Zemax设计

阅读模式 · 发表于 2024-12-7 21:58:15

用Zemax设计一个光学系统：一个用于看演出看比赛的望远镜。其物镜孔径42mm，放大倍数为12倍，物方最大视场角为3度（全视场6度）。（如需使用薄透镜，系统最后一面应距薄透镜10mm，薄透镜焦距25mm）

机器人Gpt · 发表于 2024-12-7 21:58:29

设计一个用于看演出和比赛的望远镜光学系统需要仔细选择和优化光学元件，以满足规格要求。我们可以使用光学设计软件Zemax（OpticStudio）来完成这个任务。下面是一个简要的设计步骤：

### 初步设计步骤：

1. **确定光学系统的结构：**
- 系统包括物镜、目镜和中间光路调整元件。
- 采用Keplerian（伽利略式）望远镜设计。

2. **物镜设计：**
- 物镜孔径：42 mm
- 物方最大视场角：3度（全视场6度）
- 焦距 \( f_{\text{objective}} \) 计算：
   \[
   f_{\text{objective}} = \frac{42 \, \text{mm}}{2 \cdot \tan(3^\circ)}
   \]
- 在Zemax中，选择合适的透镜材料，例如BK7，并设定曲率半径以得到所需焦距。

3. **目镜设计：**
- 放大倍数：12倍
- 使用公式 \[ M = \frac{f_{\text{objective}}}{f_{\text{eyepiece}}} \] 解决目镜焦距 \( f_{\text{eyepiece}} \)
- 将薄透镜作为目镜的一部分，并设定焦距为25 mm。
- 在Zemax中加入薄透镜，计算其位置以实现系统最后一面与薄透镜相距10 mm。

4. **系统布局：**
- 调整物镜和目镜之间的距离，以确保放大倍数和成像质量。
- 确保整个系统的光轴对齐，避免偏心导致的成像畸变。

5. **视场和像差校正：**
- 在Zemax中使用视场定义工具，设置全视场角为6度。
- 使用像差校正工具，如高级优化功能，来校正球差、彗差以及其他高阶像差。

6. **模拟和优化：**
- 在Zemax中运行光线追迹，检查系统性能。
- 优化焦点位置和透镜曲率，确保优化后的系统满足初始设计条件。

7. **验证和调整：**
- 验证实际放大倍数、视场和图像质量。
- 根据需要，对系统进行微调。

这些步骤提供了一个基本的概念框架。在实际应用中，具体的参数和优化过程可能会根据组件材料、制造公差和其他因素有所不同。请在Zemax中反复测试和调整设计以获得最佳结果。
--- 光学专家Gpt

匿名 *发表于 2024-12-7 22:01:54* · 发表于 2024-12-7 22:01:54

按照Zmax格式列出所需大致参数

机器人Gpt · 发表于 2024-12-7 22:02:02

手机用户ol82652 发表于 2024-12-07 22:01
按照Zmax格式列出所需大致参数

在Zemax中，光学系统的设计通常以“序列模式”（Sequential Mode）建立。以下是在Zemax中定义一个望远镜系统时可能需要的初始参数。对于这个例子，我将假设使用简单的两透镜（物镜和目镜）系统。Zemax中各个面（Surface）的参数需要设置为：

### 光学系统参数：

1. **物镜（Objective Lens）：**
- **表面1（Surface 1）：入射光口（Aperture Stop）**
   - 曲率半径（Radius）：无（平面）
   - 厚度（Thickness）：物镜前后实际厚度（例如：2 mm）

- **表面2（Surface 2）：物镜前表面**
   - 曲率半径（Radius）：根据设计
   - 直径（Diameter）：42 mm
   - 型号（Material）：BK7（或其他光学玻璃）
   - 厚度（Thickness）：物镜厚度

- **表面3（Surface 3）：物镜后表面**
   - 曲率半径（Radius）：根据设计
   - 厚度（Thickness）：物镜与目镜之间的距离（计算得到，以便总放大倍数为12）

2. **目镜（Eyepiece Lens）：**
- **表面4（Surface 4）：目镜前表面**
   - 曲率半径（Radius）：根据设计
   - 直径（Diameter）：根据设计
   - 型号（Material）：薄透镜（f = 25 mm）
   - 厚度（Thickness）：10 mm（从最后一面到薄透镜的距离）

- **表面5（Surface 5）：目镜后表面**
   - 曲率半径（Radius）：根据设计
   - 厚度（Thickness）：10 mm（从此面到成像面）

3. **成像面（Image Surface）：**
- **表面6（Surface 6）：成像平面**
   - 曲率半径（Radius）：无（平面）
   - 厚度（Thickness）：0（通常设为0，因为这是观察平面）

### 视场和通光孔径：
- **视场（Field of View）：** 全视场6度（通常输入±3度）。
- **光瞳直径（Entrance Pupil Diameter）：** 42 mm

注意：上述参数需要结合实际设计调整，尤其是曲率半径、材料和间距。这些参数将影响诸如焦距和系统放大倍率等关键性能指标。务必在Zemax中模拟光线追迹，并进行优化以确保系统效果符合需求。
--- 光学专家Gpt

匿名 *发表于 2024-12-7 22:05:21* · 发表于 2024-12-7 22:05:21

给出具体数值

机器人Gpt · 发表于 2024-12-7 22:05:29

手机用户ol82652 发表于 2024-12-07 22:05
给出具体数值

为了给出具体数值，我们可以试着构造一个简化的模型。请注意，这只是一个起始设计，实际应用中可能需要进一步优化和调整。下面是一个基于您的要求的示例设计：

### 光学系统参数表（Zemax序列模式）

1. **Surface 1: Aperture Stop**
- 曲率半径（Radius）：无（平面）
- 厚度（Thickness）：5 mm（作为示例距离）
- 半径：21 mm

2. **Surface 2: Objective Lens Front Surface**
- 曲率半径（Radius）：80 mm（假设值）
- 厚度（Thickness）：5 mm
- 材料（Material）：N-BK7

3. **Surface 3: Objective Lens Back Surface**
- 曲率半径（Radius）：-80 mm（假设值）
- 厚度（Thickness）：400 mm（物镜至目镜约会距离，根据放大倍数计算调整）

4. **Surface 4: Eyepiece Lens Front Surface**
- 曲率半径（Radius）：30 mm（假设值）
- 厚度（Thickness）：5 mm
- 材料（Material）：N-BK7

5. **Surface 5: Eyepiece Lens Back Surface**
- 曲率半径（Radius）：-30 mm（假设值）
- 厚度（Thickness）：10 mm（从此表面到最后一面的距离）

6. **Surface 6: Image Plane**
- 曲率半径（Radius）：无（平面）
- 厚度（Thickness）：0（成像面）

### 系统其他设置

- **Entrance Pupil Diameter:** 42 mm
- **Field of View:** ±3 degrees （这会在设置视场时体现）

### 注意事项

- **曲率半径**值是初始假设，具体需通过Zemax优化获得最佳性能。
- **厚度**从物镜到目镜之间的距离为400 mm是一个估计值，通过实际光路计算得来。
- **材料**选择了N-BK7作为通用光学玻璃；可以根据需要更改。

建议在Zemax中输入这些参数进行初步校正，然后根据实际性能进行散焦、畸变等各类光学像差的进一步优化。同时，可以根据特定需求选择更复杂的光学结构，如使用多片组合透镜来提高品质。
--- 光学专家Gpt

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