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§ 8－1常用光学设计软件
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现代光学设计软件的特点
通用性强
共轴和非共轴系统；各类常规和复杂表面（球面、 平面、非球面、二元面等）；材料种类；孔径形 状等。
分析能力强
几何像差；波像差；点列图；传递函数；热分 析；公差分析等。
优化能力
像差自动平衡和优化；边界条件和评价函数灵活
图形界面
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LightTools
与CODE V同公司。 可操作性强，建模功能强大。具有优化功能。
两类软件的区别
前者针对成像系统和像差分析；后者针对非成 像系统和非序列光线追迹。 前者侧重优化；后者侧重仿真分析。
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§ 8－6 光学系统设计实例
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投影物镜设计实例
指标要求
焦距 相对孔径
14 mm 1:2.4
视场角2ω 放大率
54度 27×
后工作距离
21 mm
畸变
<1%
MTF
> 60%@36 lp 照度均匀性
选择初始结构
>95%
双胶合前组＋双高斯后组
输入基本参数
系统参数；波长；视场；各面形参数
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初步分析
自动优化
Solves Merit function Optimization
评价与分析
Ray fans Spot diagram OPD fans Aberrations
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其他光学分析软件
ASAP
由美国Breault Research Organization Inc(BRO)公司开发。 强大的光线追迹和计算功能，用于杂光分析和 照明系统设计。
TracePro
与OSLO同公司出品。 容易入门，分析功能强大。
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Lens Data Editors
Merit Function Editors
Surface type Radius Glass Thickness Semi-diameter Conic Parameters
Operand Type Target Weight Value Contribute
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面形偏差
被检光学表面相对于参考光学表面（工作样板） 的偏差。
半径偏差：对于参考光学表面曲率半径的偏 差；用光圈数N表示，N的数值表示最大半径 偏差的数值。
像散偏差：两个相互垂直方向上产生的光圈数
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光学零件的外径和最小厚度
外径余量
光学零件除满足通光口径要求，还要为安装、 支撑和固定提供一定的外沿宽度，即为外径余 量。 根据不同的固定方式采用不同的外径余量。 需要在像差校正阶段给予一定的考虑，否则会 产生边缘厚度过小等问题。
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§ 8－4 ZEMAX光学设计软件
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界面介绍
菜单和主要功能
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光学零件材料的要求
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光学零件的其他工艺要求和公差
光学零件表面疵病
指表面的麻点、擦痕、开口气泡、破边及破点。 符号B
中心误差
光学表面定心顶点处法线与基准轴（通常光轴） 的偏离量，符号χ（单位分） 用偏心差c表示（焦点像跳动圆半径，单位mm）
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§ 8－5 ZEMAX光学设计基础
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单透镜设计
指标要求
F/#=4； 焦距f’=100mm；（可知口径25mm） 平行光入射； 可见光波段；
输入参数
口径；波长；视场； 初始面形参数：R=100mm；BK7；d=4mm； d2=100mm；
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配合公差
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中心和边缘最小厚度
加工和安装过程中的强度和刚性保证，对正透 镜的边缘厚度和负透镜的中心厚度有要求。
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不等对应的偏差；用光圈数Δ1N表示。
局部偏差：在任一方向上产生的干涉条纹局部
不规则程度；用光圈数Δ2N表示。
如标注ΔN的数值则表示最大像散光圈和局部
光圈数值相等。
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中心厚度公差
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光学零件的倒角
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§ 8－2 光学设计中涉及的光学零件加
工和装配工艺要求
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光学零件的表面误差
光学样板
光学车间球面透镜生产对加工质量的检验 通常每个曲率半径对应一个样板。 测量基准；精度要求远高于一般球面。 精度要求用ΔR表示，分为A、B两级。 设计中应尽量采用样板库中的曲率半径数值， 即靠样板。 先多后少；先精后粗；先疏后密；先大后小。
表格和图形窗口；输入修改方便。
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光学设计软件能做什么？
输入输出给定的系统结构参数，画出光学系统 的二维或三维图； 计算各种光线的光路和光程，给出各种像质评 价指标； 供用户设定评价函数进行优化设计； 提供一定的二次开发环境。
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窗体 菜单 快捷按钮 编辑窗体
File Editors System Analysis Tools Reports Macros Extensions Windows
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第八章
光学系统的设计
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目录
8-1 常用光学设计软件 8-2 光学设计中涉及的光学零件加工和装
配工艺要求 8-3 光学零件制图 8-4 ZEMAX光学设计软件 8-5 ZEMAX光学设计基础 8-6 光学系统设计实例
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自动优化
设定评价函数 增加变量
工程化
靠样板 调整工艺参数 公差分析 工程制图
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常用光学设计软件
CODE V
美国Optical Research Associates（ORA）公司 出品。 先进的全局优化算法，优化计算速度快。 程序接口方便，易于和ORA公司其他软件共享 数据。 宏语言功能强大，易于编写。
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常规光学系统设计基本流程
确定指标（波长、焦距、视场、相对口径、分辨率、 口径、基本光学外形尺寸、像差要求等）
选择初始结构
在软件中输入基本参数
根据要求优化设计
靠样板；确定零件外径和最小厚度；公差分析
否 达到像质和工艺要求？
是
光学零件制图
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OSLO
源自美国罗切斯特大学光学研究所，目前由美 国Lambda Research Corporation公司出品。 交互性好 程序接口方便，可与公司其他软件共享数据。
ZEMAX
美国ZEMAX Development Corporation公司出品。 容易入门，可操作性强。
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§ 8－3 光学零件制图