ZEMAX軟件使用講座

1、ZEMAX軟件使用講座 李保生 合肥工業(yè)大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)系libaosheng國內(nèi)外光學(xué)設(shè)計軟件情況國內(nèi)情況： 北京理工大學(xué)(SOD) 南京理工大學(xué)等國外情況： Zemax （光學(xué)設(shè)計軟件） TracePro（光學(xué)仿真軟件） ASAP（光學(xué)仿真軟件） LightTools（光學(xué)仿真軟件） CODEV (Optical Research Associates ) OSLO （ Lambda光學(xué)設(shè)計軟件）軟件比較 ZEMAX 是將實際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計概念、優(yōu)化、分析、公差以及報表集成在一起的一套綜合性的光學(xué)設(shè)計仿真軟件。OSLO 是處理光學(xué)系統(tǒng)的布局和優(yōu)化的代表性光學(xué)設(shè)計軟件。CODE V是Op

2、tical Research Associates推出的大型光學(xué)設(shè)計軟件，功能非常強大，價格相當(dāng)昂貴。TracePro 是能進行常規(guī)光學(xué)分析、設(shè)計照明系統(tǒng)、分析輻射度和亮度的軟件。ASAP：世界各地的光學(xué)工程師都公認(rèn)ASAP（Advanced Systems Analysis Program，高級系統(tǒng)分析程序）為光學(xué)系統(tǒng)定量分析的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。ASAP的分析功能包括照明分析、輻射度測量、偏振、光纖耦合效率、干涉測量、雜光分析（散射和鬼影分析）、成像質(zhì)量及薄膜鍍膜性能分析。LightTools是一個全新的具有光學(xué)精度的交互式三維實體建模軟件體系,在系統(tǒng)初步設(shè)計、復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃、光機一體設(shè)計、雜光分

3、析、照明系統(tǒng)設(shè)計分析、單位各部門間學(xué)術(shù)交流和數(shù)據(jù)交換、課題論證或產(chǎn)品推廣等各環(huán)節(jié)中均可發(fā)揮重要的作用，成為人們理想的工具。ZEMAX已經(jīng)成為當(dāng)今使用最普遍的光學(xué)設(shè)計軟件之一 市場占有率：8085% 全球已經(jīng)銷售了兩萬多套 臺灣已經(jīng)銷售600多套 大陸已經(jīng)有300多套，知道和需要購買者越來越多市場應(yīng)用 應(yīng)用范圍：傳統(tǒng)相機、數(shù)碼相機、內(nèi)窺鏡等光學(xué)鏡頭的設(shè)計DVD、VCD讀寫頭投影系統(tǒng)，背投電視照明系統(tǒng)干涉儀LEDLaser diode光通信器件設(shè)計等等Zemax使用群NASA美國太空總署,Sandia 國家實驗室, U.S.Army軍隊, HP, Motorola中國臺灣地區(qū):電子所,中科院,大學(xué)

4、以及掃描儀,相機,望遠(yuǎn)鏡,投影機等制造商.中國大陸：光學(xué)、光電研究所，大學(xué)，光學(xué)公司，光學(xué)加工廠，從事光學(xué)鏡頭、條形碼、投影儀、背投影電視、光通信器件、VCD及DVD讀寫頭等的設(shè)計的公司。ZEMAX概述ZEMAX簡介（I） Focus Software 公司產(chǎn)品光學(xué)鏡頭設(shè)計和光學(xué)系統(tǒng)分析軟件 版本有三個等級： ZEMAXSE(標(biāo)準(zhǔn)版) ZEMAXXE(完整版) ZEMAXEE(專業(yè)版) 每年有數(shù)次版本更新，可以到ZEMAX的網(wǎng)站或者訊技光電科技公司的網(wǎng)站上下載更新 .twZEMAX簡介（II） 界面友好，容易上手；資料豐富，既可以直接選擇，又可以自定義； 可建立反射、 折射、衍射及散射等光學(xué)模

