光學(xué)軟件介紹

1、CODE VCODE V 是美國(guó)著名的 Optical Research Associates ( ORA®)公司研制的 具有國(guó)際領(lǐng)先水平的大型光學(xué)工程軟件。自1963年起，該公司屬下數(shù)十名工程技術(shù)人員已在CODE V程序的研制中 投入了 40余年的心血，使其成為世界上分析功能最全、優(yōu)化功能最強(qiáng) 的光學(xué)軟件，為各國(guó)政府及軍方研究部門、著名大學(xué)和各大光學(xué)公司廣泛采用。CODE V :是世界上應(yīng)用的最廣泛 的光學(xué)設(shè)計(jì)和分析軟件 ，近三十多年來(lái)， Code V進(jìn)行了一系列的改進(jìn)和創(chuàng) 新，包括：變焦結(jié)構(gòu)優(yōu)化和分析 ；環(huán)境熱量分析 ；MTF和 RMS波陣面基礎(chǔ)公差分析 ；用戶自定義優(yōu)化 ；干涉和

2、光學(xué)校正 、準(zhǔn)直；非連續(xù)建模 ； 矢量衍射計(jì)算包括了偏振；全球綜合優(yōu)化光學(xué)設(shè)計(jì)方法。CODE V可以分析優(yōu)化各種非對(duì)稱非常規(guī)復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)。這類系統(tǒng)可帶有三維偏心和/或傾斜的元件；各類特殊光學(xué)面如衍射光柵、全息或二元光學(xué)面、復(fù)雜非球面、 以及用戶自己定義的面型；梯度折射率材料和陣列透鏡等等。程序的非順序面光線追跡功 能可以方便地處理屋脊棱鏡、角反射鏡、導(dǎo)光管、光纖、諧振腔等具有特殊光路的元 件；而其多重結(jié)構(gòu)的概念則包括了常規(guī)變焦鏡頭，帶有可換元件、可逆元件的系統(tǒng)，掃描系統(tǒng)和多個(gè)物像共軛的系統(tǒng)。40多年來(lái)，世界各地 的用戶已成功地利用CODE V設(shè)計(jì)研制了大量照相鏡頭、顯微物鏡、光譜儀器、空間光

3、學(xué)系統(tǒng)、激光掃描系統(tǒng)、全息平顯系統(tǒng)、紅外成像系統(tǒng)、紫外光刻系統(tǒng)等等，舉不勝舉。近幾年內(nèi)，CODE V軟件又被廣泛地應(yīng)用于光電子和光通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析。CODE V 用于成像光 學(xué)系統(tǒng)和自由空間光子裝置的優(yōu)化、分析及公差分配。巧妙、易 用的用戶界面，快速進(jìn)行設(shè)計(jì)設(shè)置 智能的默認(rèn)值和創(chuàng)新的算法，從容獲取精確結(jié)果無(wú)與倫比的優(yōu)化和公差分配能力基于衍射的圖像模擬，輕松呈現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)性能 CODE V 含有數(shù)種獨(dú)特、快速的算法，而其它軟件要么不包括這些算法，要么實(shí)施得不夠好。CODE V 的全局優(yōu)化使用了ORA發(fā)明的算法。該算法是唯一一種能夠在復(fù) 雜光學(xué)系統(tǒng)，包括變焦鏡頭上產(chǎn)生有用結(jié)果的商用算法。工程師們

4、可以使用這個(gè)功能生成初始設(shè)計(jì)，或者確認(rèn)最終候選設(shè)計(jì)是否確實(shí)是最好的方案。CODE V 的MTF優(yōu)化算法與使用有限差分算法的同類方案相比，速度更 快且更加精確。CODE V 的玻璃優(yōu)化更是無(wú)出其右，尤其是對(duì)可見光譜帶以外的光譜帶。CODE V 的主要公差功能使用波前差分算法，使得公差成為設(shè)計(jì)過(guò)程的一部分，而不是在設(shè)計(jì) 結(jié)束時(shí)進(jìn)行分析。該算法可以比同類算法快好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，具體取決于系統(tǒng)的復(fù)雜程度。利用這一超凡能力，工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)周期的最早期階段即可確定能得到最佳實(shí)際制造性能的設(shè)計(jì)概念，從而獲得最佳的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。OSLO1 . OSLO 概述OSLO 是 Optics Software for Lay

5、out and Optimization的 縮寫。 OSLO 主要用于照相機(jī)、通訊系統(tǒng)、軍事/空間應(yīng)用、科學(xué)儀器中的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別當(dāng)需要確定光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)元件的最佳大小和外形時(shí)，該軟件能夠體現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。此外，OSLO也用于模擬光學(xué)系統(tǒng)的性能，并且能夠作為一種開發(fā)軟件去開發(fā)其他專用于光學(xué)設(shè)計(jì)、測(cè)試和制造的軟件工具。2 . OSLO 的設(shè)計(jì)能力幾乎任何一個(gè)涉及到光波傳播的光學(xué)系統(tǒng)都可以使用 OSLO進(jìn)行設(shè)計(jì)，以下是一些典型的應(yīng)用示例：常規(guī)鏡頭 Conven ti onal Len ses縮放鏡頭 Zoom Len ses高斯光束 /激光腔 Gaussian Beam/Laser Cavit

6、ies光纖耦合光學(xué) Fiber Coupling Optics照明系統(tǒng) lllumi natio n Systems非連續(xù) 傳播系統(tǒng) Non-Sequential Propagation Systems偏振光學(xué) Polarizati on-Sen sitive Optics高分辨 率成像系統(tǒng) High-Resolution Imaging Systems此外，OSLO還可以設(shè)計(jì)具有梯度折射率表面、非球面、衍射面和光學(xué)全息、透鏡矩陣、干涉測(cè)量?jī)x等光學(xué)系統(tǒng)。OSLO不適于波導(dǎo)設(shè)計(jì)，也不適于眼鏡設(shè)計(jì)。3 . OSLO 的主要特征OSLO 是一個(gè)具有上千條內(nèi)部命令和函數(shù)的 非常大的程序，而且，OSLO

