Zemax軟件設(shè)計(jì)教程

1、精品課件1 ZEMAXZEMAX光學(xué)軟件課程光學(xué)軟件課程 精品課件2 ZEMAXZEMAX簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 精品課件3 ZEMAX ZEMAX是一個(gè)使用光線追跡的方法來(lái)模擬折射、反射、衍射、偏是一個(gè)使用光線追跡的方法來(lái)模擬折射、反射、衍射、偏 振的各種序列和非序列光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真軟件。振的各種序列和非序列光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真軟件。 ZEMAXZEMAX的光學(xué)設(shè)計(jì)功能體現(xiàn)在使用序列模式設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的光學(xué)成像的光學(xué)設(shè)計(jì)功能體現(xiàn)在使用序列模式設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的光學(xué)成像 系統(tǒng)，平衡優(yōu)化成像系統(tǒng)的像差，分析評(píng)價(jià)成像質(zhì)量，給光學(xué)系系統(tǒng)，平衡優(yōu)化成像系統(tǒng)的像差，分析評(píng)價(jià)成像質(zhì)量，給光學(xué)系 統(tǒng)分配合適的公差等方面。統(tǒng)

2、分配合適的公差等方面。 ZEMAXZEMAX的仿真功能體現(xiàn)在使用非序列模式、物理光學(xué)傳播、熱分的仿真功能體現(xiàn)在使用非序列模式、物理光學(xué)傳播、熱分 析等功能模擬和仿真實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)方面。析等功能模擬和仿真實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)方面。 ZEMAXZEMAX有三種版本：有三種版本：ZEMAX-SEZEMAX-SE（標(biāo)準(zhǔn)版）、（標(biāo)準(zhǔn)版）、ZEMAX-XEZEMAX-XE（擴(kuò)（擴(kuò) 展版）、展版）、ZEMAX-EEZEMAX-EE（工程版）。只有（工程版）。只有ZEMAX-EEZEMAX-EE的功能最為全的功能最為全 面。面。 精品課件4 ZEMAXZEMAX應(yīng)用應(yīng)用 ZEMAXZEMAX可以用于相機(jī)鏡頭、望遠(yuǎn)鏡

3、、顯微鏡、可以用于相機(jī)鏡頭、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、 照明系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、干涉儀、光通訊器件等照明系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、干涉儀、光通訊器件等 各光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真各光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真 精品課件5 ZEMAXZEMAX軟件和使用手冊(cè)都不會(huì)教您如何設(shè)計(jì)鏡頭和光學(xué)系統(tǒng)。軟件和使用手冊(cè)都不會(huì)教您如何設(shè)計(jì)鏡頭和光學(xué)系統(tǒng)。 ZEMAXZEMAX功能是很強(qiáng)大，但是把握和引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化方向，功能是很強(qiáng)大，但是把握和引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化方向， 判斷系統(tǒng)性能的只能是你。如果你對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)感興趣，推薦書單：判斷系統(tǒng)性能的只能是你。如果你對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)感興趣，推薦書單： ZEMAXZEMAX不能做什么？不能做什么？ 作

4、者書名 袁旭滄/張以謨光學(xué)設(shè)計(jì)/應(yīng)用光學(xué) Joseph M. GearyIntroduction to lens design: with practical ZEMAX example Gregory HallockPractical Computer-Aided Lens Design R. E. FischerOptical system design Smith，WarrenModern Lens Design LaikinLens Design 精品課件6 使用使用ZEMAXZEMAX的三種方式的三種方式 Completely sequential： * *應(yīng)用于傳統(tǒng)的鏡頭設(shè)計(jì)和大多

5、數(shù)的成像系統(tǒng)應(yīng)用于傳統(tǒng)的鏡頭設(shè)計(jì)和大多數(shù)的成像系統(tǒng) * *應(yīng)用這種模式時(shí)不能進(jìn)行散射和鬼象分析應(yīng)用這種模式時(shí)不能進(jìn)行散射和鬼象分析 Hybrid sequential/non-sequential * *應(yīng)用于有很多序列元件，又有一些非序列元件（比如棱鏡或光管）的系統(tǒng)應(yīng)用于有很多序列元件，又有一些非序列元件（比如棱鏡或光管）的系統(tǒng) * *必須使用必須使用“ports”ports”作為光線進(jìn)出非序列元件組的端口作為光線進(jìn)出非序列元件組的端口 Completely non-sequential * *應(yīng)用于照明、散射和雜光分析。光線沿任何物理上有效的路徑傳輸應(yīng)用于照明、散射和雜光分析。光線沿任何物

6、理上有效的路徑傳輸 * *這種模式下非序列元件不使用這種模式下非序列元件不使用“ports”ports” 精品課件7 Completely sequential 以光學(xué)面（以光學(xué)面（surfacesurface）為對(duì)象來(lái)構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)模型；）為對(duì)象來(lái)構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)模型； 光線從物面開始（常為光線從物面開始（常為surface 0surface 0） 按光學(xué)面的順序計(jì)算（按光學(xué)面的順序計(jì)算（surface 0,1,2surface 0,1,2），對(duì)每個(gè)光學(xué)面只計(jì)算一），對(duì)每個(gè)光學(xué)面只計(jì)算一 次；次； 每個(gè)面都有物空間和像空間；每個(gè)面都有物空間和像空間； 需要計(jì)算的光線少，計(jì)算速度快；需要計(jì)算的光線少

7、，計(jì)算速度快； 可可進(jìn)行進(jìn)行analysis,analysis,OptimizationOptimization及及ToleraToleran nc cinging 精品課件8 精品課件9 ZEMAXZEMAX的用戶界面的用戶界面 ZEMAXZEMAX的用戶界面有四種允許輸入和分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)的窗口：的用戶界面有四種允許輸入和分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)的窗口： EditorsEditors 定義和編輯光學(xué)表面和其他數(shù)據(jù)定義和編輯光學(xué)表面和其他數(shù)據(jù) Graphic windowsGraphic windows 顯示圖形數(shù)據(jù)顯示圖形數(shù)據(jù) Text windowsText windows 顯示文本數(shù)據(jù)顯示文本數(shù)據(jù) D

8、ialog boxesDialog boxes 編輯和回顧其他窗口或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，或者用來(lái)報(bào)告錯(cuò)誤信息和其他的一些編輯和回顧其他窗口或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，或者用來(lái)報(bào)告錯(cuò)誤信息和其他的一些 目的。目的。 精品課件10 ZEMAXZEMAX的主窗口的主窗口 （1）文件菜單（）文件菜單（File）：用于文件的打開、關(guān)閉、保存、重命名。）：用于文件的打開、關(guān)閉、保存、重命名。 （2）編輯菜單（）編輯菜單（Editors）：用于打開或關(guān)閉編輯器。）：用于打開或關(guān)閉編輯器。 （3）系統(tǒng)菜單（）系統(tǒng)菜單（System）：用于確定整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的屬性。）：用于確定整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的屬性。 （4）分析菜單（）分析菜單（Anal

