光学设计与像差校正：从理论到实践

"该资源是关于光学软件学习的教程，主要关注在Zemax软件中的评价函数操作数。教程涵盖了像差、调制传递函数、基本光学特性以及边界约束条件等重要概念，并通过一个成像物镜设计的实例，详细阐述了光学系统设计的过程和方法。" 光学设计是一个复杂的过程，涉及多个关键参数的调整和优化。在这个过程中，评价函数操作数起着至关重要的作用，它们帮助设计师评估和改进光学系统的性能。 1、像差：像差是指由于光学元件的不完美导致光线无法精确汇聚在同一焦点，造成图像质量下降的现象。SPHA代表球差，彗差（COMA）是像平面上的非圆形像差，ASTI（像散）是指像场内不同位置的光线聚焦不一致，FCUR表示场曲，DIST则指的是畸变，这些都需在设计中进行校正。 2、调制传递函数（MTF）：MTF是衡量光学系统分辨率的重要指标，分为子午面传递函数（MTFT）和弧矢面MTF（MTFS），以及MTFA。高MTF值意味着系统能分辨更细小的细节。 3、基本光学特性：包括焦距（EFFL）、近轴放大率（PMAG）、角放大率（AMAG）、出瞳距（EXPP）以及像方F数（ISFN）等。这些参数决定了光学系统的成像质量和尺寸布局。 4、边界约束条件：如CTGT和CTLT定义了中心厚度的限制，ETGT和ETLT控制边缘厚度，而CVGT和CVLT则规定了曲率的范围，这些条件确保了光学元件的制造可行性。 5、基本计算：如使用Abso进行绝对值计算，ASIN和COSI等用于角度计算，这些都是优化过程中不可或缺的数学工具。 光学系统设计通常遵循以下步骤： 1. 确定设计指标：如焦距、相对孔径、视场角、波长范围、成像质量等。 2. 外形尺寸计算及可行性分析：根据指标初步计算系统尺寸，确保实际应用的可行性。 3. 初始结构设计：初步确定光学元件的排列和形状。 4. 像差平衡：通过调整结构参数，使像差达到可接受范围。 5. 像质评价与公差分析：评估MTF和其他像差，同时考虑制造公差的影响。 6. 绘制光学图：绘制系统布局图和元件图，便于制造和装配。 7. 完成设计报告：详细记录设计过程和结果。 在实例中，设计了一款照相物镜，其技术指标包括焦距、相对孔径、成像面大小、后工作距、波长范围、MTF要求和畸变限制。通过确定基本性能要求，选择初始结构，输入孔径类型和波长，设置视场，然后进行优化，最终使用评价函数操作数来监控和改善像差，以达到预期的光学性能。 这个教程对理解和掌握Zemax软件的使用，以及光学系统设计的基本原理和实践操作具有很高的指导价值，是光学工程师和学习者的重要参考资料。