7、的可執(zhí)行模塊能夠被用戶按規(guī)則進(jìn)行修改和重新編譯，因而，其功能非常強(qiáng)大。以下是OSLO的一些總體特征概括：具有透 鏡和材質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)Lens and Material Databases具有特 殊表面數(shù)據(jù) Special Surface Data縮放和 多配置系統(tǒng) Zoom and Multiconfiguration Systems透鏡矩 陣和非連續(xù)組件Arrays and Non-Sequential Groups特殊孔徑 Special Apertures公差和 元件數(shù)據(jù) Toleranee and Element Data偏振和 光學(xué)薄膜 Polarization and Thin Film

8、 Coatings光線追跡 Ray tracing衍射和 部分相干 Diffraction and Partial Cohere nee優(yōu)化方法 Optimizatio n Methods誤差分析 Tolera nee An alysis激光、光纖和高斯光束Lasers, Fibers, and Gaussia n Beams照明系統(tǒng) lllumi natio n An alysis完美透鏡 Perfect Len ses and Eik on als4 . OSLO 與其他軟件的比較盡管大多數(shù)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件具有一定的相似性，但是在功能上和設(shè)計(jì)方法上還是存在很大的差異。OSLO在光學(xué)設(shè)計(jì)的競(jìng)爭(zhēng)”

9、中已經(jīng)成為一個(gè)主流的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件。雖然OSLO 的歷史可以追溯到二十世紀(jì)六十年代早期，但是它在本質(zhì)上是一個(gè)面對(duì)對(duì)管理器/編譯器，在桌面計(jì)算機(jī)上能夠象的windows 程序，具有唯一的內(nèi)置應(yīng)用程序 提供非常高的性能。5 . OSLO 的主要優(yōu)點(diǎn)(1).以設(shè)計(jì)者為導(dǎo)向的設(shè)計(jì)風(fēng)格。 中，計(jì)算機(jī)向設(shè)計(jì)者提供容易理解 選擇最佳的解決方案。OSLO 戶界面盡可能 的直觀。著重交互性的光學(xué)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)這使得設(shè)計(jì)者能夠及時(shí)作出取舍決定，在使用交互性設(shè)計(jì)控制方面是獨(dú)特的，這使得它的用OSLO過(guò)程的反饋信息。?C功能強(qiáng)大并且精確度高。OSLO和公差方法， 高性能非連續(xù)光線追跡和隨機(jī)的 現(xiàn)在桌面計(jì)算機(jī)上使用的嚴(yán)格的

10、光學(xué)設(shè)計(jì)軟件 展。使用先進(jìn)的光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)，包括多重優(yōu)化光源建模與分析。OSLO是第一個(gè)出,并且與其他軟件相比更得到廣闊的發(fā)(2).靈活 性強(qiáng)。 OSLO 能夠在世界范圍內(nèi)是，它很容易根據(jù)用戶需要進(jìn)行定制，并且能夠?qū)⒊绦蚋木嶰SLO使用先進(jìn)的軟件技術(shù)，將Windows 的功能帶進(jìn)技術(shù)計(jì)算領(lǐng)域。事實(shí)上，OSLO提供的 CCL語(yǔ)言相對(duì)于Sun公司的 Java 語(yǔ)言或 Microsoft的Visual Basic成為主導(dǎo)的設(shè)計(jì)工具的一個(gè)主要原因成特殊的需要。這是因?yàn)閆EMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件介紹ZEMAX 是一套綜合性的光學(xué)設(shè)計(jì)仿真軟件，它將實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念、優(yōu)化、分析、公差以及報(bào)表集成在一起。ZE

11、MAX不只是透鏡設(shè)計(jì)軟件而已，更是全功能的光學(xué)設(shè)計(jì)分 析軟件，具有直觀、功能強(qiáng)大、靈活、快速、容易使用等優(yōu)點(diǎn)，與其他軟件不同的是 ZEMAX的CAD轉(zhuǎn)檔程序都是雙向的，如IGES、 STEP、 SAT等格式都可轉(zhuǎn)入及轉(zhuǎn)出。而且ZEMAX 可仿真 Sequential和 Non-Sequential的成像系統(tǒng)和非成像系統(tǒng)，ZEMAX 當(dāng)前有：SE及EE兩種版本。ZEMAX可應(yīng)用的領(lǐng)域及范圍：常規(guī)相機(jī) 鏡頭、數(shù)位相機(jī)鏡頭，觀景窗 等鏡頭設(shè)計(jì)DVD、 VCD讀寫頭投影監(jiān)視器 照明系統(tǒng) 干涉儀LEDLaser D iodeZEMAX功能說(shuō)明：序列性(Sequential )光線追跡大多數(shù)的成像系統(tǒng)都可

12、由一組的光學(xué)表面來(lái)描述，光線按照表面的順序進(jìn)行追跡。如相機(jī)鏡頭、望遠(yuǎn)鏡鏡頭、顯微鏡鏡頭等。ZEMAX擁有很多優(yōu)點(diǎn)，如光線追跡速度快、可以直接優(yōu)化并進(jìn)行公差計(jì)算。ZEMAX中的光學(xué)表面可以是反射面、折射面或繞射面，也可以創(chuàng)建因光學(xué)薄膜造成不同穿透率的光學(xué)面特性；表面之間的介質(zhì)可以是等向性的，如玻璃或空氣，也可以是任意的漸變折射率分布，折射率可以是位置、波長(zhǎng)、溫度或其它特性參數(shù)的函數(shù)。 同時(shí)也支持雙折射材料，其折射率是偏振態(tài)和光線角度的函數(shù)。在ZEMAX中所有描述表面的特性參數(shù)包括形狀、折射、反射、折射率、漸變折射率、溫度系數(shù)、穿透率和繞射階數(shù)都 可以自行定義。非序列性( Non-Sequenti

13、al )光線追跡很多重要的光學(xué)系統(tǒng)不能用Sequential光線追跡的模式描述，例如復(fù)雜的棱鏡、光機(jī)、照明系統(tǒng)、微表面反射鏡、非成像系統(tǒng)或任意形狀的對(duì)象等，此外散射和雜散光也不能用序 列性分析模式。這些系統(tǒng)要求用Non-Sequential模式，光線是以任意的順序打到對(duì)象上，Non-Sequential模式可以對(duì)光線傳播進(jìn)行更細(xì)節(jié)的分析，包括散射光或部分反射光。在進(jìn)行 Non-Sequential追跡時(shí)，用ZEMAX 做的3D固體模型的光學(xué)組件， 可以是任意形狀且支持 散射、繞射、漸變折射率、偏振和薄膜，可用亮度學(xué)和輻射度學(xué)的單位。Sequential 的光源在Seque ntial追跡中，光

14、源由物面上的視場(chǎng)或Bit map擴(kuò)展光源定義。有常規(guī)的點(diǎn)光源，視場(chǎng)點(diǎn)可由角度、物高、實(shí)際像高或近軸像高來(lái)定義；點(diǎn)光源可以用不同權(quán)重定義，還可以 分別指定每個(gè)光源的漸暈，進(jìn)而調(diào)整不同視場(chǎng)的相對(duì)照度或F/ #。ZEMAX也支持像散或橢圓形狀的二極體光源及擴(kuò)展光源，這些光源允許使用者用ASCII碼自行定義的，它類似于Bitmap圖形，或用標(biāo)準(zhǔn)的 Windows BMP或JPG格式而且各個(gè)象素上的光強(qiáng)度可以是不同的。 Non-Sequential 光源可以定義其輸出的照度 （單位為瓦或流明），它可用光源發(fā)出的光線數(shù)控制光源取樣，還可分開控制顯示的光線數(shù)及用于分析的光線數(shù)。它可以同時(shí)使用多個(gè)光源， 它們

15、可以是相干的（需定義相干長(zhǎng)度）或非相干的，也可以是單色的或復(fù)色的。支持的光源有：點(diǎn)光源（uniform, cosine, or Gaussian ）、橢圓面或?qū)嶓w、矩形面或?qū)嶓w、圓柱面或?qū)嶓w、半導(dǎo)體激光或數(shù)組、燈絲、自行定義（可以是任意的）、以Radiant Imaging的Radiant SourceTM 讀取。玻璃、鏡頭和樣板目錄ZEMAX 提供的玻璃包括有 Schott, Hoya, Ohara, Corning,和Sumita （當(dāng)前不包括中國(guó)玻 璃），和紅外材料、塑膠和自然材料（如硅）及雙折射材料。目錄里包括色散、溫度分析、力 度/酸、成本因子和其它數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)都可以看到或是進(jìn)行更

16、改，另外可很方便地增加數(shù)據(jù)。當(dāng)前存放的鏡頭數(shù)據(jù)廠家有：Cohere nt, CVI, Edmu nd In dustrial Optics, Esco, Geltech, JML,LightPath Tech no logies, Linos, Melles Griot, Newport, NSG America, Optics for Research, OptoSigma, Philips, Quantum, Rolyn Optics, Ross Optical, and Spindler 和 Hoyer 等，ZEMAX 支 持自動(dòng)進(jìn)行樣板比對(duì)，使用者還可以自行創(chuàng)建玻璃和樣板庫(kù)或是針對(duì)已有

17、的數(shù)據(jù)庫(kù)中添加數(shù) 據(jù)。優(yōu)化ZEMAX使用最小阻尼二乘法，可使用默認(rèn)或自定義的優(yōu)化函數(shù)，也可同時(shí)對(duì)任意數(shù)量的變量?jī)?yōu)化。在ZEMAX中有20個(gè)默認(rèn)優(yōu)化函數(shù)，包括使光點(diǎn)半徑或波像差的peak-to-valley或RMS最小，可以預(yù)先定義控制目標(biāo)數(shù)，包括像差系數(shù)等。ZEMAX可以優(yōu)化系統(tǒng)中任何參數(shù)， 包括曲率半徑、厚度、玻璃、二次項(xiàng)系數(shù)和非球面系數(shù)、光機(jī)周期、孔徑、波長(zhǎng)、視場(chǎng)等。Non-Sequential的位置和參數(shù)也可以進(jìn)行優(yōu)化。ZEMAX擁有全域優(yōu)化的功能，可以給出一系列滿足目標(biāo)和限制的設(shè)計(jì)，ZEMAX支持2種全域優(yōu)化： search :尋找新的設(shè)計(jì)形式，進(jìn)行優(yōu)化，然后找尋最佳的10個(gè)設(shè)計(jì)形式，

18、直到使用者中斷計(jì)算為止。（2）hammer optimization :完全尋找當(dāng)前設(shè)計(jì)形式中較好的形式，Hammer優(yōu)化用在設(shè)計(jì)的最后階段，以確定最佳可能設(shè)計(jì)形式，此二種算法使用相同的優(yōu)化函數(shù)。公差分析ZEMAX默認(rèn)的公差分析項(xiàng)目包括：曲率半徑、厚度、條紋、位置、傾斜、離軸、局部誤差、折射率、Abbe數(shù)等，還可以自行定義公差，包括非球面系數(shù)、離心/傾斜、solve和參數(shù)公差等。定義的補(bǔ)償器包括：焦距、傾斜、任意組件或表面或組的位置，還可以選擇公差評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，有 RMS spot radius、RMS wavefront error、MTF、 boresight error 或是更復(fù)雜的自定 義

19、標(biāo)準(zhǔn)。Sensitivity分析可 單獨(dú)考慮每個(gè)定義的公差，可將參數(shù)調(diào)整到公差范圍的極限，然后確定每補(bǔ)償器的最佳值，最后可將每個(gè)公差的貢獻(xiàn)列表輸出。In verse Sen sitivity 分析在定義系統(tǒng)最低效能后，in verse sen sitivity分析疊代計(jì)算每個(gè)參數(shù)的公差容限。Monte Carlo 分析Monte Carlo分析非常有用，功能也非常強(qiáng)大，因?yàn)樗瑫r(shí)考慮所有公差的影響。透過(guò)定 義的公差生成一些隨機(jī)系統(tǒng)，取用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)模型，調(diào)整所有的補(bǔ)償器，使每個(gè)參數(shù)隨機(jī)擾 動(dòng)，然后評(píng)估整個(gè)系統(tǒng)性能的影響。變焦和多重結(jié)構(gòu)ZEMAX支持變焦鏡頭分析和設(shè)計(jì)，可設(shè)計(jì)變焦鏡頭、掃描鏡頭、多

20、光路系統(tǒng)、透鏡數(shù)組、 干涉儀、分光鏡等，可對(duì)多重結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，各結(jié)構(gòu)是可有相同或不同的優(yōu)化函數(shù)、變 化和約束條件也可是相同或不同的。物理光學(xué)傳播Physical Optics Propagation （POP）不是用光線追跡而是用繞射計(jì)算的方法計(jì)算光線在光學(xué) 系統(tǒng)中的傳播，并考慮透鏡孔徑的繞射和光束在透鏡之間的傳播情況，它 可用單位面積的能量來(lái)定義光束，輸出包括輻射和相位面的圖形、截面圖、能量分布和光纖耦合，也可計(jì)算不 在光軸上的傾斜光束。溫度分析有些光學(xué)系統(tǒng)用在很廣的溫度范圍或不在常溫下使用時(shí)，需要考慮溫度和壓力的影響。 ZEMAX使用非線性溫度模型，而不是簡(jiǎn)單的dn/dt近似。ZEMA

21、X可以指定或優(yōu)化溫度膨脹系統(tǒng)的透鏡或組件之間的間距，玻璃目錄包括溫度和壓力數(shù)據(jù)，以支持溫度效應(yīng)分析計(jì)算， 可以精確地仿真光學(xué)面的溫度膨脹特性。巨集ZEMAX支持巨集語(yǔ)言，稱為ZPL，其結(jié)構(gòu)有點(diǎn)像 BASIC，也支持函數(shù)調(diào)用、自定義數(shù)組、 數(shù)字和字串、文本和圖形輸出等。針對(duì)更復(fù)雜的分析功能，ZEMAX支持延伸功能程序界面，叫Extensions，可在外部程序的控制下進(jìn)行光線追跡、分析和優(yōu)化，可用C或C+語(yǔ)言編寫。偏振光追跡ZEMAX具有全面的偏振光追跡和分析能力，可以任意定義輸入光線的偏振態(tài)，ZEMAX可考慮穿透、反射、吸收、偏振態(tài)、衰減和延遲。偏振光追跡可要求計(jì)算面和體材料的效應(yīng)， 面效應(yīng)決定

22、于面上的光學(xué)薄膜特性。薄膜模型ZEMAX具有薄膜的建模能力，可定義多層金屬或介電質(zhì)膜。薄膜可以用在介電質(zhì)或金屬 基底上，可以由任意層數(shù)、任意材料組成，每種材料可以由復(fù)折射率定義。擴(kuò)展光源分析在設(shè)計(jì)成像系統(tǒng)時(shí)，點(diǎn)光源能夠精確描述很多方面的成像質(zhì)量，但是擴(kuò)展光源對(duì)觀察畸變（特別是非徑向畸變）很有用，用來(lái)檢查像的方向、分色及定量觀察整個(gè)系統(tǒng)的性能。ZEMAX支持二種擴(kuò)展光源： ASCII格式的光源，是一些簡(jiǎn)單的形狀，如字母、方塊等，也支持彩色 的Windows BMP和JPG格式的光源，它可以對(duì)光源進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)，也可以放在視場(chǎng)中的 任何地方。材料建模ZEMAX中有詳細(xì)的體吸收模型，包括任意波長(zhǎng)、任

23、意厚度的玻璃穿透率，體吸收會(huì)使光 線衰減，衰減的程度決定于光線的光程、材料特性和波長(zhǎng)，所有材料都可以定義吸收或穿透 特性。偏振數(shù)據(jù)ZEMAX可以定義偏振與非偏振入射光束，可在3D空間中追跡電場(chǎng)矢量，包括每個(gè)面的交點(diǎn)處之S和P分量，其偏振分析結(jié)果可以是表格數(shù)據(jù)或圖形數(shù)據(jù)。雙折射材料ZEMAX可仿真雙折射單軸晶體，如方解石。其介質(zhì)的有效折射率是角度 （與面法線及晶軸的夾角）的復(fù)函數(shù)，因此這些材料的光線追跡相當(dāng)復(fù)雜，ZEMAX可全面地以3D處理傳播的光線，可正確計(jì)算任何入射角、任意晶軸方向的任何偏振態(tài)之相位，也可考慮偏振穿透率，另 外o光和e光的路徑也可計(jì)算， 其中還包含雙折射材料庫(kù)，任何色散的新材

24、料都可以自定義。有關(guān)鏡頭設(shè)計(jì)的參考書作者書名出版社BassHan dbook of OpticsMcGraw-HillBom & WolfPrin ciples of OpticsPergam on PressHechtOpticsAddis on WesleyKin gslakeLens Desig n Fun dame ntalsAcademic PressLaiki nLens Design , Second EditionMarcel DekkerMahaja nAberrati on Theory Mdae SimpleSPIE Optical Engineering PressO