9、ysis）：不能改變鏡頭數(shù)據(jù)，只是從給定的鏡頭數(shù)據(jù)中計(jì)算出）：不能改變鏡頭數(shù)據(jù)，只是從給定的鏡頭數(shù)據(jù)中計(jì)算出 結(jié)果，用數(shù)字或圖形表示。這些結(jié)果包括輪廓圖、像差曲線圖、點(diǎn)列圖、衍射計(jì)算等結(jié)果，用數(shù)字或圖形表示。這些結(jié)果包括輪廓圖、像差曲線圖、點(diǎn)列圖、衍射計(jì)算等 等。等。 （5）工具菜單（）工具菜單（Tools）：可以改變鏡頭數(shù)據(jù)或?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算。這些包）：可以改變鏡頭數(shù)據(jù)或?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算。這些包 括優(yōu)化計(jì)算、公差、套樣板、執(zhí)行宏語(yǔ)言程序等。括優(yōu)化計(jì)算、公差、套樣板、執(zhí)行宏語(yǔ)言程序等。 （6）報(bào)告菜單（）報(bào)告菜單（Reports）：用文本方式記錄鏡頭設(shè)計(jì)結(jié)果。）：用文本方式記錄

10、鏡頭設(shè)計(jì)結(jié)果。 （7）宏指令菜單（）宏指令菜單（Macros）：用于編輯和運(yùn)行目錄文件。）：用于編輯和運(yùn)行目錄文件。 （8）擴(kuò)展命令菜單（）擴(kuò)展命令菜單（Extensions）：用于擴(kuò)展命令功能，這是）：用于擴(kuò)展命令功能，這是ZEMAX的編輯特性。的編輯特性。 （9）幫助菜單（）幫助菜單（Help）：提供在線幫助。）：提供在線幫助。 精品課件11 文件菜單（文件菜單（FileFile） 精品課件12 EditorsEditors ZEMAXZEMAX中的中的editorseditors本質(zhì)上是為滿足透鏡設(shè)計(jì)程序而專門設(shè)計(jì)的電子數(shù)據(jù)表：本質(zhì)上是為滿足透鏡設(shè)計(jì)程序而專門設(shè)計(jì)的電子數(shù)據(jù)表： Lens

11、 Data EditorLens Data Editor 輸入基本的鏡頭數(shù)據(jù)，包括表面編號(hào)、注釋、表面類型、表面曲率半徑、輸入基本的鏡頭數(shù)據(jù)，包括表面編號(hào)、注釋、表面類型、表面曲率半徑、 厚度、玻璃、口徑半徑、二次常數(shù)、熱膨脹系數(shù)和膜層數(shù)據(jù)厚度、玻璃、口徑半徑、二次常數(shù)、熱膨脹系數(shù)和膜層數(shù)據(jù) Merit Function EditorMerit Function Editor 在這里定義和編輯優(yōu)化函數(shù)在這里定義和編輯優(yōu)化函數(shù) Multi-Configuration EditorMulti-Configuration Editor 給變焦距透鏡和其它的多結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義參數(shù)變化表給變焦距透鏡和其它的

12、多結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義參數(shù)變化表 Tolerance Data EditorTolerance Data Editor 定義和編輯公差定義和編輯公差 Extra Data EditorExtra Data Editor 一個(gè)擴(kuò)展的透鏡數(shù)據(jù)編輯器，為那些需要很多參數(shù)才能定義的表面準(zhǔn)備的，一個(gè)擴(kuò)展的透鏡數(shù)據(jù)編輯器，為那些需要很多參數(shù)才能定義的表面準(zhǔn)備的， 比如表面類型比如表面類型Binary 2Binary 2 Non-Sequential Components EditorNon-Sequential Components Editor 在這里定義光源、光學(xué)對(duì)象、探測(cè)器在這里定義光源、光學(xué)對(duì)象、探測(cè)器

13、精品課件13 精品課件14 EditorsEditors 1. 1. 鏡頭數(shù)據(jù)編輯器（鏡頭數(shù)據(jù)編輯器（Lens Data EditorLens Data Editor） 插入/刪除面數(shù)據(jù)（Insert/Delete Surface0), 輸入面注釋（Entering Surface Comments), 輸入半徑數(shù)據(jù)（Entering Radius Data） 輸入厚度數(shù)據(jù)（Entering Thickness Data） 輸入玻璃數(shù)據(jù)（Entering Glass Data） 輸入半徑數(shù)據(jù)（Entering Semi-Diameter) 輸入二次曲面數(shù)據(jù)（Entering Conic Dat

14、a） 確定光闌面（Defining the Stop Surface）、 精品課件15 9. 選擇面型（Selecting Surface Type） 10. 各面通光口徑的確定（Specifying Surface Aperture） 11. 設(shè)置和撤銷求解（Setting and Removing Solves） 12. LDE窗口的菜單選項(xiàng)（Menu Options） EditorsEditors 精品課件16 Graphic and Text windowsGraphic and Text windows ZEMAXZEMAX的圖形和文本窗口都為評(píng)價(jià)和分析光學(xué)系統(tǒng)的性能提供的圖形和文本

15、窗口都為評(píng)價(jià)和分析光學(xué)系統(tǒng)的性能提供 了有力的幫助。了有力的幫助。 ZEMAXZEMAX的有些功能只支持圖形窗口（比如的有些功能只支持圖形窗口（比如layoutlayout，3D layout3D layout） ， 有些功能只支持文本窗口（如有些功能只支持文本窗口（如System DataSystem Data，Prescription DataPrescription Data， Ray TraceRay Trace，Seidel CoefficientsSeidel Coefficients），有些功能既有圖形窗口也有文），有些功能既有圖形窗口也有文 本窗口（如本窗口（如Ray FanR

16、ay Fan，OPD FanOPD Fan，Spot DiagramSpot Diagram） 對(duì)于后者，除了圖形窗口，如果你要查看文本窗口的內(nèi)容，點(diǎn)擊對(duì)于后者，除了圖形窗口，如果你要查看文本窗口的內(nèi)容，點(diǎn)擊 菜單欄中的菜單欄中的“Text”Text” 精品課件17 精品課件18 用來(lái)編輯其他窗口或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，比如用來(lái)編輯其他窗口或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，比如General，F(xiàn)ield Data， Wavelength Data，Glass Catalog，Lens Catalogs Dialog boxesDialog boxes 精品課件19 序列模式序列模式 精品課件20 這種模式下的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真

17、可按照下列步驟進(jìn)行：這種模式下的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真可按照下列步驟進(jìn)行： 1.輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù) 2.輸入透鏡數(shù)據(jù)輸入透鏡數(shù)據(jù)/修改透鏡數(shù)據(jù)修改透鏡數(shù)據(jù) 3.檢查、分析模型，考慮是否修改透鏡數(shù)據(jù)或者考慮優(yōu)化方向檢查、分析模型，考慮是否修改透鏡數(shù)據(jù)或者考慮優(yōu)化方向 4.優(yōu)化、評(píng)價(jià)模型性能優(yōu)化、評(píng)價(jià)模型性能 5.公差分析公差分析 6.出報(bào)告、畫工程圖出報(bào)告、畫工程圖 設(shè)計(jì)過(guò)程中，第設(shè)計(jì)過(guò)程中，第3步的結(jié)果不好的話，你可能需要返回到第步的結(jié)果不好的話，你可能需要返回到第2步重復(fù)設(shè)步重復(fù)設(shè) 計(jì)；第計(jì)；第4步完成后達(dá)不到期望的性能，也需要返回到第步完成后達(dá)不到期望的性能，也需要返回到第2步重復(fù)設(shè)計(jì)，步重

