ZEMAX建模及像差分析课件.ppt

1、ZEMAX建模及像差分析1ZEMAX建模及像差分析 2009-8-26ZEMAX建模ZEMAX像差分析ZEMAX建模及像差分析2一、一、 ZEMAX建模建模 1.根据不同系统规格选取根据不同系统规格选取 常规选择：常规选择：Object Space NA:显微物镜系统显微物镜系统 Image SspaceF/#：照相系统：照相系统 Eetrance Pupil Diameter：望远系统：望远系统 Object Cone Aangel：照相系统、监控、目镜等：照相系统、监控、目镜等ZEMAX建模及像差分析3 2.视场选取（采点选取）视场选取（采点选取） 根据系统要求进行视场选取。根据系统要求进

2、行视场选取。ZEMAX建模及像差分析4 3.设计光波长的选取设计光波长的选取通常选用通常选用F、D、C模式及蓝、绿、红；根据特殊需要选取其他波长。模式及蓝、绿、红；根据特殊需要选取其他波长。ZEMAX建模及像差分析5 4.镜片的输入镜片的输入镜片半径蓝色镜片厚度白色空气厚度镜片材料ZEMAX建模及像差分析6 5.建模后的建模后的2D图图ZEMAX建模及像差分析7二、二、 ZEMAX像差分析像差分析 1. 像差分类像差分类 轴上像差轴上像差: 球差、彗差 轴外像差轴外像差: 像散、场曲、畸变 色差：色差：位置色差、倍率色差 单色像差 球差彗差像散场曲畸变色差轴向色差倍率色差ZEMAX建模及像差分

3、析8 2. 像差的容忍极限像差的容忍极限 ZEMAX建模及像差分析9 ZEMAX建模及像差分析10三、显微镜最小分辨率及最高空间频率2. 镜头极限分辨的最大空间频率（MTF数）1 1.显微镜最小分辨率即MSP=1/（2）= 227 lines/mm如镜头最小分辨距离为= 2.2 m取当物面被照明时的最小分辨距为 ，A为显微物镜的数字孔径 3.横向色差小于1个大小对应227线对MTF值0.3能被分辨ZEMAX建模及像差分析11 3. 几种像差的相互关系几种像差的相互关系 ZEMAX建模及像差分析12子午面与弧矢面子午面与弧矢面4. 相关感念及相关感念及ZEMAX对应分析对应分析ZEMAX建模及像

4、差分析134.1 球差球差什么是球差？什么是球差？ 轴上点发出的同心光束，经过光学系统折射后，不同孔径的光线交于轴上不同点，这些点相对于理想像点的偏差称为球差。ZEMAX建模及像差分析14球差的表示法：球差曲线球差的表示法：球差曲线.613412211613412211UaUaUaLhAhAhAL .713512311713512311UaUaUaThAhAhAT ZEMAX建模及像差分析15垂直球差所产生的弥散斑：垂直球差所产生的弥散斑：ZEMAX建模及像差分析164.2 彗差彗差 彗差和正弦差本质上是一样的。 正弦差 小视场系统 彗差 任何视场系统2pbatyyyK子午彗差孔径和视场的函数

5、ZEMAX建模及像差分析17彗星状点列图彗差所造成的光斑彗差所造成的光斑 弧矢彗差和子午彗差的关系弧矢彗差和子午彗差的关系： 初级的子子午彗差是弧矢彗差的初级的子子午彗差是弧矢彗差的3倍倍ZEMAX建模及像差分析18慧差的校正方法慧差的校正方法1.移动光阑的位置控制慧差（使通过镜头的束相对于光阑具有较大的对称性，来减少慧差）2.弯曲透镜 （可以用P、W方法来分析）3.采用非球面。ZEMAX建模及像差分析19两点的连线与EY的交点代表彗差彗差很大ZEMAX建模及像差分析20彗差很小，此时的主要像差是像散ZEMAX建模及像差分析214.3 像散和场曲像散和场曲 子午光线和弧矢光线不会聚在离透镜相同

6、的距离处，子午焦点和弧矢焦点之间的距离就是像散。主光线的失对称性彗差像散宽光束细光束ZEMAX建模及像差分析22像散和场曲的表现：像散和场曲的表现：sttsxxx当系统存在像散时，不同的像面位置会得到不同的形状的物点的像球差产生圆形弥散斑彗差产生彗星形状弥散斑ZEMAX建模及像差分析23ZEMAX建模及像差分析244.4 场曲 某个视场的子午像点和弧矢像点相对于高斯像面的距离称为子午场曲（xt）和弧矢场曲xs）。球面光学系统的像面弯曲是球面本身所决定的，如果没有像散，子午像面和弧矢像面重合，但仍然存在像面弯曲。如果系统存在场曲，用平的接收平面或者探测器就无法接收到完全清晰的图像。ZEMAX建模

7、及像差分析254.5 畸变畸变 理想光学系统的一对共轭平面上的放大率相同，但实际系统中，当视场较大时，放大倍率随着视场而改变，即产生畸变。为近轴像高为实际像高；其中畸变000yy yyyZEMAX建模及像差分析26ZEMAX建模及像差分析27大畸变系统的应用鱼眼镜头门镜系统应用负畸变增加视场ZEMAX建模及像差分析28一般系统的畸变要求 目视光学系统3 数码相机镜头2 测量系统 0.5%ZEMAX建模及像差分析294.6 位置色差位置色差 由透镜焦距公式 1/f（n-1）（1/r1-1/r2）可知，同一薄透镜对不同色光，对应着不同焦距。由高斯公式1/S1/f+1/S可知，当透镜对一物体成像时，

8、由于各种色光对应的焦f值不同，所以各色光所成的像位置就不同。按色光的波长由短到长，它们的像点离开透镜由近到远地排列在光轴上，这种现象就是位置色差。即使在光学系统的近轴区，也同样存在着位置色差。 ZEMAX建模及像差分析304.7 倍率色差倍率色差 我们知道放大率与焦距有关，而透镜焦距与折射率有关，折射率n的大小又与光的颜色有关。可见，透镜对不同色光有不同的放大率，因此，白光通过透镜可形成一系列的与各色光对应的高度不同，位置也不一致的像，而在其中任一色光所成的像面上只能得到一个有彩边的“像”。这种色差，称为放大率色差。由于它表现在垂轴方向，因而也叫垂轴色差，或叫倍率色差。 ZEMAX建模及像差分析31垂轴像差曲线垂轴像差曲线 由物面上一点发出的许多光线经过光学系统后，由于存在像差，在像面上这些点不交于一点，不同孔径的光线在像平面上的交点与主光线的交点的垂轴偏差，即垂轴像差。它按照瞳坐标和垂轴偏差所生成的曲线就是垂轴像差曲线。ZEMAX建模及像差分析325. 系统像质评价系统像质评价5.1 几何像差曲线几何像差曲线ZEMAX建模及像差分析33ZEMAX建模及像差分析345.2 点列图点列图ZEMAX建模及像差分析355.3 传递函数传递函数ZEMAX建模及像差分析36