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1、ZEMAX建模及像差分析2009-8-26ZEMAX建模 ZEMAX像差分析1一、 ZEMAX建模1.根据不同系统规格选取常规选择:Object Space NA:显微物镜系统 Image SspaceF/#:照相系统 Eetrance Pupil Diameter:望远系统 Object Cone Aangel:照相系统、监控、目镜等 22.视场选取(采点选取)根据系统要求进行视场选取。33.设计光波长的选取通常选用F、D、C模式及蓝、绿、红;根据特殊需要选取其他波长。44.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55.建模后的2D图6二、 ZEMAX像差分析1. 像差分类轴上像差
2、: 球差、彗差轴外像差: 像散、场曲、畸变色差: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72. 像差的容忍极限89三、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.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103. 几种像差的相互关系11子午面与弧矢面4. 相关感念及ZEMAX对应分析124.1 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
3、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。13球差的表示法:球差曲线轴向球差轴向球差 垂轴球差垂轴球差 轴向球差曲线轴向球差曲线垂轴球差曲线垂轴球差曲线14垂直球差所产生的弥散斑:154.2 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 任何视场系统子午彗差孔径和视 场的函数16彗星状 点列图彗差所造成的光斑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3倍17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。18两点的连 线与EY的
4、 交点代表 彗差彗差很 大19彗差很小, 此时的主要 像差是像散204.3 像散和场曲 子午光线和弧矢光线不会聚在离透镜相同的距离处,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21像散和场曲的表现: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22234.4 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
5、器就无法接收到完全 清晰的图像。 244.5 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。2526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27一般系统的畸变要求 目视光学系统3 数码相机镜头2 测量系统 0.5%284.6 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,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
6、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 。 294.7 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。 30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。315. 系统像质评价 5.1 几何像差曲线32335.2 点列图345.3 传递函数3536本内容是我在学习过程中的总 结和综合以前老师给的一些讲稿编 辑而成,有不足之处,敬请指正!谢谢!37