18、復(fù)設(shè)計(jì)， 直到設(shè)計(jì)結(jié)果能滿足需求；但是即便如此，你也只得到了一個(gè)停留在直到設(shè)計(jì)結(jié)果能滿足需求；但是即便如此，你也只得到了一個(gè)停留在 紙上的設(shè)計(jì)方案，只有在進(jìn)行了公差分析，證實(shí)這個(gè)設(shè)計(jì)是可以加工紙上的設(shè)計(jì)方案，只有在進(jìn)行了公差分析，證實(shí)這個(gè)設(shè)計(jì)是可以加工 和裝配的，設(shè)計(jì)才算基本完成，否則還是要回到第和裝配的，設(shè)計(jì)才算基本完成，否則還是要回到第2步重復(fù)整個(gè)過(guò)程。步重復(fù)整個(gè)過(guò)程。 精品課件21 數(shù)據(jù)編輯器數(shù)據(jù)編輯器 精品課件22 系統(tǒng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù) 需要設(shè)置三個(gè)需要設(shè)置三個(gè)Dialog boxesDialog boxes： General (Gen)General (Gen) - -通常需要設(shè)置孔徑類

19、型、孔徑大小、透鏡長(zhǎng)度單位、玻璃庫(kù)等通常需要設(shè)置孔徑類型、孔徑大小、透鏡長(zhǎng)度單位、玻璃庫(kù)等 Field Data (Fie)Field Data (Fie) - -選定視場(chǎng)角的類型，設(shè)置視場(chǎng)角大小選定視場(chǎng)角的類型，設(shè)置視場(chǎng)角大小 Wavelength Data (Wav)Wavelength Data (Wav) - -入射需要用到的波長(zhǎng)，以及權(quán)重，設(shè)定哪個(gè)波長(zhǎng)是參考波長(zhǎng)入射需要用到的波長(zhǎng)，以及權(quán)重，設(shè)定哪個(gè)波長(zhǎng)是參考波長(zhǎng) 精品課件23 GenGen ApertureAperture決定了系統(tǒng)的入光量的多少。決定了系統(tǒng)的入光量的多少。 EPD-EPD-入瞳直徑；入瞳直徑；Image space

20、 F/#-Image space F/#-無(wú)限物距時(shí)，象空間的近軸無(wú)限物距時(shí)，象空間的近軸F F數(shù)；數(shù)；Object space Object space NA-NA-有限物距時(shí)，物空間數(shù)值孔徑；有限物距時(shí)，物空間數(shù)值孔徑；Float By Stop Size-Float By Stop Size-根據(jù)孔徑光闌的大小變根據(jù)孔徑光闌的大小變 化；化；Paraxial Working F/#-Paraxial Working F/#-無(wú)限遠(yuǎn)或有限遠(yuǎn)物距時(shí)，象空間的近軸工作無(wú)限遠(yuǎn)或有限遠(yuǎn)物距時(shí)，象空間的近軸工作F F數(shù)；數(shù)； Object Cone AngleObject Cone Angle有限物

21、距時(shí)，物空間邊緣光線與光軸的夾角有限物距時(shí)，物空間邊緣光線與光軸的夾角 精品課件24 容易混淆的概念：容易混淆的概念：Image Space F/#Image Space F/#；Paraxial Working F/#; Working F/#Paraxial Working F/#; Working F/# Paraxial Working F/#Paraxial Working F/#： Working F/#Working F/#： Paraxial Working F/#Paraxial Working F/#計(jì)算公式中的計(jì)算公式中的 是近軸邊緣光線與光軸的夾角；是近軸邊緣光線與光軸

22、的夾角； Working F/#Working F/# 計(jì)算公式中的計(jì)算公式中的是實(shí)際邊緣光線與光軸的夾角是實(shí)際邊緣光線與光軸的夾角 精品課件25 Working F/#=1/2sin(5.76436)=4.97822391Working F/#=1/2sin(5.76436)=4.97822391 Paraxial Working F/#=1/2tan(arccos(0.9950372)=5.00000496Paraxial Working F/#=1/2tan(arccos(0.9950372)=5.00000496 精品課件26 FieFie ZEMAXZEMAX支持支持4 4種不同視場(chǎng)

23、形式：種不同視場(chǎng)形式： Field angle: XZField angle: XZ和和YZYZ平面上主光線與平面上主光線與Z Z軸的夾角。常用于無(wú)限共軛系統(tǒng)。軸的夾角。常用于無(wú)限共軛系統(tǒng)。 Object height: Object height: 物面上物面上X X，Y Y高度。常用于有限共軛系統(tǒng)。高度。常用于有限共軛系統(tǒng)。 Paraxial Image height: Paraxial Image height: 像面上的近軸像高。用于需要固定像的大小的設(shè)計(jì)中（只像面上的近軸像高。用于需要固定像的大小的設(shè)計(jì)中（只 用于近軸光學(xué)系統(tǒng)中）用于近軸光學(xué)系統(tǒng)中） Real image heigh

24、t: Real image height: 像面上實(shí)際像高。用于需要固定像幅的設(shè)計(jì)中（如像面上實(shí)際像高。用于需要固定像幅的設(shè)計(jì)中（如camera camera lenseslenses）。）。 VDX,VDY,VCVDX,VDY,VC X,VCY,VANX,VCY,VAN 是用來(lái)設(shè)置漸是用來(lái)設(shè)置漸 暈因子的暈因子的 精品課件27 WavWav ZEMAXZEMAX最多允許定義最多允許定義1212個(gè)波長(zhǎng)，必須指定參考波長(zhǎng)，可以根據(jù)不同波個(gè)波長(zhǎng)，必須指定參考波長(zhǎng)，可以根據(jù)不同波 長(zhǎng)的重要性，設(shè)定不同的權(quán)重。長(zhǎng)的重要性，設(shè)定不同的權(quán)重。 波長(zhǎng)的單位為微米。波長(zhǎng)的單位為微米。 Select-Selec

25、t-功能可以選擇多種默認(rèn)的波長(zhǎng)功能可以選擇多種默認(rèn)的波長(zhǎng) 精品課件28 Lens Data EditorLens Data Editor 一定存在的一定存在的3個(gè)表面：個(gè)表面：OBJ、STO和和IMA 可以隨意插入更多的表面可以隨意插入更多的表面 每個(gè)表面都包括的數(shù)據(jù)有：表面類型、注釋、曲率半徑、厚度、玻璃每個(gè)表面都包括的數(shù)據(jù)有：表面類型、注釋、曲率半徑、厚度、玻璃 牌號(hào)、表面的半口徑、二次常數(shù)、保留的參數(shù)牌號(hào)、表面的半口徑、二次常數(shù)、保留的參數(shù)0-12、熱膨脹系數(shù)和膜、熱膨脹系數(shù)和膜 層參數(shù)層參數(shù) 精品課件29 表面數(shù)據(jù)的符號(hào)規(guī)則：曲面左凸為正，右凸為負(fù)；高度向上為正，向表面數(shù)據(jù)的符號(hào)規(guī)則：

26、曲面左凸為正，右凸為負(fù)；高度向上為正，向 下為負(fù)；角度從光線向光軸，順時(shí)針銳角為正，逆時(shí)針為負(fù)；厚度向下為負(fù)；角度從光線向光軸，順時(shí)針銳角為正，逆時(shí)針為負(fù)；厚度向 右為正，向左為負(fù)右為正，向左為負(fù) 表面數(shù)據(jù)的符號(hào)規(guī)則表面數(shù)據(jù)的符號(hào)規(guī)則 +z +y 精品課件30 單個(gè)透鏡的例子單個(gè)透鏡的例子 n 目的：練習(xí)如何建立初始結(jié)構(gòu)、設(shè)定視場(chǎng)和工作波長(zhǎng)。目的：練習(xí)如何建立初始結(jié)構(gòu)、設(shè)定視場(chǎng)和工作波長(zhǎng)。 n 題目：題目： 建立一個(gè)單透鏡，入瞳直徑為建立一個(gè)單透鏡，入瞳直徑為4040mmmm，二個(gè)面的曲率半二個(gè)面的曲率半 徑分別為徑分別為5050mm,-60mmmm,-60mm，中心厚度為中心厚度為4 4mm

