光学设计流程课件.ppt
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1、光学设计流程,开始,提出设计要求,光学系统外型尺寸计算,是否满足要求,初始结构设计,像差平衡,像差是否达到要求,公差设计和工艺审核,出图,否,是,重新设计外形尺寸,改变初始结构,是否满足工艺要求,结束,否,否,是,是,光学设计概述,确定仪器的性能要求,光学系统的系统参数: 孔径 视场 焦距() 光谱,光学外形尺寸:总长 最大口径 物像距,成像质量,使用条件,光学设计概述,光学系统的总体设计和布局,选型,确定参数,像差校正,光学部件设计,总体像质评价,光学系统的性能,系统参数-孔径,Entrance Pupil Diameter(EPD):直接指定入瞳的大小Image F/Number#:像空间
2、F数(f/D)Image Numerical Aperture:像空间边缘光线的数值孔径nsinUObject Numerical Aperture:物空间边缘光线的数值孔径nsinU(物在有限远处,保持N.A.为常数),光学系统的性能,系统参数:视场,Object angle:投影到入瞳上XZ和YZ平面上时,主光线与Z轴的夹角。大多用在无限共轭系统。Object height:物面上X,Y高度。大多用在有限共轭系统。(注:如果物面为曲面,则X,Y坐标包含Z坐标)Paraxial Image height:像面上的近轴像高。用于需要固定像的大小的设计中。(只用于近轴光学系统中)Real ima
3、ge height:像面上实际像高。用于需要固定frame size的设计中(如camera lenses)。,光学系统的性能,系统参数:光谱,光学系统的性能,系统参数: 焦距或者垂轴放大倍率:,需要控制的设计量,光学系统的性能,系统外形尺寸:总长物像距最大口径,像质评价指标,Ray aberration curves(扇形图,垂轴像差等)Spot Diagram(几何点列图,弥散斑)MTF(调制传递函数)PSF(点扩展函数)Wavefront(波像差)能量分析像差系数。,CODEVStructure,TwoTypesofLensData,Systemdata(LensSystemData)
4、整体施加到透镜上 定义光束特性wavelengths,f/number,fieldangles,vignetting,etc.Surfacedata(LensSurfaceProperties以及LDM表格) 施加到单个表面 radius/curvature,thickness,glass,apertures,decenter,asphericdata, solves,tolerances等.数据可以以任意次序输入另外,还有一个用户自建的玻璃数据库(用户根据自己输入的玻璃数据构建的PrivateCatalog) 用于定义CODEV中没有预存的玻璃折射率参数(如infraredmaterials
5、,plastics,meltdata,gradientindex等),可以在LensAddPrivateCatalogGlass菜单找到,SpecificationData,LensSystemData菜单为整个系统定义光束群,最低要求为:Pupilspecification(f/number或相应的)Wavelengths(atleastone)其他典型的specificationdata包括 Field(fieldangles,objectheights,imageheights)渐晕因子(Vignetting factors)高斯切趾(Gaussianapodization,为模拟激光或
6、光纤光源用)Throughfocus定义无焦参数(Afocalspecification,主要是针对透镜像无限大情况)偏振光学参数(Polarizationdata)透镜单位(Lensunits,inches,mm,orcm),SurfaceData,通过LDM表格输入基本surfacedata(radius,thickness,glass,refractmode,surfacetype,circularaperture,surfacename) 可最多定义990个表面特殊面形可通过LensSurfaceProperties对话框输入为定义LDM表格中显示不了的数据,可通过surface或ce
7、ll右键菜单,选择SurfaceProperties快捷菜单即可 该对话框会打开相关surface和category插入一个blanksurfaces 右键菜单你想要在某表面之前要插入的表面 选择快捷菜单Insert,输入想要插入的表面数,点击OK,SurfaceCoordinateSystem,右手坐标系Z轴即为光轴(对centeredsystems而言)在每一个表面,都有一个局部x,y,z坐标系统,OpticalSurfaceDefinitions,OpticalSystemsBasicTerminologyandConventions,光线按表面序号,自小到大,自左向右传输边缘光线自轴上
8、点出发,经过孔径的边缘继续往前传输主光线自轴外点出发,经过孔径中心继续往前传输Imagesurfacethickness SI为一离焦值 实际imagedistance系SI1同SI之和,GlassData,PrivateCatalog,用于提供在样本玻璃库中不存在的玻璃、塑料的折射率数据还用于输入梯度折射率数据每一种玻璃都提供了Wavelengths以及对应的折射率数据(indexdata)若需要,可通过插值得到对应systemwavelengths的折射率数据可在LensAddPrivateCatalogGlassRegular找到玻璃名在LDM表格中用单引号”括起来(名字有大小写之分),
9、SystemData:孔径光阑准备知识,SystemData:孔径光阑准备知识,SystemData:Pupil,Pupil定义:必须(REQUIRED)可在SystemData的Pupil页或NewLensWizard输入Pupil决定系统收集光线的能力孔径最好定义在物方(物体无穷大时,常用EntrancePupilDiameter,有限大小的物体用ObjectNumericalAperture)当EntrancePupil相当远的时候,必须复选上Telecentricflag(这样所有视场的主光线本质上是平行于光轴的),EnteringWavelengthData,Wavelength(W
10、L)也是一个必须输入的参量(REQUIRED)单位:nanometers,按长波到短波的次序(如果输入是无序的,程序会自动重排)注意:Wavelengths没有多重配置必须指定一个波长为参考波长(referencewavelength,REF)参考波长用于firstorder数据计算以及单光线追迹缺省为中间波长(or或中间偏左(短)波长)参考波长可以设置成多重配置型 波长数最多为21在多色图像像质评价中还要用到Wavelengthweights(WTW)Wavelengthweights可以有多重配置除此之外,对单层膜,还需要指定镀膜对应的波长仅用于偏振光线追迹缺省是参考波长,SystemDa
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