Zemax軟件設(shè)計(jì)教程PPT課件

1、ZEMAXZEMAX光學(xué)軟件課程光學(xué)軟件課程12021/3/9ZEMAXZEMAX簡介簡介22021/3/9 ZEMAX ZEMAX是一個(gè)使用光線追跡的方法來模擬折射、反射、衍射、偏是一個(gè)使用光線追跡的方法來模擬折射、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)分配合適

2、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。32021/3/9ZEMAXZEMAX應(yīng)用應(yīng)用ZEMAXZEMAX可以用于相機(jī)鏡頭、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、可

3、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42021/3/9ZEMAXZEMAX軟件和使用手冊都不會(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？作者書名袁旭滄/張以謨

4、光學(xué)設(shè)計(jì)/應(yīng)用光學(xué)Joseph M. GearyIntroduction to lens design: with practical ZEMAX exampleGregory HallockPractical Computer-Aided Lens DesignR. E. FischerOptical system designSmith，WarrenModern Lens DesignLaikinLens Design52021/3/9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)和大多數(shù)的成像系統(tǒng)應(yīng)用于傳統(tǒng)的鏡頭設(shè)計(jì)

5、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。光線沿任何物理上有效的路徑傳輸* *這種模式下非序列元

6、件不使用這種模式下非序列元件不使用“ports”ports”62021/3/9Completely sequential 以光學(xué)面（以光學(xué)面（surfacesurface）為對(duì)象來構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)模型；）為對(duì)象來構(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，計(jì)算速度快； 可可進(jìn)行進(jìn)行analysi

7、s,analysis,OptimizationOptimization及及ToleraToleran nc cinging72021/3/982021/3/9ZEMAXZEMAX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) Dialog boxesDialog

8、 boxes 編輯和回顧其他窗口或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，或者用來報(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)，或者用來報(bào)告錯(cuò)誤信息和其他的一些 目的。目的。92021/3/9ZEMAXZEMAX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（Analysis）：不能改變鏡頭數(shù)據(jù)，只是從給定

9、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)行宏語言程序等。括優(yōu)化計(jì)算、公差、套樣板、執(zhí)行宏語言程序等。（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。）：用文本方式記錄鏡頭設(shè)計(jì)結(jié)果。（7）宏指令菜單（）宏指令菜單（Ma

10、cros）：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。102021/3/9文件菜單（文件菜單（FileFile）112021/3/9EditorsEditorsZEMAXZEMAX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 Data EditorLens Data Edi

11、tor 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多結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義參數(shù)變化表 Tolerance Dat

12、a 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 2Non-Sequential Components EditorNon-Sequential Components Editor 在這里定義光源、光學(xué)對(duì)象、探測器在這里定義光源、光學(xué)對(duì)象、探測器122021/3/9132021/3/9EditorsEd

13、itors1. 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 Data）確定光闌面（Defining the Stop Sur

14、face）、142021/3/99. 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）EditorsEditors152021/3/9Graphic and Text windowsGraphic and Text windowsZEMAXZEMAX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

15、。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本），有些功能既有圖形窗口也有文本窗口（如窗口（如Ray FanRay Fan，OPD FanOPD Fan，Spot DiagramSp

16、ot 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”162021/3/9172021/3/9用來編輯其他窗口或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，比如用來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 boxes182021/3/9序列模式序列模式192021/3/9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：這種模式下的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真可按照下列步驟

17、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)過程中，第設(shè)計(jì)過程中，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)

18、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)過程。步重復(fù)整個(gè)過程。202021/3/9數(shù)據(jù)編輯器數(shù)據(jù)編輯器212021/3/9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)置孔徑類型、孔徑大小、透鏡長度單位、玻璃庫等通常需要設(shè)置孔徑類型、孔徑大小、透鏡長度單位

19、、玻璃庫等Field Data (Fie)Field Data (Fie)- -選定視場角的類型，設(shè)置視場角大小選定視場角的類型，設(shè)置視場角大小Wavelength Data (Wav)Wavelength Data (Wav)- -入射需要用到的波長，以及權(quán)重，設(shè)定哪個(gè)波長是參考波長入射需要用到的波長，以及權(quán)重，設(shè)定哪個(gè)波長是參考波長222021/3/9GenGenApertureAperture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 F/#-Image space F/#-無限物距時(shí)，象空間的近軸無限物距時(shí)，象空間的近

20、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/#-無限遠(yuǎn)或有限遠(yuǎn)物距時(shí)，象空間的近軸工作無限遠(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232021/3/9容

21、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

22、光軸的夾角是實(shí)際邊緣光線與光軸的夾角242021/3/9Working F/#=1/2sin(5.76436)=4.97822391Working F/#=1/2sin(5.76436)=4.97822391Paraxial Working F/#=1/2tan(arccos(0.9950372)=5.00000496Paraxial Working F/#=1/2tan(arccos(0.9950372)=5.00000496252021/3/9FieFieZEMAXZEMAX支持支持4 4種不同視場形式：種不同視場形式：Field angle: XZField angle: XZ和和YZY

23、Z平面上主光線與平面上主光線與Z Z軸的夾角。常用于無限共軛系統(tǒng)。軸的夾角。常用于無限共軛系統(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 height: 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

24、。用于需要固定像幅的設(shè)計(jì)中（如camera camera lenseslenses）。）。VDX,VDY,VCVDX,VDY,VCX,VCY,VANX,VCY,VAN是用來設(shè)置漸是用來設(shè)置漸暈因子的暈因子的262021/3/9WavWavZEMAXZEMAX最多允許定義最多允許定義1212個(gè)波長，必須指定參考波長，可以根據(jù)不同波個(gè)波長，必須指定參考波長，可以根據(jù)不同波長的重要性，設(shè)定不同的權(quán)重。長的重要性，設(shè)定不同的權(quán)重。波長的單位為微米。波長的單位為微米。Select-Select-功能可以選擇多種默認(rèn)的波長功能可以選擇多種默認(rèn)的波長272021/3/9Lens Data EditorLen

25、s 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)282021/3/9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：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

26、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+y292021/3/9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)定視場和工作波長。目的：練習(xí)如何建立初始結(jié)構(gòu)、設(shè)定視場和工作波長。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 4mmmm 視場視場0,70,7，1010度度 波長：可見光波長：可見光 玻璃材料：玻璃材料：BK7BK7302021/3/9練習(xí)：在

27、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。視場角設(shè)定的雙高斯鏡頭。視場角設(shè)定0 0度、度、1010度、度、1414度，采用波長度，采用波長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，infinityinfinity，22.2722.27，infinityinfinity，-25.68-25.68，infinityinfinit

28、y，-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：8.758.75，0.50.5，1414，3.783.78，14.2514.25，12.4212.42，3.783.78，10.8310.83，0.50.5，6.856.85，5757312021/3/9Surface TypeSurface Type1. 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

29、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法規(guī)定，用戶只需要按照它的語法規(guī)定，用用C+C+語言編寫語言編寫DLLDLL文件與文件與ZEMAXZEMAX相連接就可以建立自己相連接就可以建立自己需要的面形。需要的面形。322021/3/9常用的分析診斷工具常用的分析診斷工具332021/3/9外形圖外形圖1. 1. 二維外形圖（二

30、維外形圖（2D Layout2D Layout）342021/3/9外形圖外形圖2. 2. 三維外形圖（三維外形圖（3D Layout3D Layout）352021/3/93. 3. 陰影圖（陰影圖（Shaded ModelShaded Model）外形圖外形圖362021/3/94. 4. 元件圖（元件圖（ZEMAX Element DrawingZEMAX Element Drawing）外形圖外形圖372021/3/9Ray fan plotRay fan 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

31、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？382021/3/9 歸一化的物、入瞳坐標(biāo)。通過入瞳某一坐標(biāo)歸一化的物、入瞳坐標(biāo)。通過入瞳某一坐標(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)，分別建為縱坐標(biāo)，分別建立坐標(biāo)系，把通過入瞳的光線都在坐標(biāo)系里描點(diǎn)就得到了光線扇面圖立坐標(biāo)系，把通過入瞳的光線都在坐標(biāo)系里描點(diǎn)就得到了光線扇面圖392021/3/9402021/3/9離焦、球差、彗差、象散的離焦、球差、彗差、象散的ray fan pl

32、otray 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412021/3/9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，沒有離焦。曲線整體上來說斜率為負(fù)，表示球差欠校近軸像面，沒有離焦。曲線整體上來說斜率為負(fù)，表示球差欠校正。正。422021/3/9球差和離焦

33、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)過一個(gè)拐點(diǎn)向下的一段曲線說明還有欠校正軸像面，存在離焦。經(jīng)過一個(gè)拐點(diǎn)向下的一段曲線說明還有欠校正 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。說明離焦平衡了球差。說明離焦平衡了球差。432021/3/9 三階球差的控制，我們用偶次多項(xiàng)式非球面來控制三階球差。三階球差的控制，我們

34、用偶次多項(xiàng)式非球面來控制三階球差。 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，沒有離焦，三階球差被控制，剩下校正過的高階球差。此時(shí)縱坐標(biāo)范圍為沒有離焦，三階球差被控制，剩下校正過的高階球差。此時(shí)縱坐標(biāo)范圍為+-0.5um+-0.5um。 442021/3/9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)用離焦來平衡球差，看看你可以試試控制更高階的球差，也可以

35、試試同時(shí)用離焦來平衡球差，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452021/3/9 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，我們設(shè)計(jì)了曲線，我們設(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

36、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)。462021/3/9 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，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

37、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。472021/3/9常見的常見的ray fanray fan曲線曲線482021/3/9OPD 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

38、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:用來確定正在計(jì)算時(shí)選用的波長和視場；用來確定正在計(jì)算時(shí)選用的波長和視場；TangentialTangential、Sagittal:Sagittal:這里只能選擇這里只能選擇OPDOPD；use dashes:use dashes:畫圖時(shí)，是采用顏色表示不同波長畫圖時(shí)，是采用顏色表示不同波長還是用虛線來表示；還是用虛線來表示；check

