ZEMAX卡塞格林透镜组结构设计——光学设计学习笔记2

ZEMAX卡塞格林透镜组结构设计——光学设计学习笔记2

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1.设计目标

工作波长：可见光；
焦距100mm、相对孔径D/f’=1/5、视场角2°；

2.设计步骤

（1）设置孔径（D=1/5*f=20mm）、视场（0、0.707、1）和波长（F，d，C可见光）
（2）建立初始结构
（3）设置变量
（4）优化
（5）样板分析
（6）公差分析

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3.优化之后：

3D layout

光学结构参数及光学特性参数

找到zemax"analysis"中的“reports”选项，选择“prescription data”，可以得到详细的系统结构参数以及光学特性参数，通过在设置中可以选择自己想要看到的各种参数。

各表面的曲率半径、厚度、口径以及之间的距离:

初步的象质评价

a.Wavefront Map（此图为零度视场）

（可以查看PV值和RMS均方根值，一般要求PV值小于四分之一波长，RMS值小于十四分之一波长）

b.MTF

（横坐标为空间频率，单位是每毫米线对数，截止空间频率就是该系统的分辨极限；曲线与坐标轴所围成的面积表示该系统对比度的大小）

c.点列图

（可查看每个视场的均方根半径和几何半径大小，通过设置可以和艾里斑（黑色圈）作比较；可以根据点列图看每个视场存在的像差）

d.特性曲线图

（表现系统的综合误差）

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4.样板测试

a.套样板的步骤

在选择玻璃库为CDGM（成都光明）的前提下，首先将半径、厚度、镜面之间间隔设置为变量（注意并不一定需要将全部都设置，需要考虑某些面为平面等因素）；然后选择“template fitting”选项，选择“best to worst”方法进行样板匹配，得到样板匹配结果和样板列表。

样板匹配结果：

b.套样板之后的结构参数

c.套样板之后的象质评价

与套样板之前相比，成像质量没有明显下降

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5.公差分析

公差分析包括敏感度分析、蒙特卡洛分析、反敏感度分析。在ZEMAX中选择“tolerance data editor”选项，设置公差函数，也可以选择’tolerance wizard"选择默认的公差函数，然后点击“tolerancing”，对弹出的对话框进行设置。

下图分别为敏感度分析准则和分析结果，以均方根（RMS）半径为标准：

下图为蒙特卡洛分析结果，蒙特卡洛循环数取1000，注意这里的大于符号并不表示大于，不需要纠结这个，在50%处，表示RMS不低于0.003的良品率略低于50%，注意最终的RMS值并不一定要比名义值小，需要根据实际的设计要求: