光学CAD
CAD中光学设计的应用知识点
CAD中光学设计的应用知识点CAD（计算机辅助设计）在光学设计中的应用越来越广泛，为光学工程师提供了快速、准确且高效的设计工具。
本文将介绍CAD中光学设计的一些应用知识点，从光源、透镜设计到系统仿真等方面进行探讨。
一、光源设计在光学设计中，光源的选择和设计是至关重要的。
CAD软件可以帮助光学工程师进行光源的模拟和优化，以获得更理想的光源特性。
通过CAD软件的光源模块，可以进行光束发散角度、亮度分布以及光谱特性等方面的仿真和调整。
二、透镜设计透镜是光学系统中重要的元件，CAD软件可以辅助光学工程师进行透镜的设计和优化。
通过CAD软件提供的透镜设计模块，可以实现透镜的参数化建模、光学性能仿真和优化等功能。
工程师可以根据实际需求，通过CAD软件进行透镜的选择、形状设计、材料选择以及光学性能的分析和优化。
三、系统设计在光学系统设计中，CAD软件能够提供全面的工具和功能，帮助工程师进行系统的建模、分析和优化。
通过CAD软件的系统设计模块，可以进行光学系统的光路设计、布局设计、元件的选择和调整等。
工程师可以通过CAD软件对系统进行全面的仿真和验证，提前发现并解决可能存在的问题，确保系统在实际中的性能达到设计要求。
四、仿真分析CAD软件的仿真分析功能对光学设计非常重要，可以帮助工程师进行光学系统的性能仿真和分析。
通过CAD软件的光学仿真模块，可以对光学系统的光束传输、衍射效应、畸变等进行仿真分析。
工程师可以通过仿真结果进行性能评估、光学参数的优化以及对光学系统的改进和调整等。
五、优化算法CAD软件在光学设计中还提供了各种优化算法，帮助工程师实现光学系统性能的优化。
通过CAD软件提供的优化算法模块，可以根据设计目标和约束条件，自动调整设计参数，使光学系统的性能达到最优。
工程师可以通过不断运行优化算法，逐步改善系统的性能，提高系统的光学效率和成像质量。
六、产品生产除了在光学设计阶段的应用，CAD软件在产品生产中也发挥着重要的作用。
CAD中的光学设计与透镜系统模拟
CAD中的光学设计与透镜系统模拟光学设计与透镜系统模拟是CAD中非常重要的技术应用之一。
当今科技发展迅猛，光学技术在众多领域中扮演着重要的角色，如相机镜头、显微镜、望远镜等光学设备。
而光学设计与透镜系统模拟就是利用CAD软件来模拟、分析和优化光学系统的性能。
接下来，我们将以Zemax为例，介绍CAD中光学设计与透镜系统模拟的相关技巧。
首先，我们需要了解CAD软件中的基本概念和操作方法。
在Zemax中，我们需要使用“Lens Data Editor”来创建透镜系统。
在编辑界面中，我们可以通过添加透镜元件和设置其参数来构建一个完整的透镜系统。
透镜元件可以是常见的球面透镜、非球面透镜和二面透镜等。
在创建透镜系统后，我们可以使用“Sequential Mode”来对光学系统进行模拟。
在模拟过程中，我们可以设置入射光线的类型、入射角度和波长，并观察光线在透镜系统中的传播方式和成像效果。
同时，我们还可以获得系统的光学参数，如畸变、像差和光学路径等。
光学设计与透镜系统模拟的关键是优化。
优化是指通过调整透镜系统的参数来改进其光学性能。
在Zemax中，我们可以利用优化工具来自动调整透镜系统的参数，并根据设定的优化目标来评估系统性能。
常见的优化目标有最小化像差、最大化光通量和最小化畸变等。
在进行优化过程中，我们需要理解不同透镜参数对系统性能的影响。
比如，曲率半径可以影响透镜的球面形状，从而改变透镜的成像特性；透镜厚度可以改变透镜的焦距和像差特性；透镜的折射率可以控制光线的传播速度和弯曲程度等。
除了基本的透镜系统模拟和优化，CAD软件还提供了其他高级功能。
例如，我们可以进行非顺序模拟，即模拟光线在透镜系统外的传输。
这对于光学系统的非理想情况下进行分析和设计非常重要。
另外，CAD软件还可以进行灵敏度分析。
灵敏度分析是指通过改变透镜系统的参数，并观察系统性能的变化来评估各参数对系统性能的影响程度。
通过灵敏度分析，我们可以确定哪些参数对系统性能影响最大，并据此进行优化调整。
些常用的光学软件介绍
一些常用光学设计软件及其应用方向介绍【①】LensVIEW 1CD(世界著名的光学设计数据库)【②】LensVIEW 2001-ISO 1CD(世界著名的光学设计数据库)产品:Zemax v2003-1-6 with manuals & tutorial(专业光学CAD软件,解密,好用的版本)Zemax 用的中国玻璃库 Zemax使用说明书(总计526页)Focus Floor Covering SoftwareOptical Research Associates产品:Code V (世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件)Code V 英文使用手册(总计112MBREAULT产品:ASAP 1CD(光学分析设计软件合集完全版,包括用户手册、使用实例,解密完全)ASAP 正版光源库 9CDASAP 中文入门指南ReflectorCAD (中文汉化,ASAP的配套软件,专门用于车灯灯罩设计) 产品:PhotoPIA (快速且精确的光度分析程序)LAS-CAD GmbH产品:LASCAD (德国LAS-CAD GmbH所开发之固态激光仿真设计分析软件,它是世界上第一套可分析固态激光中光与热特性的多重物理交互作用效应的软件,LASCAD可用来设计传统的气态(Gas)激光,闪光灯(Flash