25、SheaEleme nts of Moder n Optical Desig nJoh n Wiley and SonsRutte n and van VenrooijTelescope OpticsWillma nn-BellSmithModer n Optical Engin eeri ngMcGraw-HillSmithModer n Lens Desig nMcGraw-HillWelfordAberrati ons of Optical SystemsAdam Hilger LtdWelfordUseful OpticsUni versity of Chicago PressOSLC

26、與ZEMAX勺比較Oslo是光學(xué)設(shè)計(jì)的專業(yè)軟件，比 ZEMAX要好很多，業(yè)界一般這樣排列的，頂級(jí)CODE V然后OSLO然后ZEMAX。如果只是想學(xué)習(xí) OSLO的話，可以下載LT版的，可以設(shè)計(jì)十個(gè)面，對(duì)于一般的鏡頭設(shè)計(jì)足 夠了?？梢試L試把 OSLO優(yōu)化出的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到 CODE V里邊，CODE V的建模比OSLO好一些！OSLO是一套處理光學(xué)系統(tǒng)的布局和優(yōu)化的代表性光學(xué)設(shè)計(jì)軟件。最主要的，它是用來(lái)決定光學(xué)系統(tǒng)中最佳的組件大小和外型，例如照相機(jī)、客戶產(chǎn)品、通訊系統(tǒng)、軍事/外太空應(yīng)用以及科學(xué)儀器等。除此之外，它也常用于仿真光學(xué)系統(tǒng)性能以及發(fā)展出一套對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)、 測(cè)試和制造的專門軟件工具。OSLO的

27、應(yīng)用范圍與領(lǐng)域：照相機(jī)/高解析成像系統(tǒng)常規(guī)鏡頭/變焦鏡頭/透鏡數(shù)組高斯光束/激光腔 光纖耦合光學(xué)非序列傳播系統(tǒng)感光偏振光學(xué)漸變式折射率表面 /非球面/繞射表面 干涉變形光學(xué)檢測(cè)儀器天文望遠(yuǎn)鏡通信系統(tǒng)、軍事、太空運(yùn)用 精密醫(yī)學(xué)設(shè)備：胃鏡、內(nèi)視鏡OSLO功能說(shuō)明：以設(shè)計(jì)者為導(dǎo)向的設(shè)計(jì)OSLO強(qiáng)調(diào)相互應(yīng)用的光學(xué)設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)計(jì)者提供一個(gè)令人簡(jiǎn)易了解的返回消息，這允許設(shè)計(jì)者對(duì)于做一個(gè)關(guān)鍵性的應(yīng)用，提供了較好的解釋，OSLO在交互設(shè)計(jì)控制的使用上是獨(dú)一無(wú)二的，它的使用者界面越做越好。提供能力及準(zhǔn)確性O(shè)SLO使用高級(jí)的設(shè)計(jì)技術(shù)，包括多樣的最佳化及公差分析方法，高實(shí)行的非序列描光和推測(cè)來(lái)源模型的制造和分析

28、。OSLO是第一套在桌上型計(jì)算機(jī)上使用的嚴(yán)謹(jǐn)光學(xué)設(shè)計(jì)程序，然而它已經(jīng)廣泛的被發(fā)展超過(guò)其他軟件。適應(yīng)性一個(gè)最初的理由 OSLO變成導(dǎo)致在這世界的設(shè)計(jì)者選擇這個(gè)工具是由于它容易簡(jiǎn)單去定 做和適合程序的特性需要。OSLO利用高級(jí)軟件的技術(shù)帶領(lǐng)窗口進(jìn)入技術(shù)演算能力范圍內(nèi)。事實(shí)上，OSLO 提供 CCL語(yǔ)言在應(yīng)用上可比較 Suns Java 或 Microsofts Visual Basic 軟 件超過(guò)簡(jiǎn)易微軟語(yǔ)言支持其他光學(xué)設(shè)計(jì)軟件。OSLO的特色OSLO是一套包含有幾百個(gè)內(nèi)建指令和功能的強(qiáng)大軟件，OSLO模塊常因使用者做更新和修補(bǔ)，這里不可能將所有OSLO軟件可以做的功能全部詳細(xì)編列出來(lái)，以下提供一

29、般OSLO特色的概觀，但這并不是完全詳盡的目錄。透鏡和材質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù) 特殊表面信息 變焦和多結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 數(shù)組和非序列群 特殊孔徑 公差和組件信息 極化和薄膜鍍膜 光線追跡 繞射和非同調(diào) 優(yōu)化方法 公差分析 激光、光纖和高斯光束 照明分析完美透鏡和 Eiko nals光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（Zemax初學(xué)手冊(cè)）作者：veryce 提交日期：2005-07-02 10:46（第一版，2005年5月22 日）內(nèi)容綱目：前言習(xí)作一：?jiǎn)午R片(Singlet)習(xí)作二：雙鏡片習(xí)作三：牛頓望遠(yuǎn)鏡習(xí)作四：Schmidt-Cassegrain和 aspheric corrector習(xí)作五：multi-configuration

30、laser beam expander習(xí)作六：fold mirrors 禾口 coord in ate breaks習(xí)作七：使用 Extra Date Editor, Optimizati on with Binary Surfaces、/. 、亠 刖言整個(gè)中華衛(wèi)星二號(hào)紅色精靈科學(xué)酬載計(jì)畫，其量測(cè)儀器基本上是個(gè)光學(xué)儀器。所以光學(xué) 系統(tǒng)的分析乃 至於設(shè)計(jì)與測(cè)試是整個(gè)酬載發(fā)展里要一環(huán)。這份初學(xué)手冊(cè)提供初學(xué)者使用軟體作光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)練習(xí)，整個(gè)需要Zemax光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟體。它基本上是Zemax使用手冊(cè)中tutorial的中文翻譯，由蔡長(zhǎng)青同學(xué)完成，并在Zemax E. E. 7.0上測(cè)試過(guò)。由於蔡長(zhǎng)青