27、mm 視場(chǎng)視場(chǎng)0,70,7，1010度度 波長(zhǎng)：可見光波長(zhǎng)：可見光 玻璃材料：玻璃材料：BK7BK7 精品課件31 練習(xí)：在練習(xí)：在ZEMAXZEMAX中輸入一個(gè)入瞳直徑中輸入一個(gè)入瞳直徑33.33mm33.33mm的雙高斯鏡頭。視場(chǎng)角設(shè)定的雙高斯鏡頭。視場(chǎng)角設(shè)定0 0度、度、 1010度、度、1414度，采用波長(zhǎng)度，采用波長(zhǎng)0.4860.486，0.5870.587，0.6560.656，參考光為，參考光為0.5870.587，LayoutLayout如下：如下： 表面的曲率半徑依次為表面的曲率半徑依次為54.1554.15，152.52152.52，35.9535.95，infinityi

28、nfinity，22.2722.27，infinityinfinity，-25.68-25.68， infinityinfinity，-36.98-36.98，196.42196.42，-67.148-67.148；玻璃和空氣間隙的厚度依次為：；玻璃和空氣間隙的厚度依次為：8.758.75，0.50.5，1414， 3.783.78，14.2514.25，12.4212.42，3.783.78，10.8310.83，0.50.5，6.856.85，5757 精品課件32 Surface TypeSurface Type 1. 1.提供了近提供了近6060種的光學(xué)曲面面形，種的光學(xué)曲面面形， 主

29、要類型有：主要類型有： 平面、球面、標(biāo)準(zhǔn)二次曲面、平面、球面、標(biāo)準(zhǔn)二次曲面、 非球面、光錐面、輪胎面、折非球面、光錐面、輪胎面、折 射率漸變面、二元光學(xué)面、光射率漸變面、二元光學(xué)面、光 柵柵( (固定周期和變周期固定周期和變周期) )、全息衍、全息衍 射元件、射元件、FresnelFresnel透鏡、波帶片等。透鏡、波帶片等。 2. 2.還提供了還提供了User Defined SurfaceUser Defined Surface。 用戶只需要按照它的語(yǔ)法規(guī)定，用戶只需要按照它的語(yǔ)法規(guī)定， 用用C+C+語(yǔ)言編寫語(yǔ)言編寫DLLDLL文件與文件與 ZEMAXZEMAX相連接就可以建立自己相連接就

30、可以建立自己 需要的面形。需要的面形。 精品課件33 常用的分析診斷工具常用的分析診斷工具 精品課件34 外形圖外形圖 1. 1. 二維外形圖（二維外形圖（2D Layout2D Layout） 精品課件35 外形圖外形圖 2. 2. 三維外形圖（三維外形圖（3D Layout3D Layout） 精品課件36 3. 3. 陰影圖（陰影圖（Shaded ModelShaded Model） 外形圖外形圖 精品課件37 4. 4. 元件圖（元件圖（ZEMAX Element DrawingZEMAX Element Drawing） 外形圖外形圖 精品課件38 Ray fan plotRay f

31、an plot 光線扇面圖是分析幾何像差的有力工具，值得好好學(xué)習(xí)和分析。光線扇面圖是分析幾何像差的有力工具，值得好好學(xué)習(xí)和分析。 光線扇面圖的坐標(biāo)軸是如何定義的？有什么意義呢？光線扇面圖的坐標(biāo)軸是如何定義的？有什么意義呢？ 精品課件39 歸一化的物、入瞳坐標(biāo)。通過(guò)入瞳某一坐標(biāo)歸一化的物、入瞳坐標(biāo)。通過(guò)入瞳某一坐標(biāo)【PXPX，PYPY】的光線在像面上有的光線在像面上有 唯一的位置唯一的位置【EXEX、EYEY】，以，以PXPX、PYPY為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，EXEX、EYEY為縱坐標(biāo)，分別為縱坐標(biāo)，分別 建立坐標(biāo)系，把通過(guò)入瞳的光線都在坐標(biāo)系里描點(diǎn)就得到了光線扇面圖建立坐標(biāo)系，把通過(guò)入瞳的光線都在

32、坐標(biāo)系里描點(diǎn)就得到了光線扇面圖 精品課件40 精品課件41 離焦、球差、彗差、象散的離焦、球差、彗差、象散的ray fan plotray fan plot 純離焦的光線扇面圖。純離焦的光線扇面圖。 只存在離焦時(shí)的光線扇面圖中曲線是兩條方向一致的傾斜直線，直線的只存在離焦時(shí)的光線扇面圖中曲線是兩條方向一致的傾斜直線，直線的 斜率可正可負(fù)，取決于是正離焦還是負(fù)離焦斜率可正可負(fù)，取決于是正離焦還是負(fù)離焦 精品課件42 純球差的光線扇面圖。純球差的光線扇面圖。 從光線扇面圖看到坐標(biāo)原點(diǎn)附近的曲線斜率為從光線扇面圖看到坐標(biāo)原點(diǎn)附近的曲線斜率為0 0，表明像面正好是，表明像面正好是 近軸像面，沒(méi)有離焦。

33、曲線整體上來(lái)說(shuō)斜率為負(fù)，表示球差欠校近軸像面，沒(méi)有離焦。曲線整體上來(lái)說(shuō)斜率為負(fù)，表示球差欠校 正。正。 精品課件43 球差和離焦的光線扇面圖。球差和離焦的光線扇面圖。 從光線扇面圖看到坐標(biāo)原點(diǎn)附近的曲線斜率不為零，表明像面不在近從光線扇面圖看到坐標(biāo)原點(diǎn)附近的曲線斜率不為零，表明像面不在近 軸像面，存在離焦。經(jīng)過(guò)一個(gè)拐點(diǎn)向下的一段曲線說(shuō)明還有欠校正軸像面，存在離焦。經(jīng)過(guò)一個(gè)拐點(diǎn)向下的一段曲線說(shuō)明還有欠校正 的的 球差存在。但是跟前面的球差存在。但是跟前面的ray fanray fan相比，縱坐標(biāo)范圍從相比，縱坐標(biāo)范圍從+-500um+-500um減小到了減小到了 +-100um+-100um。說(shuō)

34、明離焦平衡了球差。說(shuō)明離焦平衡了球差。 精品課件44 三階球差的控制，我們用偶次多項(xiàng)式非球面來(lái)控制三階球差。三階球差的控制，我們用偶次多項(xiàng)式非球面來(lái)控制三階球差。 三階球差可以用偶次多項(xiàng)式非球面的三階球差可以用偶次多項(xiàng)式非球面的4 4次項(xiàng)控制，注意看原點(diǎn)附近的曲線，次項(xiàng)控制，注意看原點(diǎn)附近的曲線， 沒(méi)有離焦，三階球差被控制，剩下校正過(guò)的高階球差。此時(shí)縱坐標(biāo)范圍為沒(méi)有離焦，三階球差被控制，剩下校正過(guò)的高階球差。此時(shí)縱坐標(biāo)范圍為 +-0.5um+-0.5um。 精品課件45 偶次多項(xiàng)式非球面的偶次多項(xiàng)式非球面的4 4次項(xiàng)控制可以控制次項(xiàng)控制可以控制3 3階的球差，階的球差，6 6次項(xiàng)可以控制次項(xiàng)可