39、aperture:check aperture:檢查光線是否能從表面的孔徑通過，檢查光線是否能從表面的孔徑通過，選擇此項(xiàng)，使不能通過表面孔徑的光線不被畫出；選擇此項(xiàng)，使不能通過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。492021/3/9 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

40、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 fa

41、nOPD 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502021/3/9Field Curv/Dist plotField Curv/Dist plotField Curv/DistField Curv/Dist可以用來分析場曲和畸變。左邊的是場曲，右邊的是畸變?？梢杂脕矸治鰣銮突?。左邊的是場曲，右邊的是畸變。 場曲圖的縱坐標(biāo)是視場角，橫坐標(biāo)是像點(diǎn)偏離近軸像面的距離，場曲圖的縱坐標(biāo)是視場角，橫坐標(biāo)是像點(diǎn)偏離近軸像面的距離，T T表示表示子午場曲，子午場曲，

42、S S表示弧矢場曲。表示弧矢場曲?；儓D的縱坐標(biāo)是視場角，橫坐標(biāo)是畸變百分比畸變圖的縱坐標(biāo)是視場角，橫坐標(biāo)是畸變百分比512021/3/9我們來看子午場曲。我們來看子午場曲。 從設(shè)計(jì)圖中可以看到像面是彎曲的表面，而場曲圖中的從設(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，表示子午場曲與像面重合，說明現(xiàn)在的像面就是子午場曲面，這重合，表示子午場曲與像面重合，說明現(xiàn)在的像面就是子午場曲面，這個(gè)面上，軸外光線的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。522021/3/9我們來看弧矢場曲。我們來看弧矢場曲。 這次場曲圖中的這次場曲圖中的S S

43、曲線基本與曲線基本與y y軸重合，表示弧矢場曲與像面重合，說明軸重合，表示弧矢場曲與像面重合，說明現(xiàn)在的像面是弧矢場曲面，這個(gè)面上，軸外光線的像是子午方向的直線?，F(xiàn)在的像面是弧矢場曲面，這個(gè)面上，軸外光線的像是子午方向的直線。532021/3/9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： 【(H-h)/h】100%542021/3/9優(yōu)化優(yōu)化552021/3/9ZEMAXZEMAX優(yōu)化功能的介紹優(yōu)化功能的介紹 ZEMAX ZEMAX提供的

44、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)之下。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。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)價(jià)函的評(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。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。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)，

45、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.通過透鏡數(shù)據(jù)編輯器構(gòu)建一個(gè)可進(jìn)行光通過透鏡數(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認(rèn)的評(píng)價(jià)函數(shù)。它的構(gòu)建我們后面具體分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。析。 ZEMAXZEMAX還提供了全局優(yōu)化的工具還提供了全局

46、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，后面具體說明。用法，后面具體說明。562021/3/9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，不一樣，HxHx，HyHy，PxPx，PyPy是規(guī)一化的視場和入瞳坐標(biāo)，不所有的操作數(shù)都是規(guī)一化的視場和入瞳坐標(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

47、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572021/3/9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

48、目標(biāo)值。通過優(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。582021/3/9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)幾乎包括了無限多個(gè)解決方案。

49、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，大到重新的定義初始結(jié)構(gòu)。592021/3/9ZEMAXZEMAX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 s

50、earchglobal 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、合理的結(jié)構(gòu)后，用來尋找最設(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

51、來搜索一個(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解決方案。容易找到比較好的解決方案。602021/3/9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(O

52、n-Axis)的可見光進(jìn)行分析。612021/3/9公差分析公差分析622021/3/9簡單介紹簡單介紹 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]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]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提供了使用簡單，但靈活強(qiáng)大

53、的公差分配和分析能力。提供了使用簡單，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

54、等等 ZEMAXZEMAX提供三種分析方式來分析公差，包括靈敏度分析、反靈提供三種分析方式來分析公差，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。 632021/3/9基本流程基本流程 1. 1.先給鏡頭定義一批適當(dāng)?shù)墓睢ＤJ(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睢ＤJ(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

55、，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)。 642021/3/9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

56、面的公差分配，右邊是元配，右邊是元件的公差件的公差652021/3/9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)

57、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。662021/3/9靈敏度分析靈敏度分析 靈敏度分析常用來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。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。讓你看到哪些參數(shù)的公差對(duì)評(píng)

58、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)的變化的計(jì)算，采用的是化的計(jì)算，采用的是RSSRSS算法。現(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

59、平方，然后求平均值。然后把所有參數(shù)的這個(gè)平均值加起來求和，開方。值。然后把所有參數(shù)的這個(gè)平均值加起來求和，開方。672021/3/9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)所允許的最大值來計(jì)算每個(gè)參數(shù)的公差范圍，比如你的評(píng)價(jià)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)所允許的最大值來計(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)

60、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，你允許考慮公差時(shí)，它的最大增量允許考慮公差時(shí)，它的最大增量0.20.2，那么反靈敏分析會(huì)計(jì)算每個(gè)參，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)的公差范圍，保證優(yōu)化函數(shù)不會(huì)大于0.70.7682021/3/9Monte carloMon