5、型； 可進行偏振、鍍膜和溫度、氣壓等方面的分析 具有強大的像質(zhì)評價和分析功能； 豐富的資料庫，有現(xiàn)成的鏡頭和玻璃、樣板數(shù)據(jù)，可供用戶選擇； 大部分窗口都提供在線幫助,方便隨時獲取相關(guān)功能的在線解釋和幫助；ZEMAX的主要特色(1)分析提供多功能的分析圖形，對話窗參數(shù)選擇，方便分析，可將分析圖形存成圖文件，如BMP、JPG等，也可存成文字文件txt(2)優(yōu)化表欄式merit function參數(shù)輸入，對話窗預(yù)設(shè)merit function參數(shù)，方便使用者定義，且多種優(yōu)化方式供使用者使用，諸如Local Optimization可以快速找到佳值，Global/Hammer Optimization

6、可找到最好的參數(shù)。(3)公差分析表欄式Tolerance參數(shù)輸入和對話窗式預(yù)設(shè)Tolerance參數(shù)，方便使用者定義。 (4)報表輸出多種圖形報表輸出，可將結(jié)果存成圖文件及文字文件。系統(tǒng)要求WIN98，NT，2000，XP200Mb 以上的硬盤空間 最小的分辨率為：1024*768 一個并行口或者USB接口用來接KEY 64Mb以上內(nèi)存；如果進行對象非常復(fù)雜、物理光學(xué)或散射和照明分析時，最低要求是256MB，最好是512MbWhat is ZEMAX ZEMAX是一個光學(xué)設(shè)計軟件，它使用sequential和non-sequential的方法模擬refractive,reflective和di

7、ffractive光線追跡。ZEMAX用“surface”為sequential ray tracing建模；用“component”或solid object model為non-sequential ray tracing建模。 Purely sequential ： 傳統(tǒng)的鏡頭設(shè)計，和大多數(shù)成像系統(tǒng);Hybrid sequential/ non-sequential(aka NSC with ports) 同時有sequential組件和non-sequential組件（如prism,pipe）的系統(tǒng); 用“ports”為光線進入和離開NS group的出入口;Purely non-se

8、quential(aka NSC without ports) 用于illumination,scattering,stray light analysis; 不用“ports”。Ray Tracing的3種方式（I）（1）Purely Sequential：用于傳統(tǒng)的透鏡成像系統(tǒng)設(shè)計；以光學(xué)面（surface）為對象來構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)模型；光線從物面開始（常為surface 0）按光學(xué)面的順序計算（surface 0,1,2），對每個光學(xué)面只計算一次；每個面都有物空間和像空間；需要計算的光線少，計算速度快；可進行analysis,Optimization及Tolerancing；Sequenti

9、al system例子Ray Tracing的3種方式（II）（2）Hybrid sequential/non-sequential(aka NSC with ports)所有object都是3D shell or solids； 每個object都在一個空間坐標(biāo)系中定義了其特性；光線從input port進入non-sequential group；從exit port 離開NS group；光線在NSC中一直追跡，直到它遇到下列情況才終止：NothingExit port能量低于定義的閾值。忽略NS group內(nèi)的光源和探測器；進入NS group的光線的特性，由序列性的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如視場位

10、置和瞳的大小等決定。NSC with ports system例子Ray Tracing的3種方式（III）（3） Purely Non-sequential(aka NSC without port)所有object都是3D shell or solids；每個object都在一個空間坐標(biāo)系中定義了其特性；需要定義光源的發(fā)光特性和位置，定義detector收集光線；光線一直追跡，直到它遇到下列情況才終止：Nothing，能量低于定義的閾值。計算時光學(xué)元件的相對位置由空間坐標(biāo)確定；對同一元件，可同時進行穿透、反射、吸收及散射的特性計算；無法作優(yōu)化及公差分析；這種情況下，可以對光線進行分光，散射

11、，衍射，反射，折射。NSC without ports system例子ZEMAX用戶界面ZEMAX用戶界面類型ZEMAX有4種主要類型的用戶界面：Editors:定義和編輯光學(xué)面和其他數(shù)據(jù)；Graphic windows：顯示圖形數(shù)據(jù)；Text windows：顯示文本數(shù)據(jù)；Dialog boxes：編輯和回顧其他窗口或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，或者報告錯誤信息等。ZEMAX Editors界面有很多種：Lens data editor: 基本的lens data，包括surface type, radius, thickness, glass,etc.Merit function editor:優(yōu)化時，