35、以控制5 5階的球差階的球差 你可以試試控制更高階的球差，也可以試試同時(shí)用離焦來(lái)平衡球差，看看你可以試試控制更高階的球差，也可以試試同時(shí)用離焦來(lái)平衡球差，看看 Ray fanRay fan的曲線如何變化？的曲線如何變化？ 偶次多項(xiàng)式非球面的公式：偶次多項(xiàng)式非球面的公式： 繼續(xù)控制繼續(xù)控制5階的球差，階的球差，ray fan應(yīng)應(yīng) 該是這個(gè)樣子該是這個(gè)樣子 精品課件46 彗差的光線扇面圖如圖所示。為了顯示出彗差的彗差的光線扇面圖如圖所示。為了顯示出彗差的ray fanray fan曲線，我們?cè)O(shè)計(jì)了曲線，我們?cè)O(shè)計(jì)了 一個(gè)有偶次非球面的透鏡，消除球差，移動(dòng)透鏡前光攔的位置，消除象散，一個(gè)有偶次非球面的

36、透鏡，消除球差，移動(dòng)透鏡前光攔的位置，消除象散， 使存在的彗差是像差的主要貢獻(xiàn)，使存在的彗差是像差的主要貢獻(xiàn)， 三階彗差的曲線是歸一化入瞳坐標(biāo)的二次函數(shù)。三階彗差的曲線是歸一化入瞳坐標(biāo)的二次函數(shù)。 精品課件47 象散的光線扇面圖如圖所示。為了顯示出象散的象散的光線扇面圖如圖所示。為了顯示出象散的ray fanray fan曲線，我們還用那個(gè)有曲線，我們還用那個(gè)有 偶次非球面的透鏡，消除球差，光欄的位置在透鏡表面，消除彎曲透鏡，使偶次非球面的透鏡，消除球差，光欄的位置在透鏡表面，消除彎曲透鏡，使 彗差為零，使象散成為像差的主要貢獻(xiàn)。彗差為零，使象散成為像差的主要貢獻(xiàn)。 象散的曲線跟離焦有些相似，

37、但是象散的子午曲線和弧矢曲線的斜率不同，象散的曲線跟離焦有些相似，但是象散的子午曲線和弧矢曲線的斜率不同， 不僅是大小不同，有時(shí)侯斜率的符號(hào)也不同。而離焦的子午曲線和弧矢曲線不僅是大小不同，有時(shí)侯斜率的符號(hào)也不同。而離焦的子午曲線和弧矢曲線 的斜率一定相同。的斜率一定相同。 精品課件48 常見的常見的ray fanray fan曲線曲線 精品課件49 OPD fanOPD fan 光程差圖看上去跟光程差圖看上去跟ray fanray fan很類似，橫坐標(biāo)也是歸一化的入瞳坐標(biāo)，只是縱很類似，橫坐標(biāo)也是歸一化的入瞳坐標(biāo)，只是縱 坐標(biāo)不由光線在像面上的位置決定，它的縱坐標(biāo)是出瞳處光線的光程與坐標(biāo)不由

38、光線在像面上的位置決定，它的縱坐標(biāo)是出瞳處光線的光程與 主光線的光程的差值主光線的光程的差值 OPD fanOPD fan的設(shè)置：的設(shè)置： Plot scale: Plot scale:設(shè)置縱坐標(biāo)最大范圍；設(shè)置縱坐標(biāo)最大范圍；number of ray:number of ray:光線追跡時(shí)光線的數(shù)量；光線追跡時(shí)光線的數(shù)量； WavelengthWavelength、field:field:用來(lái)確定正在計(jì)算時(shí)選用的波長(zhǎng)和視場(chǎng)；用來(lái)確定正在計(jì)算時(shí)選用的波長(zhǎng)和視場(chǎng)；TangentialTangential、 Sagittal:Sagittal:這里只能選擇這里只能選擇OPDOPD；use dash

39、es:use dashes:畫圖時(shí)，是采用顏色表示不同波長(zhǎng)畫圖時(shí)，是采用顏色表示不同波長(zhǎng) 還是用虛線來(lái)表示；還是用虛線來(lái)表示；check aperture:check aperture:檢查光線是否能從表面的孔徑通過(guò)，檢查光線是否能從表面的孔徑通過(guò)， 選擇此項(xiàng)，使不能通過(guò)表面孔徑的光線不被畫出；選擇此項(xiàng)，使不能通過(guò)表面孔徑的光線不被畫出；vignetted pupil:vignetted pupil:選擇此選擇此 項(xiàng)，得到的數(shù)據(jù)將反映出漸暈的存在。項(xiàng)，得到的數(shù)據(jù)將反映出漸暈的存在。 精品課件50 重新打開前面講重新打開前面講ray fanray fan時(shí)的各個(gè)例子，看看各個(gè)基本像差的時(shí)的各個(gè)例

40、子，看看各個(gè)基本像差的OPDOPD曲線的曲線的 特征。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，特征。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，OPDOPD曲線與曲線與ray fanray fan曲線很不一樣，事實(shí)上他們有一定曲線很不一樣，事實(shí)上他們有一定 的聯(lián)系，比如的聯(lián)系，比如ray fanray fan里的離焦曲線是入瞳坐標(biāo)的一次函數(shù)，而離焦的里的離焦曲線是入瞳坐標(biāo)的一次函數(shù)，而離焦的 OPDOPD曲線是入瞳坐標(biāo)的二次函數(shù)，其他像差也是如此，他們的曲線是入瞳坐標(biāo)的二次函數(shù)，其他像差也是如此，他們的OPDOPD曲線曲線 都比他們的都比他們的ray fanray fan曲線高一階。曲線高一階。 像差常有兩種表示方法，一種是像面上的橫向光線像差，像差常有兩

41、種表示方法，一種是像面上的橫向光線像差，ray fanray fan表示；一表示；一 種是出瞳面上的光程差，用種是出瞳面上的光程差，用OPD fanOPD fan表示。初級(jí)橫向光線像差一般被稱為表示。初級(jí)橫向光線像差一般被稱為 三階的像差，而在出瞳面上，他們對(duì)應(yīng)的三階的像差，而在出瞳面上，他們對(duì)應(yīng)的OPDOPD是四階的像差是四階的像差 精品課件51 Field Curv/Dist plotField Curv/Dist plot Field Curv/DistField Curv/Dist可以用來(lái)分析場(chǎng)曲和畸變。左邊的是場(chǎng)曲，右邊的是畸變。可以用來(lái)分析場(chǎng)曲和畸變。左邊的是場(chǎng)曲，右邊的是畸變。

42、場(chǎng)曲圖的縱坐標(biāo)是視場(chǎng)角，橫坐標(biāo)是像點(diǎn)偏離近軸像面的距離，場(chǎng)曲圖的縱坐標(biāo)是視場(chǎng)角，橫坐標(biāo)是像點(diǎn)偏離近軸像面的距離，T T表示表示 子午場(chǎng)曲，子午場(chǎng)曲，S S表示弧矢場(chǎng)曲。表示弧矢場(chǎng)曲。 畸變圖的縱坐標(biāo)是視場(chǎng)角，橫坐標(biāo)是畸變百分比畸變圖的縱坐標(biāo)是視場(chǎng)角，橫坐標(biāo)是畸變百分比 精品課件52 我們來(lái)看子午場(chǎng)曲。我們來(lái)看子午場(chǎng)曲。 從設(shè)計(jì)圖中可以看到像面是彎曲的表面，而場(chǎng)曲圖中的從設(shè)計(jì)圖中可以看到像面是彎曲的表面，而場(chǎng)曲圖中的T T曲線基本與曲線基本與y y軸軸 重合，表示子午場(chǎng)曲與像面重合，說(shuō)明現(xiàn)在的像面就是子午場(chǎng)曲面，這重合，表示子午場(chǎng)曲與像面重合，說(shuō)明現(xiàn)在的像面就是子午場(chǎng)曲面，這 個(gè)面上，軸外光線的