Lamp)激发式固态激光(SSL)与二极管激发式固态激光(DPSSL-Diode Pumped Solid State Laser)RSoft, Inc产品：集成光导器件的设计及模拟的软件,用类似CAD的界面进行设计,器件的输出能对不同输入光信号进行模拟Fullwave:对复杂光器件进行时域限差模拟,能得到准确的答案BandSolve:光晶体元件的设计及模拟GraingMOD:能设计任意基于集成光导的光栅和滤波器并能根据输入光普推导出光栅的设计Optiwave产品：OptiFDTD (时域光子学仿真软件,用来模拟先进的被动元件和非线性光电元件)OptiBPM (用于设计及解决不同的积体及光纤导波问题,光束传播法,或称为BPM是OptiBPM的核心,而其是一种一步接着一步来模拟光通过任何波导物质的行为,BPM可以允许观察任一点被模拟出的光场分布,而且可以容许同时检查辐射光及被传播的光场)OptiSystem (光通信系统模拟软件,可以设计、测试,与最佳化几乎任何一种在光网路系统的宽谱中的物理层次光连结)TracePro 专家版-ISO 1CD(光学机构仿真软件,普遍用于照明系统、光学分析、辐射分析及光度分析的光线仿真)最新照明设计软件)光子学设计软件,可用于光材料、器件、波导和光路等的设计) DynaLS (粒子及光谱分析软件)PVSOL N (光电系统)Rayfront (灯具设计开发包)Radiant ProMetric 是一款基于Windows的CCD影像光度和色度测量系统)SigView 实时光谱分析软件)玻璃厚度演算的有限元软件)TracePro Update onlyTracePro 用户手册扫描书334MB(扫面效果一般) 1CDTracePro source.光源灯泡库Radiant Prometric 光学测量工业工具)Radiant Prometric Imaging (CCD亮度、颜色测试、测量和制造QC/QA 系统软件)Lighttools (基于三维立体模型的照明和光学设计软件,可用于模拟照明系统)LucidShape (光学设计仿真分析)LucidShape 中文学习资料OSLO Light 1CD(光学软件,带中文说明书)RSoft LinkSIM (光学通讯模拟软件包。
CAD中的光学设计和光线追踪技巧
CAD中的光学设计和光线追踪技巧在现代制造和设计过程中，计算机辅助设计（Computer-Aided Design，CAD）是不可或缺的工具之一。
对于光学设计领域而言，CAD在设计和模拟光学系统中起着重要的作用。
本文将介绍CAD中的光学设计和光线追踪技巧，帮助读者更好地掌握这一工具的使用。
首先，光学设计的基本原理是光线的传播和转折。
在CAD中，光线从光源出发，经过光学元件如透镜、反射镜等，最终汇聚到成像平面上。
因此，了解光线的传播路径和光学元件的性质至关重要。
在进行光学设计时，首先需要建立一个光学系统的模型。
在CAD软件中，可以绘制透镜和反射镜以及其他光学元件的几何形状。
这些几何形状会被用于计算光线的传播路径和成像效果。
通过调整几何形状的参数，可以改变光学系统的性能。
例如，可以改变透镜的曲率半径、面与面之间的距离等参数，来调整透镜的焦距和成像效果。
在CAD中进行光学设计时，光线追踪是一个重要的技术。
通过追踪光线的路径，可以计算出光线经过光学系统时的传播路径和偏折角度。
光线追踪技术可以帮助设计师在设计过程中更好地理解光学系统的工作原理，并预测其性能。
在CAD软件中，可以通过设置光线源和接收器的位置、方向和数量来进行光线追踪。
通过调整这些参数，可以模拟出不同情况下的光线传播和成像效果。
在光学设计中，常常需要进行光学元件的优化。
CAD软件提供了一些优化算法和工具，帮助设计师快速找到最佳的光学元件参数。
例如，可以通过遗传算法等优化技术来搜索参数空间，以找到最佳的焦距、像差等参数。
这些优化工具可以大大提高设计效率，减少设计时间和实验次数。
此外，CAD软件还提供了一些其他有用的功能，如光学分析、能量分布等。
通过这些功能，设计师可以对光学系统进行更全面的分析，了解其性能和局限性。
例如，可以计算出光学系统的传递函数、波面畸变和功率热效应等参数。
这些分析结果可以帮助设计师更好地理解光学系统的行为，并进行合理的优化和改进。
CAD在光学设计和模拟中的应用案例
CAD在光学设计和模拟中的应用案例随着科技的快速发展，计算机辅助设计（CAD）在各个领域都得到了广泛的应用。
其中，CAD在光学设计和模拟方面的应用显得尤为重要。
本文将介绍几个CAD在光学设计和模拟中的应用案例，以展示CAD在该领域中的重要性和价值。
1. 案例一：镜头设计光学镜头设计是光学工程师的一项重要任务。
通过CAD软件，工程师可以利用几何建模和光学仿真功能来快速设计和优化光学镜头。
例如，通过对CAD软件中的参数进行调整，可以实时检查和改进光学系统的成像效果。
同时，CAD软件还可以生成精确的三维模型，用于生产制造。
2. 案例二：物理模拟光学系统的设计需要考虑光学元件之间的相互作用。
CAD软件提供了物理模拟功能，可以通过数学计算和光线追迹等方法，模拟光学系统中的光传播和光学性能。
例如，在激光系统设计中，利用CAD软件可以模拟激光光束的传播路径和聚焦效果，从而优化系统的设计参数。
3. 案例三：光学元件制造光学元件的制造需要高精度和复杂的加工过程。