12、定義和編輯merit function；Multi-Configuration editor：為變焦鏡頭和其它多重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義多重結(jié)構(gòu)參數(shù)；Tolerance Data editor：定義和編輯公差數(shù)據(jù)；Extra Data editor:需要很多參數(shù)的surface data的擴展；Non-sequential component editor:定義和編輯NSC sources, objects, detectors。ZEMAX EditorsGraphic and Text 界面有些功能（如layout）只支持圖形，有些只支持文本（如Seidel像差系數(shù)），有的都支持（如fan plot）

13、；如果二者都支持，一般先給出圖形輸出，如果需要顯示text的內(nèi)容，需要點一下菜單欄中的“Text”；Graphic and Text windows例子大部分圖形窗口都提供文本信息。Graphic and Text windows例子點Text菜單欄，可以看到圖形窗口中的文本信息。Graphics windows菜單功能Update：更新窗口中的數(shù)據(jù)；Setting：設(shè)置窗口的屬性；Print：打印窗口的內(nèi)容；Windows：Annotate：往圖形上加lines,boxes,text；Copy clipboard:將內(nèi)容拷貝到剪切板中；Export:將內(nèi)容轉(zhuǎn)換為WMF，EMF，JPG，BMP

14、文件保存；Lock:鎖定窗口；Clone:Clone窗口；Aspect ratio:設(shè)置窗口的長寬比；Active cursor:對圖形窗口顯示鼠標(biāo)所指位置的數(shù)據(jù)；Configuration:選擇要顯示哪個結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)；Overlay：不同圖形重疊顯示；Text windows菜單功能Text:產(chǎn)生圖形所對應(yīng)的文本數(shù)據(jù)；Zoom:對圖形放大和縮小控制Update:更新窗口中的數(shù)據(jù)；Setting：設(shè)置窗口的屬性；Print：打印窗口的內(nèi)容；Windows:Copy clipboard:將內(nèi)容拷貝到剪切板中；Save: 保存ASCII TXT文件；Lock:鎖定窗口；Clone:Clone窗口；C

15、onfiguration:選擇要顯示哪個結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)；Dialog boxesZEMAX的大部分圖形和文本窗口都包含有設(shè)置對話框。數(shù)據(jù)輸出 輸出到到剪貼板，可以再到其它windows應(yīng)用程序，如Excel等； 輸出到CAD程序：支持DXF，IGES，STEP，SAT格式。DXF：因為不是標(biāo)準(zhǔn)格式，對其支持比較差一些；只有在wireframe的設(shè)定中才支持。IGES，STEP，SAT：真正的標(biāo)準(zhǔn)；可以輸出3D solids；可以輸出為lines;在Tool菜單欄中。Session file的概念Session file ：在保存文件時，如果選擇Session file，則它包括lens file,

16、 所有圖形和文本窗口，editors,它們在屏幕上的大小和位置，及每個窗口的設(shè)置。此時，除了一個ZMX文件以外，還有一個SES文件。Lens DataLens data的組成Sequential lens data-Surface data:面的序號;每個面的相關(guān)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù);光學(xué)系統(tǒng)的孔徑;波長;視場。進行優(yōu)化時,還需要：變量;優(yōu)化函數(shù)。For NSC without port system,還需要：所有object的結(jié)構(gòu)參數(shù)和位置參數(shù);所有source和detector的特性參數(shù)和位置參數(shù);波長。Surface data的組成The radius of curvature:面的曲率半徑，根據(jù)符

17、號規(guī)則確定符號；The thickness of the surface:到下個面的相對距離，滿足符號規(guī)則（用local坐標(biāo)系）；The glass type of the surface:可以直接輸入玻璃的名稱，也可以輸入折射率和色散系數(shù)（如果是空氣，則為空格）；The semi-diameter of the surface(optional)：面的孔徑；Other data（parameter or extra data）:描述面形的參數(shù)。Surface data的符號規(guī)則鏡頭數(shù)據(jù)（Lens Data）：曲率半徑、厚度、材質(zhì)和其他參數(shù)。各量符號規(guī)定：Thickness：從左到右距離為正，