31、同學(xué)不在參與紅色精靈計(jì)畫，所以改由黃曉龍同學(xué)接手 進(jìn)行校稿與獨(dú)立檢驗(yàn)，整個(gè)內(nèi)容已在Zemax E. E. 8.0版上測(cè)試過(guò)。我們希望藉此初學(xué)手冊(cè)（共有七個(gè)習(xí)作）與后續(xù)更多的習(xí)作與文件，使團(tuán)隊(duì)成員對(duì)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有進(jìn)一步的掌握。（陳志隆注）（回內(nèi)容綱目）習(xí)作一：?jiǎn)午R片（Singlet）你將學(xué)到：?jiǎn)⒂?Zemax，如何鍵入 wavelength ， lens data，產(chǎn)生 ray fan , OPD， spot diagrams，定義thickness solve 以及variables，執(zhí)行簡(jiǎn)單光學(xué)設(shè)計(jì)最佳化。設(shè)想你要設(shè)計(jì)一個(gè) F/4單鏡片在光軸上使用，其focal length 為100mm，

32、在可見光譜下，用BK7鏡片來(lái)作。首先叫出 ZEMAX的lens data editor(LDE)，什麼是 LDE呢？它是你要的工作場(chǎng)所， 譬如你決定要用何種鏡片，幾個(gè)鏡片，鏡片的 radius , thickness，大小，位置 等。然后選取你要的光，在主選單system下，圈出wavelengths，依喜好鍵入你要的波長(zhǎng)，同時(shí)可選用不同的波長(zhǎng)等。現(xiàn)在在第一列鍵入0.486，以micro ns為單位，此為氫原子的F-li ne光譜。在第二、三列鍵入 0.587及0.656，然后在 primary wavelength 上點(diǎn)在0.486的位置， primary wavelength主要是用來(lái)計(jì)算

33、光學(xué)系統(tǒng)在近軸光學(xué)近似(paraxial optics ，即first-orderoptics)下的幾個(gè)主要參數(shù)，女口focal length , magnification , pupil sizes 等。再來(lái)我們要決定透鏡的孔徑有多大。既然指定要F/4的透鏡，所謂的 F/#是什麼呢？ F/#就是光由無(wú)限遠(yuǎn)入射所形成的effective focal length F 跟paraxial entrance pupil的直徑的比值。所以現(xiàn)在我們需要的aperture 就是100/4=25(mm)。於是從system menu 上選generaldata , 在 aper value 上鍵入 25

34、 ,而 aperture type 被 default 為 Entrance Pupil diameter 。也 就是說(shuō)，entrance pupil 的大小就是 aperture 的大小。回到LDE ,可以看到3個(gè)不同的surface ,依序?yàn)镺BJ, STO及IMA。OBJ就是發(fā)光物， 即光源，STO即aperture stop的意思，STO不一定就是光照過(guò)來(lái)所遇到的第一個(gè)透鏡，你在設(shè)計(jì)一組光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，STO可選在任一透鏡上，通常第一面鏡就是STO，若不是如此，則可在STO這一欄上按滑鼠，可前后加入你要的鏡片，於是STO就不是落在第一個(gè)透鏡上了。而IMA就是imagine plane，即成

35、像平面。回到我們的singlet，我們需要4個(gè)面(surface),於是在STO欄上，選取insert cifter ,就在STO后面再插入一個(gè)鏡片，編號(hào)為2,通常OBJ為0, STO為1，而IMA為3。再來(lái)如何輸入鏡片的材質(zhì)為 BK7。在STO列中的glass欄上，直接打上 BK7即可。又 孔徑的大小為25mm，則第一面鏡合理的 thickness為4，也是直接鍵入。再來(lái)決定第 1及第 2面鏡的曲率半徑，在此分別選為 100及-100，凡是圓心在鏡面之右邊為正值，反之為負(fù)值。而再令第2面鏡的thickness為100?，F(xiàn)在你的輸入資料已大致完畢。你怎麼檢驗(yàn)?zāi)愕脑O(shè)計(jì)是否達(dá)到要求呢？選analy

36、sis中的 fans，其中的 Ray Aberrati on，將會(huì)把 tran sverse 的 ray aberrati on 對(duì) pupil coord in ate 作圖。其中ray aberration 是以chief ray為參考點(diǎn)計(jì)算的?？v軸為EY的，即是在Y方個(gè)的 aberration ，稱作 tangential 或者 YZ plane。同理 X 方向的 aberration 稱為 XZ plane 或 sagittal 。Zemax主要的目的，就是幫我們矯正defocus，用solves就可以解決這些問(wèn)題。solves是一些函數(shù)，它的輸入變數(shù)為curvatures ,thic

37、kness , glasses , semi-diameters , conics,以及相關(guān)的 parameters 等。parameters是用來(lái)描述或補(bǔ)足輸入變數(shù)solves的型式。女口curvature 的型式有 chief rayangle , pickup, Marginal ray normal ,chief ray normal ,Aplanatic , Element power , concentric with surface 等。而描述 chiefray angle solves 的parameter 即為 angle ,而補(bǔ)足 pick up solves 的 para

38、meters 為 surface , scale factor 兩項(xiàng)， 所以parameters 本身不是 solves，要調(diào)整的變數(shù)才是solves的對(duì)象。在 surface 2欄中的 thickness 項(xiàng)上點(diǎn)兩下，把 solve type 從 fixed 變成 Marginal Ray height ,然后OK。這項(xiàng)調(diào)整會(huì)把在透鏡邊緣的光在光軸上的height為0,即paraxial focus 。再次update ray fan ,你可發(fā)現(xiàn) defocus已經(jīng)不見了。但這是最佳化設(shè)計(jì)嗎？再次調(diào)整 surface 1 的 radius 項(xiàng)從 fixed 變成 variable，依次把 s