43、像是弧矢方向的直線。個(gè)面上，軸外光線的像是弧矢方向的直線。 精品課件53 我們來(lái)看弧矢場(chǎng)曲。我們來(lái)看弧矢場(chǎng)曲。 這次場(chǎng)曲圖中的這次場(chǎng)曲圖中的S S曲線基本與曲線基本與y y軸重合，表示弧矢場(chǎng)曲與像面重合，說(shuō)明軸重合，表示弧矢場(chǎng)曲與像面重合，說(shuō)明 現(xiàn)在的像面是弧矢場(chǎng)曲面，這個(gè)面上，軸外光線的像是子午方向的直線?，F(xiàn)在的像面是弧矢場(chǎng)曲面，這個(gè)面上，軸外光線的像是子午方向的直線。 精品課件54 畸變的示意圖：畸變的示意圖： 真實(shí)主光線在像面上的高度真實(shí)主光線在像面上的高度 設(shè)為設(shè)為H，近軸主光線在像面，近軸主光線在像面 上的高度設(shè)為上的高度設(shè)為h，畸變圖中，畸變圖中 縱坐標(biāo)計(jì)算公式：縱坐標(biāo)計(jì)算公式：

44、【(H-h)/h】100% 精品課件55 優(yōu)化優(yōu)化 精品課件56 ZEMAXZEMAX優(yōu)化功能的介紹優(yōu)化功能的介紹 ZEMAX ZEMAX提供的優(yōu)化功能，可以改善那些給定了一個(gè)初始結(jié)構(gòu)、擁有一提供的優(yōu)化功能，可以改善那些給定了一個(gè)初始結(jié)構(gòu)、擁有一 些參數(shù)變量的鏡頭的性能，當(dāng)然，前提是在合理構(gòu)建的評(píng)價(jià)函數(shù)指導(dǎo)之些參數(shù)變量的鏡頭的性能，當(dāng)然，前提是在合理構(gòu)建的評(píng)價(jià)函數(shù)指導(dǎo)之 下。參數(shù)變量可以是表面曲率、厚度、玻璃、二次常數(shù)等。下。參數(shù)變量可以是表面曲率、厚度、玻璃、二次常數(shù)等。ZEMAXZEMAX的評(píng)的評(píng) 價(jià)函數(shù)由一些操作數(shù)組成，這些操作數(shù)都有它的當(dāng)前值、目標(biāo)值和權(quán)重。價(jià)函數(shù)由一些操作數(shù)組成，這些

45、操作數(shù)都有它的當(dāng)前值、目標(biāo)值和權(quán)重。 ZEMAXZEMAX采用阻尼最小二乘法算法能優(yōu)化這個(gè)評(píng)價(jià)函數(shù)，使其最小。采用阻尼最小二乘法算法能優(yōu)化這個(gè)評(píng)價(jià)函數(shù)，使其最小。 所以，優(yōu)化需要三個(gè)必要條件：所以，優(yōu)化需要三個(gè)必要條件：1. 1.通過(guò)透鏡數(shù)據(jù)編輯器構(gòu)建一個(gè)可進(jìn)行光通過(guò)透鏡數(shù)據(jù)編輯器構(gòu)建一個(gè)可進(jìn)行光 線追跡的系統(tǒng)。線追跡的系統(tǒng)。2. 2.在透鏡數(shù)據(jù)編輯器中設(shè)定合適的變量。在透鏡數(shù)據(jù)編輯器中設(shè)定合適的變量。3. 3.構(gòu)建合理的評(píng)構(gòu)建合理的評(píng) 價(jià)函數(shù)，包括指定操作數(shù)、操作數(shù)的目標(biāo)值、權(quán)重以及其他數(shù)據(jù)。價(jià)函數(shù)，包括指定操作數(shù)、操作數(shù)的目標(biāo)值、權(quán)重以及其他數(shù)據(jù)。 ZEMAXZEMAX提供了一些很有用的默

46、認(rèn)的評(píng)價(jià)函數(shù)。它的構(gòu)建我們后面具體提供了一些很有用的默認(rèn)的評(píng)價(jià)函數(shù)。它的構(gòu)建我們后面具體 分析。分析。 ZEMAXZEMAX還提供了全局優(yōu)化的工具還提供了全局優(yōu)化的工具-全局搜索和錘形優(yōu)化。他們的區(qū)別和全局搜索和錘形優(yōu)化。他們的區(qū)別和 用法，后面具體說(shuō)明。用法，后面具體說(shuō)明。 精品課件57 優(yōu)化函數(shù)編輯器優(yōu)化函數(shù)編輯器 優(yōu)化函數(shù)編輯器里編輯你選擇的操作數(shù)，一般有八個(gè)數(shù)據(jù)域需要定義，優(yōu)化函數(shù)編輯器里編輯你選擇的操作數(shù)，一般有八個(gè)數(shù)據(jù)域需要定義，Int1， Int2，Hx，Hy，Px，Py，Target，Weight。不同的操作數(shù)不同的操作數(shù)Int1Int1，Int2Int2的含義的含義 不一樣，

47、不一樣，HxHx，HyHy，PxPx，PyPy是規(guī)一化的視場(chǎng)和入瞳坐標(biāo)，不所有的操作數(shù)都是規(guī)一化的視場(chǎng)和入瞳坐標(biāo)，不所有的操作數(shù)都 需要定義這四個(gè)數(shù)據(jù)域。需要定義這四個(gè)數(shù)據(jù)域。ValueValue是操作數(shù)的當(dāng)前值，是操作數(shù)的當(dāng)前值，TargetTarget是操作數(shù)的目標(biāo)值，是操作數(shù)的目標(biāo)值， WeightWeight是權(quán)重，是權(quán)重，ContribContrib是操作數(shù)在評(píng)價(jià)函數(shù)中的貢獻(xiàn)，如果這個(gè)值偏大，可是操作數(shù)在評(píng)價(jià)函數(shù)中的貢獻(xiàn)，如果這個(gè)值偏大，可 以考慮把這個(gè)操作數(shù)的權(quán)重增加以考慮把這個(gè)操作數(shù)的權(quán)重增加 精品課件58 優(yōu)化函數(shù)的定義和默認(rèn)的優(yōu)化函數(shù)優(yōu)化函數(shù)的定義和默認(rèn)的優(yōu)化函數(shù) 優(yōu)化函數(shù)的

