该频率被截止。这是利用光学传递函数来评价光学系统成像质量的主要方法。

设有两个光学系统（1和2）的设计结果，他们的MTF曲线如下图所示。