39、urface 2 的 radius，及放棄原先的 surface 2 中 thickness 的 Marginal Ray height 也變成 variable。再來(lái)我們定義一個(gè)Merit function ,什麼是Merit function呢？ Merit function就是把你理想的光學(xué)要求規(guī)格定為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（如此例中focal length 為100mm），然后Zemax會(huì)連續(xù)調(diào)整你輸入 solves中的各種 variable,把 計(jì)算得的值與你訂的標(biāo)準(zhǔn)相減就是Merit function值，所以Merit function值愈小愈好，挑出最小值時(shí)即完成 variable設(shè)定，理想的

40、 Merit function 值為0?，F(xiàn)在談?wù)勅绾卧O(shè) Merit function ，Zemax已經(jīng)default 一個(gè)內(nèi)建的 merit function，它 的功能是把 RMS wavefront error減至最低，所以先在 editors中選 Merit function，進(jìn)入其中的 Tools，再按 Default Merit Function鍵，再按 ok，即我們選用 default Merit function，這還不夠，我們還要規(guī)定給merit function 一個(gè)focal length為100的限制，因?yàn)槿舨唤o此限制則Zemax會(huì)發(fā)現(xiàn)focal length 為時(shí)，wa

41、vefront aberration的效果會(huì)最好，當(dāng)然就違反我們的設(shè)計(jì)要求。所以在Meritfunction editor第1列中往后插入一列，即顯示出第2列，代表surface 2，在此列中的type項(xiàng)上鍵入 EFFL（effective focal length），同列中的target項(xiàng)鍵入100，weight項(xiàng)中定為1。跳 出 Merit function editor ，在 Tools 中選 optimization 項(xiàng)，按 Automatic 鍵，完畢后跳出來(lái)， 此時(shí)你已完成設(shè)計(jì)最佳化。重新檢驗(yàn)ray fan，這時(shí)maximum aberration 已降至200 micro ns

42、。其他檢驗(yàn) optical performanee還可以用 Spot Diagrams 及 OPD 等。從 Analysis 中選 spotdiagram 中的 sta ndard，則該 spot 大約為 400 microns 上下左右交錯(cuò)，與 Airy diffract ion disk 比較而言，后者大約為6 micro ns交錯(cuò)。而 OPD 為 optical path difference（ 跟 chief ray 作比較），亦從 Analysis 中挑選，從 Fans 中的 Optical Path，發(fā)現(xiàn)其中的 aberration 大約為 20 waves，大都 focus，并且

43、 spherical ， spherochromatism 及 axial color 。 Zemax 另夕卜 提供 個(gè) 決定 first order chromatic abberatio n 的工具，即 the chromatic focal shift plot ，這是把各種光波的 back focal le ngth 跟在 paraxial上用 primary wavelength計(jì)算出first order 的focal length 之間的差異對(duì)輸出光波的 wavelength 作圖，圖中可指出各光波在paraxial focus 上的variation。從 Analysis中 M

44、iscellaneous 項(xiàng)的 Chromatic Focal Shift即可叫出。（回內(nèi)容綱目）習(xí)作二：雙鏡片你將學(xué)至U： 畫出 layouts 禾口 field curvature plots, 定義 edge thickness solves, field angles 等。一個(gè)雙鏡片是由兩片玻璃組成，通常黏在一起，所以他們有相同的 curvature。藉著不同玻璃的 dispersion 性質(zhì)，the chromatic aberration 可以矯正到first order所以剩下的chromatic aberration主要的貢獻(xiàn)為 second order ，於是我們可以期待在看

45、 chromatic focalshift plot圖時(shí)，應(yīng)該呈現(xiàn)出parabolic curve 的曲線而非一條直線，此乃seco nd order effect的結(jié)果（當(dāng)然其中variation的scale跟first order比起來(lái)必然小很多，應(yīng)該下降一個(gè)order ）。跟習(xí)作一一樣，我們?nèi)匀灰O(shè)計(jì)一個(gè)在光軸上成像，focal length為100mm的光學(xué)系統(tǒng)，只不過(guò)這次我們用兩塊玻璃來(lái)設(shè)計(jì)。選用BK7和SF1兩種鏡片，wavelength和aperture如同習(xí)作一所設(shè)，既然是 doublet , 你只要在習(xí)作一的 LDE上再加入一面鏡片即可。所以叫出習(xí)作一的LDE，在STO后再插

46、入一個(gè)鏡片，標(biāo)示為2，或者你也可以在 STO前在插入一面鏡片標(biāo)示為1，然后在該鏡片上的surface type上用滑鼠按一下，然后選擇Make Surface Stop ,則此地一面鏡就變成STO的位置。在第一、第二面鏡片上的Glass項(xiàng)目鍵入BK7即SF1，因?yàn)樵贐K7和SF1之間并沒有空隙，所以此 doublet為相黏的二鏡片，如果有空隙則需5面鏡因?yàn)樵贐K7和SF1間需插入另一鏡片TraceProTracePro是一套普遍用于照明系統(tǒng)、光學(xué)分析、輻射度分析及光度分析的光線模擬軟體。它 是第一套以 ACIS solid model ing kernel 為基本的光學(xué)軟體。第一套結(jié)合真實(shí)固體

47、模型、強(qiáng)大光學(xué)分析功能、資料轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)及易上手的使用介面的模擬軟體。TracePro可利用在顯示器產(chǎn)業(yè)上，它能模仿所有類型的顯示系統(tǒng)，從背光系統(tǒng)，到前光、光管、光纖、顯示面板和 LCD投影系統(tǒng)。比起傳統(tǒng) 的原形方法， TracePro在建立顯示系 統(tǒng)的原型時(shí)，在時(shí)間上和成本上 要降低30 50%。應(yīng)用領(lǐng)域包括：照明、導(dǎo)光管、背光模組、薄 膜光學(xué)、光機(jī)設(shè) 計(jì)、投影系統(tǒng)、雜 散光、雷射邦浦常建立的 模型：照明系統(tǒng) 、燈具及固定照明、汽車照明系統(tǒng)（前頭燈、尾燈、內(nèi)部及儀表照明）、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)系統(tǒng)、紅外線成像系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)、光譜儀、導(dǎo)光管、積光球、投影系統(tǒng)、背光板。TracePro作為下一代偏離光線