48、定義為：優(yōu)化函數(shù)的定義為： MF表示優(yōu)化函數(shù)，表示優(yōu)化函數(shù)，Wi是操作數(shù)的權(quán)重，是操作數(shù)的權(quán)重，Vi是操作數(shù)的當(dāng)前值，是操作數(shù)的當(dāng)前值，Ti是是 操作數(shù)的目標(biāo)值。操作數(shù)的目標(biāo)值。 通過(guò)優(yōu)化類型，數(shù)據(jù)類型和參考的不同組合可以構(gòu)建不同的默認(rèn)優(yōu)通過(guò)優(yōu)化類型，數(shù)據(jù)類型和參考的不同組合可以構(gòu)建不同的默認(rèn)優(yōu) 化函數(shù)。優(yōu)化類型有化函數(shù)。優(yōu)化類型有RMS和和PVT，數(shù)據(jù)類型有，數(shù)據(jù)類型有wavefront、spot radius等，參考與質(zhì)心、主光線、等，參考與質(zhì)心、主光線、mean三種。三種。 精品課件59 局部最小和全局最小局部最小和全局最小 采用阻尼最小二乘法的優(yōu)化算法是一個(gè)很有效的方法。但是采用阻尼最

49、小二乘法的優(yōu)化算法是一個(gè)很有效的方法。但是在多維在多維 參數(shù)空間中，一個(gè)復(fù)雜的透鏡設(shè)計(jì)幾乎包括了無(wú)限多個(gè)解決方案。參數(shù)空間中，一個(gè)復(fù)雜的透鏡設(shè)計(jì)幾乎包括了無(wú)限多個(gè)解決方案。 阻尼最小二乘法從你的初始結(jié)構(gòu)出發(fā)，可能很快就陷進(jìn)一個(gè)局部的阻尼最小二乘法從你的初始結(jié)構(gòu)出發(fā)，可能很快就陷進(jìn)一個(gè)局部的 評(píng)價(jià)函數(shù)最小的方案，而找不到無(wú)限多個(gè)解決方案中評(píng)價(jià)函數(shù)最小評(píng)價(jià)函數(shù)最小的方案，而找不到無(wú)限多個(gè)解決方案中評(píng)價(jià)函數(shù)最小 的那個(gè)方案。如果這種情況發(fā)生，你所要做的就是進(jìn)行干預(yù)，這些的那個(gè)方案。如果這種情況發(fā)生，你所要做的就是進(jìn)行干預(yù)，這些 干預(yù)小到權(quán)重的變化，大到重新的定義初始結(jié)構(gòu)。干預(yù)小到權(quán)重的變化，大到重新

50、的定義初始結(jié)構(gòu)。 精品課件60 ZEMAXZEMAX的全局優(yōu)化工具的全局優(yōu)化工具 ZEMAX ZEMAX提供兩種獨(dú)立的全局優(yōu)化工具，提供兩種獨(dú)立的全局優(yōu)化工具，global searchglobal search和和hammer optimizationhammer optimization。 它們的用途不同。全局搜索工具的使用是在給出評(píng)價(jià)函數(shù)和初始結(jié)構(gòu)的情它們的用途不同。全局搜索工具的使用是在給出評(píng)價(jià)函數(shù)和初始結(jié)構(gòu)的情 況用它來(lái)尋找一個(gè)新的可能達(dá)到全局最小的初始結(jié)構(gòu)。它不能產(chǎn)生最終的況用它來(lái)尋找一個(gè)新的可能達(dá)到全局最小的初始結(jié)構(gòu)。它不能產(chǎn)生最終的 設(shè)計(jì)方案。而錘型優(yōu)化是在發(fā)現(xiàn)了一個(gè)好的、合理

51、的結(jié)構(gòu)后，用來(lái)尋找最設(shè)計(jì)方案。而錘型優(yōu)化是在發(fā)現(xiàn)了一個(gè)好的、合理的結(jié)構(gòu)后，用來(lái)尋找最 終的設(shè)計(jì)方案。終的設(shè)計(jì)方案。 全局搜索是用來(lái)搜索一個(gè)新的、有前途的初始結(jié)構(gòu)的。它會(huì)產(chǎn)生全局搜索是用來(lái)搜索一個(gè)新的、有前途的初始結(jié)構(gòu)的。它會(huì)產(chǎn)生1010個(gè)結(jié)構(gòu)個(gè)結(jié)構(gòu) 的文件，當(dāng)搜索到新的結(jié)構(gòu)時(shí)，它會(huì)和已經(jīng)保留的的文件，當(dāng)搜索到新的結(jié)構(gòu)時(shí)，它會(huì)和已經(jīng)保留的1010個(gè)結(jié)構(gòu)比較，更好則個(gè)結(jié)構(gòu)比較，更好則 保留。最終會(huì)保留保留。最終會(huì)保留1010個(gè)最好的結(jié)構(gòu)。個(gè)最好的結(jié)構(gòu)。 錘形優(yōu)化使用的時(shí)候除了保留結(jié)構(gòu)變量時(shí)，通常還使用玻璃替換，這樣更錘形優(yōu)化使用的時(shí)候除了保留結(jié)構(gòu)變量時(shí)，通常還使用玻璃替換，這樣更 容易找到比較好的

52、解決方案。容易找到比較好的解決方案。 精品課件61 單透鏡練習(xí) 設(shè)計(jì)一個(gè)焦距100 mm、F/4的單透鏡鏡頭， 材料為BK7 （薄透鏡焦距 ，d 光的n=1.516800），并且使用軸上 (On-Axis)的可見光進(jìn)行分析。 精品課件62 公差分析公差分析 精品課件63 簡(jiǎn)單介紹簡(jiǎn)單介紹 公差分析是完成光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后非常重要的一個(gè)步驟。因?yàn)闆](méi)公差分析是完成光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后非常重要的一個(gè)步驟。因?yàn)闆](méi) 有一個(gè)光學(xué)零件是完美加工或者一個(gè)系統(tǒng)是能完美裝配的，公差有一個(gè)光學(xué)零件是完美加工或者一個(gè)系統(tǒng)是能完美裝配的，公差 分析的意義在于保證設(shè)計(jì)的性能在可接受的前提下，給零件和組分析的意義在于保證設(shè)計(jì)的性

53、能在可接受的前提下，給零件和組 裝分配可加工可裝配的公差，使得紙上的設(shè)計(jì)可以真實(shí)的實(shí)現(xiàn)。裝分配可加工可裝配的公差，使得紙上的設(shè)計(jì)可以真實(shí)的實(shí)現(xiàn)。 ZEMAXZEMAX提供了使用簡(jiǎn)單，但靈活強(qiáng)大的公差分配和分析能力。提供了使用簡(jiǎn)單，但靈活強(qiáng)大的公差分配和分析能力。 ZEMAXZEMAX提供單個(gè)零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)的公差，包括曲率、厚度、位提供單個(gè)零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)的公差，包括曲率、厚度、位 置、傾斜、偏心、折射率、阿貝數(shù)、其他參數(shù)的公差；也支持表置、傾斜、偏心、折射率、阿貝數(shù)、其他參數(shù)的公差；也支持表 面或鏡頭組的偏心、傾斜等的分析面或鏡頭組的偏心、傾斜等的分析 ZEMAXZEMAX分配公差時(shí)，有很多可選

54、擇的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，包括分配公差時(shí)，有很多可選擇的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，包括RMSRMS點(diǎn)半點(diǎn)半 徑、徑、RMSRMS波前差、波前差、MTFMTF曲線、標(biāo)準(zhǔn)誤差、用戶自定義評(píng)價(jià)函數(shù)等曲線、標(biāo)準(zhǔn)誤差、用戶自定義評(píng)價(jià)函數(shù)等 等等 ZEMAXZEMAX提供三種分析方式來(lái)分析公差，包括靈敏度分析、反靈提供三種分析方式來(lái)分析公差，包括靈敏度分析、反靈 敏度分析和敏度分析和monte carlomonte carlo分析。分析。 精品課件64 基本流程基本流程 1. 1.先給鏡頭定義一批適當(dāng)?shù)墓?。默認(rèn)的公差工具是好的起始點(diǎn)。先給鏡頭定義一批適當(dāng)?shù)墓?。默認(rèn)的公差工具是好的起始點(diǎn)。 然后在公差編輯器中定義你需要的其他公差操