CAD软件可以将设计好的光学元件模型转化为加工路径，并与机械加工设备进行联动，实现自动化的制造。
通过CAD软件，制造商可以准确控制加工过程中的参数，以确保光学元件的尺寸和表面精度满足要求。
4. 案例四：光学系统模拟在实际应用中，光学系统往往需要考虑多个光学元件之间的协同作用。
CAD可以帮助工程师在设计过程中模拟和优化整个光学系统的性能。
通过CAD软件，可以快速搭建光学系统的模型，并对光学系统进行光线追迹和成像分析，从而评估系统的光学品质和性能。
通过以上案例，我们可以看到CAD在光学设计和模拟中的应用是非常广泛的。
它不仅可以提高设计效率和设计精度，还可以减少制造成本和开发周期。
因此，CAD在光学领域的应用前景非常广阔。
总结：本文介绍了CAD在光学设计和模拟中的应用案例。
通过CAD软件，工程师可以进行光学镜头设计、物理模拟、光学元件制造和光学系统模拟等工作。
这些应用不仅提高了工程师的设计效率和设计精度，还为制造商带来了更高的制造质量和更短的开发周期。
光学设计CAD实验报告
光学设计CAD实验报告实验⼀ZEMAX界⾯的初步认识实验⽬的：引领初学者认识ZEMAX的界⾯以及各个菜单、模块的功能，使其可以建⽴简单的光学系统模型并进⾏简单的分析，为其以后的实验打下基础。
实验内容：1、ZEMAX的功⽤：ZEMAX软件可以模拟并建⽴如反射、折射、衍射、分光、镀膜等光学系统模型，可以分析光学系统的成像质量，如各种⼏何像差、点列图、光学传递函数（MTF）、⼲涉和镀膜分析等。
此外，ZEMAX还提供优化功能来帮助设计者改善其设计，⽽公差容限分析功能可帮助设计者分析其设计在装配时所造成的光学特性误差。
2、ZEMAX提供的窗⼝类型：主窗⼝：上⽅有标题框、菜单框、⼯具框。
编辑窗⼝：有六个不同的编辑选项，即镜头编辑、评价函数编辑、多重结构编辑、公差数据编辑以及附加数据编辑和⾮序列组件编辑。
图形窗⼝：⽤来显⽰图形数据，如系统图、光学扇形图、光学传递函数（MTF）曲线等。
⽂本窗⼝：⽤于显⽰⽂本数据，如指定数据、像差系数、计算数值等。
对话框：是⼀个弹出窗⼝，⼤⼩⽆法改变。
⽤于改变选项和数据，如视场⾓、波长、孔径光阑以及⾯型等。
实验⼆单透镜的设计实验⽬的：通过单透镜模型的建⽴，使其掌握光学系统模型建⽴的⽅法，并进⾏简单的分析。
实验内容：1、设计要求：设计⼀个F/4的镜⽚，焦距为100mm，⼯作波段为可见光，光学材料⽤BK7玻璃。
2、波长的输⼊⽅法：选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”，或者直接在快捷菜单中选择“Wav”。
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。
选择“Select”，系统默认F、d、C三个谱线的波长，单位为微⽶。
此时主波长“Primary”默认为第⼆条谱线。
3、孔径的输⼊⽅法：选择“系统”中的“通常（General）”菜单项，或者直接单击快捷键“Gen”，在出现的“通常数据（General Data）”对话框中，单击“孔径值（Aper Value）”⼀格，输⼊⼀个值：25。
光学系统CAD
选择初始模型
• 初模一
4
• 初模二
5
• 简化为5片透镜系统
含两个非球 面的5片系统
第一面和最后 一面为非球面
6
• 简化为5片透镜系统
含两个非球面 的5片系统
第一面和第六面 为非球面
7
总长15mm～21mm系统
两个非球面 的4片系统
第一面和第六 面为非球面
8
含两个非球面的 18mm4片系统 MTF曲线图
20
任务安排
1st、熟悉界面像质评价
Section 5 Performance Evaluation
2nd、孔径设置、优化设置
Section 4 Apertures and Vignetting Section 6 Optimizing Lens Systems
3rd、对照学习数码相机镜头
Section 2 Digital Camera Design Study
光学系统CAD
此处添加副标题内容
OCAD 计算机辅助光学设计
主讲：谢洪波
2
例1：红外超小变焦系统
• 物镜外形尺寸：<Φ7mm×21mm • 物镜分辨率：>25lp/mm • 成像范围：最大视场>17˚
最小视场<6.3˚
• 像面尺寸：3mm×3mm（Φ4.3mm） • 物镜结构：4-5片，靠一片移动实现变焦
4th、测量显微镜：输入、评价与优化
5th、完成一道作业题，顺序任选
6th、完成两道作业，及电子报告
21
纪律要求 1、各班学生按顺序就座，方便我掌握情况 2、独立完成上机任务，别浪费难得的机会 3、允许自由讨论和交流，但不得大声喧哗
4、缺席、迟到、早退，发现一次扣2分 5、上网、玩游戏等等，发现一次扣1分
OCAD光学设计软件包简介
OCAD光学设计软件包功能简介西安一傲光学设计工作室OCAD光学设计软件包是一个在Windows环境下，采用全中文菜单，操作实用性很强的国产光学CAD 软件包。
利用软件包各级界面的下拉式菜单或工具条操作快捷方便。
OCAD主界面如图1所示。
当前国内图1 OCAD光学设计软件包主界面外优秀的光学设计软件很多，但大多数都集中在光学系统的优化和像质评价方面，但如何确定光学系统的初始结构，早优化过程中如何随时贯彻我国有关光学设计标准，特别是贯彻光学零件的表面半径标准、边沿厚度标准以及中心厚度标准等都需要在优化过程中及时体现，否则在优化之后再考虑这些势必会影响优化结果。