48、分析軟件，需要對(duì)光線進(jìn)行有效和準(zhǔn)確地分析。為了達(dá)到這些目標(biāo)，TracePro具備以下這些功能：處理復(fù)雜幾何的能力，以定義和跟蹤數(shù)百萬(wàn)條 光線；圖形顯示、可視化操作以及提供3D實(shí)體模型的數(shù)據(jù)庫(kù)；導(dǎo)入和導(dǎo)出主流CAD軟件和鏡頭設(shè)計(jì)軟件的數(shù)據(jù)格式。在使用上，TracePro使用十分簡(jiǎn)單，即使是新手也可以很快學(xué)會(huì)。TracePro使用上只要分 5步：1、建立幾何模型；2、設(shè)置光學(xué)材質(zhì)；3、定義光源參數(shù)；4、進(jìn)行光線追跡；5、分析模擬結(jié)果。CODE V 9.50光學(xué)設(shè)計(jì)和分析軟件分享交流光學(xué)軟件：ODS Inc 產(chǎn)品：LensVIEW 2001-ISO 1CD（世界著名的光學(xué)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù) ）OPTIS產(chǎn)品

49、：Optis.OptisWorks.Studio.v2008 1CD（光學(xué)設(shè)計(jì)）Optis.OptisWorks.Studio.v2007.SP0.1-ISO 1DVD（光學(xué)設(shè)計(jì)）Optical Research Associates 產(chǎn)品:CODE V 9.50 1CD（簡(jiǎn)體中文漢化版，世界上應(yīng)用的最廣泛的光學(xué)設(shè)計(jì)和分析軟件，包括： 變焦結(jié)構(gòu)優(yōu)化和分析；環(huán)境熱量分析；MTF和RMS波陣面基礎(chǔ)公差分析；用戶自定義優(yōu)化；干涉和光學(xué)校正、準(zhǔn)直；非連續(xù)建模；矢量衍射計(jì)算包括了偏振；全球綜合優(yōu)化光學(xué)設(shè)計(jì)方法）CODE V英文使用說(shuō)明書（總計(jì)112MB）Focus.Software 產(chǎn)品:ZEMAX.v

50、2008.11.10 1CD（專業(yè)光學(xué) CAD軟件，解密，好用的版本）Zemax玻璃庫(kù)Zemax用中國(guó)玻璃庫(kù)Zemax中文手冊(cè)BREAULT產(chǎn)品:ASAP v8.0-ISO 1CD（光學(xué)分析設(shè)計(jì)軟件合集完全版，包括用戶手冊(cè)、使用實(shí)例，解密完全）ASAP正版光源庫(kù)1CDASAP v8.0中文入門指南ReflectorCAD 1.5 1CD（中文漢化,ASAP的配套軟件，專門用于車燈 燈罩設(shè)計(jì)）FDTD Solutio ns v2.2 1CDFRED v7.0.0 1CDMode Solutio ns v1.0 1CDAutoQuant 產(chǎn)品：AutoDeblur.a nd.AutoVisuali

51、ze.Gold.v9.3.41CD（兩款處理觀察顯微圖片工具，AutoDeblur（自動(dòng)清晰）可以糾正由于光折射引起顯微圖片模糊，重現(xiàn)細(xì)節(jié)。AutoVisualize （自動(dòng)顯現(xiàn)）這是個(gè) 3D觀察工具）Lighting.Technologies產(chǎn)品：PhotoPIA.v2.0.0.10-ISO 1CD（快速且精確的光度分析程序）Optiwave 產(chǎn)品：Optiwave.OptiBPM.v9.O 1CD（波導(dǎo)光學(xué)模擬軟件）Optiwave.OptiSystem.v7.O 1CD（光通信仿真軟件）Optiwave.OptiGrati ng.v4.2 1CD（針對(duì)以光柵原理設(shè)計(jì)之光學(xué)元件進(jìn)行設(shè)計(jì)，目

52、前有許多的通訊及感應(yīng)裝置都是根據(jù)光柵原理所制造）Optiwave.OptiFiber.v2.O 1CD（包含了“光纖模態(tài)解析”、“光纖射散模型”、“材料損失”、“極化模態(tài)射散”（PMD）等運(yùn)算工具）Optiwave.OptiFDTD.v8.O 1CD（時(shí)域光子學(xué)仿真軟件，用來(lái)模擬先進(jìn)的被動(dòng)元件和非線性光電元件）OptiFDTD用戶文檔OPT 2005 1CD （光學(xué)加工通用軟件）客服專用QQ: 16264558用我們的誠(chéng)信打造專業(yè)服務(wù)客服專用QQ: 16264558用我們的誠(chéng)信打造專業(yè)服務(wù)MSN jzt_soft客服郵件（Email）: 16264558 jzt_soft更多的軟件請(qǐng)登陸：列表

53、中的各類軟件基本都經(jīng)過(guò)安裝測(cè)試，可以放心使用。如有需要，可以和我們聯(lián)系。來(lái)信最好不要用sohu、163的信箱，經(jīng)常會(huì)收不到我們的回信請(qǐng)按Clrt+F查找，輸入軟件關(guān)鍵字查詢（不要輸入版本號(hào)）LAMBDARE產(chǎn)品：TracePro v4.16-ISO 1CD（最新中、英文版；光學(xué)機(jī)構(gòu)仿真軟件，普遍用于照明系統(tǒng)、光學(xué)分析、輻射分析及光度分析的光線仿真）TracePro.source.光源燈泡庫(kù) 1CDTracepro 3.24 入門與進(jìn)階（中文版）TracePro Capabilities and ExamplesTracepro Users Manual Rel 3.0（英文版，用戶手冊(cè)）Tracepro 中LED光源模型建立（英文）TracePro照明系