55、作數(shù)或是修改已有然后在公差編輯器中定義你需要的其他公差操作數(shù)或是修改已有 的公差操作數(shù)。的公差操作數(shù)。 2. 2.添加補(bǔ)償操作數(shù)，默認(rèn)的補(bǔ)償是后焦距，控制像面的位置。也添加補(bǔ)償操作數(shù)，默認(rèn)的補(bǔ)償是后焦距，控制像面的位置。也 可以定義其他的補(bǔ)償操作數(shù)可以定義其他的補(bǔ)償操作數(shù) 3. 3.選擇合適的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，比如選擇合適的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，比如RMSRMS點(diǎn)大小、點(diǎn)大小、MTFMTF等等 4. 4.選擇分析模式，靈敏度分析或反靈敏度分析，執(zhí)行公差分析選擇分析模式，靈敏度分析或反靈敏度分析，執(zhí)行公差分析 5. 5.根據(jù)分析結(jié)果放松或收緊公差根據(jù)分析結(jié)果放松或收緊公差 6. 6.返回執(zhí)行第返回執(zhí)行第4 4步，直

56、到公差合適，而且評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的變化在你接受步，直到公差合適，而且評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的變化在你接受 的范圍內(nèi)。的范圍內(nèi)。 精品課件65 默認(rèn)的公差分配工默認(rèn)的公差分配工 具具 左邊部分是單個(gè)左邊部分是單個(gè) 表面的公差分表面的公差分 配，右邊是元配，右邊是元 件的公差件的公差 精品課件66 表面傾斜公差的分析表面傾斜公差的分析 表面的偏心和傾斜都會(huì)讓透鏡變得有楔表面的偏心和傾斜都會(huì)讓透鏡變得有楔 角，使得元件的光軸與機(jī)械軸不同心。角，使得元件的光軸與機(jī)械軸不同心。 所以一般不用同時(shí)給表面設(shè)定偏心和傾所以一般不用同時(shí)給表面設(shè)定偏心和傾 斜。而且一個(gè)元件是不是需要給兩個(gè)表斜。而且一個(gè)元件是不是需要給兩個(gè)表 面同時(shí)指

57、定傾斜公差這個(gè)跟元件的基準(zhǔn)面同時(shí)指定傾斜公差這個(gè)跟元件的基準(zhǔn) 軸選擇有關(guān)。而裝配時(shí)，應(yīng)該保證元件軸選擇有關(guān)。而裝配時(shí)，應(yīng)該保證元件 的基準(zhǔn)軸與鏡筒的基軸軸重合，它們的的基準(zhǔn)軸與鏡筒的基軸軸重合，它們的 不重合度就是單個(gè)元件組裝時(shí)的偏心和不重合度就是單個(gè)元件組裝時(shí)的偏心和 傾斜。傾斜。 精品課件67 靈敏度分析靈敏度分析 靈敏度分析常用來(lái)查看哪些公差需要被放松，哪些公差需要收緊。靈敏度分析常用來(lái)查看哪些公差需要被放松，哪些公差需要收緊。 進(jìn)行靈敏度分析時(shí)，會(huì)把每個(gè)公差的最大值或最小值單獨(dú)的帶入系進(jìn)行靈敏度分析時(shí)，會(huì)把每個(gè)公差的最大值或最小值單獨(dú)的帶入系 統(tǒng)，其他的參數(shù)保持不變，這時(shí)計(jì)算出這個(gè)參量

58、變化后你所選定的統(tǒng)，其他的參數(shù)保持不變，這時(shí)計(jì)算出這個(gè)參量變化后你所選定的 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的變化。然后把每個(gè)參數(shù)變化時(shí)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的變化給出來(lái)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的變化。然后把每個(gè)參數(shù)變化時(shí)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的變化給出來(lái)。 讓你看到哪些參數(shù)的公差對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的影響更嚴(yán)重，指導(dǎo)你有意的讓你看到哪些參數(shù)的公差對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的影響更嚴(yán)重，指導(dǎo)你有意的 收緊哪些參數(shù)的公差。收緊哪些參數(shù)的公差。 完成所有參數(shù)單獨(dú)的公差計(jì)算后，完成所有參數(shù)單獨(dú)的公差計(jì)算后，ZEMAXZEMAX還會(huì)給出計(jì)算的統(tǒng)計(jì)變化，還會(huì)給出計(jì)算的統(tǒng)計(jì)變化， 給出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可估計(jì)的變化和相應(yīng)的可估計(jì)結(jié)果。這個(gè)可估計(jì)的變給出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可估計(jì)的變化和相應(yīng)的可估計(jì)結(jié)果。這個(gè)可估計(jì)

59、的變 化的計(jì)算，采用的是化的計(jì)算，采用的是RSSRSS算法?，F(xiàn)在每個(gè)參數(shù)使用正公差時(shí)的評(píng)價(jià)標(biāo)算法?，F(xiàn)在每個(gè)參數(shù)使用正公差時(shí)的評(píng)價(jià)標(biāo) 準(zhǔn)變化平方后加上使用負(fù)公差時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)變化的平方，然后求平均準(zhǔn)變化平方后加上使用負(fù)公差時(shí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)變化的平方，然后求平均 值。然后把所有參數(shù)的這個(gè)平均值加起來(lái)求和，開方。值。然后把所有參數(shù)的這個(gè)平均值加起來(lái)求和，開方。 精品課件68 反靈敏度分析反靈敏度分析 反靈敏度分析有兩種：反靈敏度分析有兩種：limitlimit和和incrementincrement。第一種是根據(jù)你限定的評(píng)價(jià)。第一種是根據(jù)你限定的評(píng)價(jià) 標(biāo)準(zhǔn)所允許的最大值來(lái)計(jì)算每個(gè)參數(shù)的公差范圍，比如你的評(píng)價(jià)標(biāo)

60、標(biāo)準(zhǔn)所允許的最大值來(lái)計(jì)算每個(gè)參數(shù)的公差范圍，比如你的評(píng)價(jià)標(biāo) 準(zhǔn)是優(yōu)化函數(shù)，它現(xiàn)在的值是準(zhǔn)是優(yōu)化函數(shù)，它現(xiàn)在的值是0.50.5，你允許考慮公差時(shí)，它的最差結(jié)，你允許考慮公差時(shí)，它的最差結(jié) 果是果是0.70.7，那么反靈敏分析會(huì)計(jì)算每個(gè)參數(shù)的公差范圍，保證優(yōu)化函，那么反靈敏分析會(huì)計(jì)算每個(gè)參數(shù)的公差范圍，保證優(yōu)化函 數(shù)不會(huì)大于數(shù)不會(huì)大于0.70.7 第一種是根據(jù)你限定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)所允許的最大增量來(lái)計(jì)算每個(gè)參數(shù)第一種是根據(jù)你限定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)所允許的最大增量來(lái)計(jì)算每個(gè)參數(shù) 的公差范圍，比如你的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是優(yōu)化函數(shù)，它現(xiàn)在的值是的公差范圍，比如你的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是優(yōu)化函數(shù)，它現(xiàn)在的值是0.50.5，你，你 允許考慮公