此外，在系统优化合格之后如何贯彻我国相应光学标准绘制光学图纸也是光学设计者的繁重工作。
为此OCAD光学设计软件包就是出于这些目的编制的适用性光学设计软件。
为了与国内外一些优秀光学软件取长补短，软件包设计了与其他有关软件连锁互动功能，可以实现和其他光学软件数据共享，互相转换，以求在整个光学设计过程中利用不同光学软件的优势完成光学设计工作。
OCAD还可以与Word文字处理软件关联自动把设计过程中的数据及时转换成Word文档格式并显示在界面上便于处理。
OCAD光学设计软件包的主要功能简介如下。
一、系统适应范围本软件包不仅能计算常用的具有轴对称旋转表面的光学系统，还可以计算具有偏心和倾斜光学表面的非对称光学系统。
不仅能计算各种定焦距光学系统，还可以计算各种连续变焦光学系统；不仅能计算各种有明确焦平面的有焦光学系统，还能计算系统像平面在无穷远的无焦光学系统；不仅能计算视场角小于90°的普通广角镜头，F-θ镜头，还可以计算视场角大于90°的超广角的鱼眼镜头；不仅能计算由一系列球面或非球面或平面折（反）射光学表面组成的光学系统，还能直接把各种折射棱镜置于系统中进行计算。
本软件包不仅可以通过计算光学系统的各种几何像差，高斯光学初级像差系数计算，还可以计算光学系统的点列图能量分布、像差灵敏度等对光学系统进行评价和分析，还可以对系统的成像质量进行优化，还可以计算和优化系统参数的允许公差值。
光学设计cad答案 三
光学设计cad答案三----2ad5d14a-7157-11ec-9085-7cb59b590d7d光学设计cad答案三光学设计CAD应答LPAR；（三） rPar；光学系统设计(三)一、单选题（本主题共有20个子题，每个子题得1分，共20分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1.如果系统的像散为零，则系统的子午场曲率（）。
a.大于零b.小于零c.等于零d.无法判断2.对于双胶薄透镜组，如果位置色差校正为零，则放大色差值为（）。
a.大于零b.小于零c.等于零d.无法判断3.在以下像差中，影响光圈光圈大小和位置的像差为（）。
a.球差b.彗差c.像散和场曲d.畸变4.除球中心和顶点外，第三对无球障碍物的截距为（）。
a、 l=n+n'n+n'n-n-n'rb。
l=rc。
l=rd.l=rnn'nn'5．下列像差中，属于轴外点细光束像差的是()。
a、球差B.经向彗差C.经向场曲线D.畸变6．瑞利判据表明，焦深是实际像点在高斯像点前后一定范围内时，波像差不会超过()。
a.1111λb.λc.λd.λ3524nd-1nd+1nd+1nd-1b。
νd=c.νd=d.νd=NF-NCNF+NCNF-NCNF+nc7。
对于视觉光学系统，介电材料的阿贝常数定义为（）。
a、νd=8．k9玻璃和zf6玻璃属于()。
a、王冠玻璃和燧石玻璃B.燧石玻璃和王冠玻璃c.均属火石玻璃d.均属冕牌玻璃9.在ZEMAX软件中设计微物镜。
输入视野数据时，选择（）。
a.angle（deg）b.objectheightc.paraxialimageheightd.realimageheight10.以下哪个缩写图标（）表示ZEMAX软件中的传递函数。
a.fieb.optc.sptd.mtf11.在下列透镜中，设计中应使用追逐光线的透镜（）。
一些常用的光学软件介绍
一些常用光学设计软件及其应用方向介绍【①】LensVIEW 2003、1-ISO 1CD(世界著名的光学设计数据库) 【②】LensVIEW 2001-ISO 1CD(世界著名的光学设计数据库) Focus、Software产品:Zemax v2003-1-6 with manuals & tutorial(专业光学CAD软件,解密,好用的版本)Zemax 用的中国玻璃库Zemax使用说明书(总计526页)Focus Floor Covering Software 2、0cOptical Research Associates产品:Code V 9、5(世界上应用的最广泛的光学设计与分析软件)Code V 英文使用手册(总计112MBREAULT产品:ASAP v8、0-ISO 1CD(光学分析设计软件合集完全版,包括用户手册、使用实例,解密完全)ASAP 正版光源库9CDASAP v8、0中文入门指南ReflectorCAD 1、5(中文汉化,ASAP的配套软件,专门用于车灯灯罩设计) Lighting、Technologies产品:PhotoPIA v2、0(快速且精确的光度分析程序)LAS-CAD GmbH产品:LASCAD 3、02(德国LAS-CAD GmbH所开发之固态激光仿真设计分析软件,它就是世界上第一套可分析固态激光中光与热特性的多重物理交互作用效应的软件,LASCAD可用来设计传统的气态(Gas)激光,闪光灯(Flash Lamp)激发式固态激光(SSL)与二极管激发式固态激光(DPSSL-Diode Pumped Solid State Laser)RSoft, Inc产品:BeamPROP、v5、1、9、vs、ullwave、v3、0、9、BandSOLVE、v1、3、4、DiffractMOD、1、0、1、GratingMOD、v1、1、3 BeamPROP、v5、1、9、vs集成光导器件的设计及模拟的软件,用类似CAD的界面进行设计,器件的输出能对不同输入光信号进行模拟Fullwave:对复杂光器件进行时域限差模拟,能得到准确的答案BandSolve:光晶体元件的设计及模拟GraingMOD:能设计任意基于集成光导的光栅与滤波器并能根据输入光普推导出光栅的设计Optiwave产品:OptiFDTD 5、0(时域光子学仿真软件,用来模拟先进的被动元件与非线性光电元件)OptiBPM v6、0(用于设计及解决不同的积体及光纤导波问题,光束传播法,或称为BPM就是OptiBPM的核心,而其就是一种一步接着一步来模拟光通过任何波导物质的行为,BPM可以允许观察任一点被模拟出的光场分布,而且可以容许同时检查辐射光及被传播的光场) OptiSystem 3、0(光通信系统模拟软件,可以设计、测试,与最佳化几乎任何一种在光网路系统的宽谱中的物理层次光连结)TracePro 3、2、2专家版-ISO 1CD(光学机构仿真软件,普遍用于照明系统、光学分析、辐射分析及光度分析的光线仿真)Agi32、v1、61、50(最新照明设计软件)Apollo、Photonic、Suite、v2、2、WinALL(光子学设计软件,可用于光材料、器件、波导与光路等的设计)DynaLS v2、0(粒子及光谱分析软件)PVSOL N 2、5(光电系统)Rayfront 1、04(灯具设计开发包)Radiant ProMetric v8、1、32(就是一款基于Windows的CCD影像光度与色度测量系统)SigView v1、9、0、1(实时光谱分析软件)Glastik、Professional、v1、0、79(玻璃厚度演算的有限元软件) TracePro 3、2、4 Update onlyTracePro 3、0 用户手册扫描书334MB(扫面效果一般) 1CD TracePro source、光源灯泡库Radiant Prometric 8、1、19(光学测量工业工具)Radiant Prometric Imaging v8、0(CCD亮度、颜色测试、测量与制造QC/QA系统软件)Lighttools V4、0(基于三维立体模型的照明与光学设计软件,可用于模拟照明系统)LucidShape v1、2(光学设计仿真分析)LucidShape 中文学习资料OSLO Light 6、2-ISO 1CD(光学软件,带中文说明书)RSoft LinkSIM v3、4a(光学通讯模拟软件包。
光学设计与CAD第2讲—光能及计算2
R z 2r' dr' 0 (r'2 z 2 )2
RB
R2 z2
讨论：
当 z R时，
圆盘变成点光源
I R2 B
此时， E R2 B / z 2 I / z 2
光照度遵从平方反比定律
§6-3 光学量经光学系统的传输
杂散光
杂光像（鬼像）
折射时必然伴随的反射损失不仅使出射光束 的光亮度受损，而且各面的反射光又将被其前面 的折射表面部分地反射。这种表面间偶次反射的 光将通过光学系统以杂散光形式散布在像面上， 造成一个杂光背景，或者在视场内有一个明亮的 目标时，可能在像面上形成一个多次反射的杂光 像（称鬼像）．这些都严重危害光学系统的成像 质量．因此，尽可能减少折射面上的光的反射， 对提高光学系统的性能和质量有重耍意义。
光学设计与CAD
第二讲
名称
定义
表达式/单位
备注
辐射能通量
单位时间内通过某一面 积全部辐射能。
W
dE dt （W或光作用(对人眼引起的 视觉）而确定的功率
流明(lm)
1lm=1cd•sr
光谱光视效率 （视见函数）
发光效率 发光强度 光照度 光出射度
光亮度
人眼对555nm单色辐射 的相对灵敏度
4 sin 2 U 2
当U角很小时，立体角应为：
Y
u2
O
假定距O点 l 处有一微面 dS , dS的 法线 N 与 OZ 的夹角为 a , 那么微面dS X
对O点所张立体角为：
Y
S
U
Z
d
dS
cosa l2
O X
d l
光学设计CAD习题
2012－2013学年第２学期 光学设计CAD 例题与习题一 、光学设计CAD 例题例题１：设计一个用于目视仪器f '=60mm ,D/f ’=0.25 ,2ω=6°的单透镜，要求分别采用自行设计和从透镜库中选择两种方法设计。
例题2：已知一He-Ne Laser 用双透镜的技术参数等见下表，工作在0.6328 μm ，用OSLO 完成这一系统的设计，要求：定义系统名称为“He -Ne f/2 doublet focusing lens”，透镜文件名为“lasrdb1.len” ，并画出光路图。
例题3：在双透镜lasrdb1最后镜面的5mm 处，增加一个棱镜其孔径为15mm ，在棱镜后10mm处增加一个平面反射镜（如下图）。
例4：透镜Triplet with -1 magnification 的绘图。
（P64） 例5．拋物镜面的绘图。
（P67）例题6：对「demotrip.len 」档案的作修正，使 magnification=-0.5 ；Gaussian image height=25 ；Object N.A.=0.5，并显示近轴光线追迹结果。
（P72） 例7：在demotrip.lens 加上一个10*10方形孔径阑。
（P80）例题8：设计一10倍的消色差物镜。
光学特性：β＝－10 ，f ′＝17mm ，NA=0.25,2Y=1.8mm ， L ＝195mm 。
其初始结构参数见下表,要求：（1）建立镜头文件，并画出成像光路；（2）进行近轴光线追迹，算出近轴常数；（3）用像差系数优化系统；（4）进行像质评价，比较优化前后的几何像差和MTF.例题9：设计一双胶合望远物镜，性能指标为：D/f’=1/4 ，f '=120mm，2ω=8°，厚度小于11mm，斑点尺寸小于0.01mm。
要求入瞳与物镜重合，校正位置色差，球差和慧差。
且：（1）最大剩余球差符合像差容限要求；（2）全视场时斑点尺寸小于0.05mm；（3）0.7视场，空间频率20lp/mm时的MTF>0.2。
如何进行CAD软件中的光学模拟与分析
如何进行CAD软件中的光学模拟与分析光学模拟和分析是利用CAD软件进行光学系统设计和性能评估的关键步骤。
在光学系统设计中，光学设计师可以通过CAD软件模拟不同光学元件的位置、形状和材料，以及光源和接收器的参数，来预测系统的光学性能。
在本文中，我们将讨论如何进行CAD软件中的光学模拟与分析。
首先，为了进行光学模拟与分析，我们需要选择适当的CAD软件。
市面上有很多专业的光学CAD软件可供选择，例如Zemax、Code V和LightTools等。
这些软件具有强大的光学建模和分析功能，可以满足不同光学系统设计的需求。
接下来，在CAD软件中进行光学模拟与分析的主要步骤如下：1.建立光学系统模型：首先，我们需要在CAD软件中建立光学系统的三维模型。
模型包括光源、光学元件（例如透镜、棱镜和反射镜等）、接收器等。
模型的建立需要根据设计需求选择合适的建模工具，例如CAD软件中的绘图工具或导入外部模型。
2.设置光源和接收器参数：在光学系统模型中，我们需要设置光源和接收器的参数。
光源的参数通常包括光源类型、波长和发光强度等。
接收器的参数包括接收器类型和位置等。
这些参数的设置将直接影响光学系统的性能。
3.设计光学元件：在光学系统模型中，我们可以设计和优化光学元件。
光学元件的设计包括选择合适的元件类型、确定元件的形状和材料等。
在CAD软件中，我们可以使用光学设计工具来优化光学元件的性能，例如改变曲率半径、厚度和位置等。
4.进行光学模拟：在光学系统模型中，我们可以进行光学模拟。
光学模拟是通过光线追迹算法来计算光学系统中光线的传播路径。
在CAD软件中，我们可以使用光线追迹工具来模拟光线的传播，分析光线的聚焦、偏折和散射等效应。
5.分析光学性能：在光学模拟完成后，我们可以分析光学系统的性能。
光学系统的性能分析主要包括光学效率、光学质量和像差等方面的评估。
在CAD软件中，我们可以使用分析工具来计算和显示光学性能指标，例如光斑直径、波前畸变和MTF曲线等。
《光学系统CAD》课件
光学系统CAD的未来应用
光通信领域
随着5G、6G等通信技术的发展，光学系统CAD在光通信领域的应 用将更加广泛，涉及光器件设计、光波导结构优化等方面。
生物医疗领域
光学系统CAD在生物医疗领域的应用将逐渐增多，涉及光学成像、 光学生物传感器等方面。
智能驾驶领域
随着智能驾驶技术的发展，光学系统CAD在智能驾驶领域的应用将 更加重要，涉及车载摄像头、激光雷达等方面。
VS
光学系统CAD通过建立数学模型和仿 真，对光学系统的性能进行预测和优 化。它能够大大提高设计效率，缩短 产品研发周期，降低研发成本，提高 产品质量。
光学系统CAD的重要性
光学系统CAD在现代光学产业中具有 举足轻重的地位。随着科技的不断进 步，光学系统的设计和制造变得越来 越复杂，对精度和性能的要求也越来 越高。
光学系统CAD的未来挑战
复杂光场模拟
随着光学系统的复杂度增加，如何准确模拟复杂光场成为 光学系统CAD面临的重要挑战。
高精度制造
随着光学元件的精度要求不断提高，如何实现高精度制造 成为光学系统CAD面临的挑战之一。
多学科交叉
光学系统CAD涉及多个学科领域，如何实现多学科的交叉 融合，提高设计的综合性能，是未来需要解决的问题。
05
光学系统CAD的未来展望
光学系统CAD的发展趋势
技术融合
随着光学、计算机科学和数学的交叉发展， 光学系统CAD将进一步融合多种技术，实现 更高效、精确的光学设计。
智能化
人工智能和机器学习在光学系统CAD中的应用将更 加广泛，实现自动化设计、优化和仿真，提高设计 效率。
云端化
光学系统CAD将逐渐向云端化发展，实现数 据共享、远程协作和实时更新，提高设计协 同性。
利用CAD进行光学分析的步骤与技巧
利用CAD进行光学分析的步骤与技巧光学分析是一种重要的技术手段，可用于设计、模拟和优化光学系统的性能。
计算机辅助设计（CAD）软件在光学行业中的应用日益广泛，它可以帮助工程师们更好地进行光学分析。
本文将介绍利用CAD进行光学分析的步骤与技巧。
第一步，创建模型：在进行光学分析之前，首先需要创建一个光学系统的数字模型。
利用CAD软件，可以轻松地创建几何形状，例如透镜、凸面镜、平面镜等，以及其他光学元件，例如滤光片和光栅。
模型的准确性和详细程度直接影响到分析过程的准确性和结果的可靠性。
第二步，设置光源和检测器：在光学分析中，光源和检测器是非常重要的元素。
通过CAD软件，可以设置光源的位置、光源的特性（如发光强度和光谱分布）以及检测器的位置和特性（如灵敏度和响应时间）。
这些设置将在后续的分析中起到关键作用。
第三步，设置分析参数：在进行光学分析之前，需要设置各种分析参数。
这些参数包括入射光的波长、入射角度、光的传输路径、成像位置等。
通过CAD软件，可以方便地设置这些参数，并且可以在分析过程中进行实时调整和优化。
第四步，进行光学分析：一旦完成模型的创建、光源和检测器的设置以及分析参数的设置，就可以进行光学分析了。
利用CAD软件提供的分析工具，可以计算出光线的传输路径、能量分布以及成像质量等信息。
通过这些分析结果，可以评估光学系统的性能，并进行必要的调整和优化。
第五步，结果可视化和报告：完成光学分析后，可以利用CAD软件的可视化工具将分析结果进行展示。
这些工具包括光线追迹图、能量分布曲线、成像图像等。
通过这些可视化结果，可以更直观地了解光学系统的性能，并进行进一步的分析。
在完成结果可视化之后，可以根据需要生成分析报告。
利用CAD软件提供的文档编辑工具，可以将分析结果整理成规范的报告。
报告应包括光学系统的设计参数、分析结果以及优化建议等，旨在帮助其他人了解和使用该光学系统。
在进行光学分析时，还需要注意以下几点技巧：1. 模型的准确性很重要：确保模型的几何形状和光学特性准确无误，以提高分析结果的可靠性。
光学CAD设计(Zemax)报告
Surf OBJ STO 2 3 IMA
Type STANDARD STANDARD STANDARD STANDARD STANDARD
Radius Infinity 63.3 36.1 -10929.8 Infinity
Thickness Infinity 4.0 6.0 142.3221
Glass ZF8 H-K9L
1.2.1 透镜结构参数，视场、孔径等光学特性参数 ································ 1 1.2.2 像差指标数据······································································· 4 1.2.3 像差公差数据······································································· 5
2 1 ，工作波段为可见光。
1.2 设计成果
1.2.1 透镜结构参数，视场、孔径等光学特性参数
System/Prescription Data
光学 CAD 课程设计实验报告
第 2 页
共 14 页
● GENERAL LENS DATA:
Surfaces Stop System Aperture Glass Catalogs Ray Aiming Apodization Effective Focal Length Effective Focal Length Back Focal Length Total Track Image Space F/# Paraxial Working F/# Working F/# Image Space NA Object Space NA Stop Radius Paraxial Image Height Paraxial Magnification Entrance Pupil Diameter Entrance Pupil Positon Exit Pupil Diameter Exit Pupil Positon Field Type Maximum Field Primary Wave Lens Units Angular Magnification
OBE教育理念在光学设计与CAD课程中的实践与探索
OBE教育理念在光学设计与CAD课程中的实践与探索
曾维友;付艳华;李新克;徐利;王晴岚
【期刊名称】《教育进展》
【年(卷),期】2024(14)4
【摘要】光学设计与CAD是光电信息科学与工程专业中具有较强应用性和实践性的特色课程,学生要能将掌握的理论知识运用到工程实践的应用中。
为了培养学生的创新意识和工程实践能力,达成应用型人才培养的目标,团队在教学中引入了OBE 教育理念,对课程目标、评价体系、教学方法进行了改革探索,充分调动了学生的学习积极性和能动性,促使教师不断加强自身学习,实现了教学相长,相得益彰。
【总页数】5页(P765-769)
【作者】曾维友;付艳华;李新克;徐利;王晴岚
【作者单位】湖北汽车工业学院数理与光电工程学院十堰
【正文语种】中文
【中图分类】G64
【相关文献】
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CAD软件中的激光和光学系统设计技巧
CAD软件中的激光和光学系统设计技巧激光和光学系统设计是CAD软件的一项重要应用领域。
借助CAD的强大功能，设计师能够在虚拟环境中精确地建模和分析光学元件的性能。
本文将介绍一些在CAD软件中进行激光和光学系统设计的技巧。
首先要注意的是，选择适合的CAD软件非常关键。
市场上有许多种CAD软件可供选择，如SolidWorks、AutoCAD和CATIA等。
不同的CAD软件有不同的特点和优势，所以在选择软件时应根据具体的应用需求进行评估。
一般来说，进行光学设计时，需要使用CAD软件中的建模工具来绘制光学元件的几何形状。
在绘制时，应注意几何形状的精度和对称性。
几何形状的精确度直接影响到光学元件的性能，因此应确保绘制的几何形状符合设计要求。
此外，对称性也是光学元件设计中一个重要的考虑因素，过高或过低的对称性会影响光学系统的整体性能。
在绘制几何形状的过程中，可以运用CAD软件的约束和关系工具来确保几何形状的精确度和对称性。
通过添加约束和关系，可以将几何形状与其他对象或平面进行关联，以确保其位置和形状始终保持一致。
这样，在进行光学元件设计时，可以更加方便地完成形状的修改和调整。
一旦绘制完成几何形状，接下来就需要进行性能分析。
CAD软件中有一些强大的分析工具，如光学路径分析、波前分析和光线追迹等，可以帮助设计师评估光学元件的性能。
这些分析工具可以模拟光线的传播路径，并计算出波长、焦距、光斑直径等相关参数。
通过对这些参数的分析，设计师可以更好地了解光学元件的行为，并做出相应的调整和优化。
此外，在进行激光和光学系统设计时，还可以运用CAD软件中的优化工具来提高设计的性能和效率。
例如，可以使用参数化设计功能，将设计参数与光学元件的性能参数进行关联。
这样，当需要对设计进行调整时，只需改变设计参数，而无需重新绘制和分析。
这种优化工具的使用，可以大大节省设计时间和成本。
为了提高设计的可行性和稳定性，还可以考虑使用CAD软件中的仿真工具。
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19、反射棱镜在平行光路中，各种像差系数均为0，不产生任何像差；
20、双胶合薄透镜系统，如果位置色差校正为0，则倍率色差与位置色差的条件均为∑（φ/v）=0,所以倍率色差=0;
20.5、孔径光阑的直径对畸变没有影响 ，其位置对畸变有影响，因为畸变是主光线的像差，而主光线仅与入瞳中心有关，与入瞳直径无关；
焦宽：在焦深范围内接受面上所成像的直径。
4、近视眼应佩戴凹透镜加以矫正，使光线经过水晶体后发散，重新汇集到视网膜上。
5、在对称式光学系统中，当B=-1时，垂轴像差：彗差、畸变、倍率色差、为0，得到自动校正；其他初级色差(轴向像差:球差、像散、场曲、位置色差）均为半部系统相应像差的两倍。
6、若弧失彗差K's=0，则满足等晕成像；若此时δl'=0，满足正玄条件，不满足余玄条件。
1、在七种几何相差中，仅与孔径有关的有：球差、位置色差。仅与视场有关的有：像散、场曲、畸变、倍率色差。与视场和孔径都有关系的是：彗差。
2、一物体在一折射球面的球心处，其像在球心处；若物在球面顶点，其像在顶点处。放大倍率均为1。
3、焦深：实际像点无论在高斯像点之前或之后△l'0范围内,波像差都不会超过0.25波长，所以把2l'0定义为焦深。
消除场曲可以在系统中使用弯月形厚透镜、或正负透镜分离的方法；
系统校正了像散，场曲不一定为0；
22、球差：轴上点发出的同心光束，经光学系统各个折射面折射后，不同孔径角U的光线交光轴于不同点，相对于理想像点的位置有不同的偏离，这就是球面像差，简称球差。
23、彗差：轴外点B发出的子午光束，对于辅轴来说就相对于轴上点光束，上光线，主光线和下光线与辅轴的夹角不同，故有不同的球差值，所以三条光线不能交于一点。即在折射前主光线是子午光束的轴线，而折射后不再是光束的轴线，则光束失去了对称性。用上下光线的交点BT'到主光线的垂直于光轴方向的偏离来表示这种光束的不对称，称为子午彗差；
7、二级光谱：当在带孔径对F光和C光校正了位置色差，它们和光轴的公共点并不和D光带孔径光线和光轴的交点重合，起偏差称为二级光谱。
8、场镜可校正场曲和畸变；平面反射镜不产生任何像差；
9、一同心弯月镜在空气中，其前后节点及主点均在其两个对公共球心处；
10、对于只包含初级和二级球差的光学系统，当对边缘孔径校正了球差后，其最佳焦点位置在3/4δl'0.707处；
11、在七种像差中，畸变不影响清晰度；其他球差均影响；
12、在ZEMAX的window中，spt表示点烈图，opt表示自动优化；
13、MTF的全称是Modulation transfer function，即调制传递函数
OTF的全称是Optical transfer function，即光学传递函数
15、孔径光阑位置移动可影响：彗差、像散、场曲、畸变、倍率色差；
孔径光阑的大小可影响：球差、彗差、位置色差；
16、欲校正正透镜，可在系统中使用弯月形厚透镜、或正负透镜分离；对于弯月形厚透镜而言，可以通过调整其两个半径的大小得到正场曲或负场曲，从而抵偿光学系统的场曲，达到校正的目的；
17、孔径光阑与双胶合薄透镜组重合，畸变和倍率色差可以自动校正，因为轴外点入射光的入射高度h2=0；
14、正玄差：由小视场宽光束成像 的不对称性所产生的像差叫正玄差；
正玄条件：垂直于光轴平面内两个相邻点，一个是轴上点，一个是靠近光轴的轴外点，其理想成像的条件：nysinU=n'y'sinU'，这就是正玄条件；
一物镜球差不等于0，彗差=0，这满足等晕条件，自然也满足正玄条件。其正玄差为0；
20.6、孔径光阑的位置和大小对彗差均有影响；
20.7、反射棱角在平行光路中，各像差系数均为零，不产生任何像差；
反射棱镜在汇聚光路中，除场曲外，各种像差均存在；
21、场曲：某一视场的子午像点、弧失像点相对于高斯像面的距离X't和X's分别称为子午相面弯曲和弧失相面弯曲，简称子午场曲和弧失场曲
24、畸变：主光线和高斯像面交点的高度不等于理想像高，其差别就是系统的畸变。
25、位置色差：当透镜对于一定的物距l的物体成像时，由于各种光焦距的不同，用高斯公式可求的不同的相距了l'值，按色光电波长由短到长，他们的像点离透镜由近到远东排列在光轴上，这种现象就是位置色差。
26、倍率色差：光学系统对不同色光电放大率的差异称为倍率色差；
27、场曲：某一视场的子午像点、弧失像点相对于高斯像面的距离X't和X's分别称为子午相面弯曲和弧失相面弯曲，简称子午场曲和弧失场曲