18、否則為負(fù)。+Surface Type（1）提供了近60種的光學(xué)曲面面形。主要類型有：平面、球面、標(biāo)準(zhǔn)二次曲面、非球面、光錐面、輪胎面、折射率漸變面、二元光學(xué)面、光柵(固定周期和變周期)、全息衍射元件、Fresnel透鏡、波帶片等。（2）還提供了User Defined Surface。用戶只需要按照它的語法規(guī)定，用C+語言編寫DLL文件與ZEMAX相連接就可以建立自己需要的面形。The system aperture它是很重要的一個參數(shù)，決定入瞳的大小，它決定光學(xué)系統(tǒng)在物空間收集多少光線。System aperture typesEntrance Pupil Diameter(EPD):直接指

19、定入瞳的大小；Image Space F/#:無限共軛像空間近軸F數(shù)（f/D,只用于物距無窮遠(yuǎn)）；Object Space Numerical Aperture：物空間邊緣光線的數(shù)值孔徑nsin（物在有限遠(yuǎn)處,保持N.A.為常數(shù)）；Float by Size：EPD的大小由光欄的半徑?jīng)Q定；Paraxial working F/#:像空間中定義的共軛近軸1/2ntan，忽略像差；Object Cone Angle:物空間邊緣光線的半角，最大可以達到90度（物在有限遠(yuǎn)）。Field pointsZEMAX常常用點光源定義視場或物的大小：定義了點光源以后，可以建立擴展光源的模型；對每個系統(tǒng)最多可以定

20、義12個視場點。ZEMAX支持4種不同視場形式：Field angle:投影到入瞳上XZ和YZ平面上時，主光線與Z軸的夾角。大多用在無限共軛系統(tǒng)。Object height:物面上X，Y高度。大多用在有限共軛系統(tǒng)。（注：如果物面為曲面，則X，Y坐標(biāo)包含Z坐標(biāo)）Paraxial Image height:像面上的近軸像高。用于需要固定像的大小的設(shè)計中。（只用于近軸光學(xué)系統(tǒng)中）Real image height:像面上實際像高。用于需要固定frame size的設(shè)計中（如camera lenses）。Field points示例WavelengthsZEMAX對每個系統(tǒng)最多允許定義12個波長。并且

21、必須指定主波長，根據(jù)不同波長的重要性，權(quán)重可以不同。波長的單位為微米。Variable parameters在進行優(yōu)化設(shè)計時，需要設(shè)置變量，ZEMAX會調(diào)整這些變量，以找到最佳設(shè)計結(jié)果。變量可以是任何量，包括radii, thicknesses, indices, V numbers, partial dispersions, conic constants, tilt angles, 甚至fields and wavelengths。Merit functions優(yōu)化函數(shù)是用來定義優(yōu)化控制目標(biāo)項目。它包括設(shè)計目標(biāo)，邊界條件和計算結(jié)果的總結(jié)。在優(yōu)化過程中，用merit function的值來評

22、價一個系統(tǒng)的優(yōu)劣。Merit function由optimization operands組成，ZEMAX提供了200多個這樣的操作數(shù)，涵蓋了各種目標(biāo)控制條件。Tolerancing（公差分析）ZEMAX可以對光學(xué)面的參數(shù)和群組的參數(shù)進行公差分析。它提供了二種公差分析模式：(1)sensitivity（靈敏度）：給定結(jié)構(gòu)參數(shù)的公差范圍，計算評價標(biāo)準(zhǔn)的影響，(2)inverse sensitivity （反向靈敏度） ：給出評價標(biāo)準(zhǔn)量的允許變化范圍，反算出結(jié)構(gòu)參數(shù)的公差。結(jié)果報告可以給出各種數(shù)據(jù)的結(jié)果報告，可以是圖形、曲線或表格的形式：(1)surface data(2)system data(

23、3)prescription data(4)report graphic可以輸出零件圖、固體圖 或網(wǎng)格圖?？梢暂敵鯯AT/STEP/IGES 等文件格式。其他包含有很多公司的玻璃材料庫，可以進行鍍膜分析，可以編輯薄膜，可以進行熱分析，可以進行偏振光計算，可以進行物理光學(xué)分析和計算，可以進行樣板比對。SolvesWhat are solves?Solves 是ZEMAX中可以主動調(diào)整特定值的功能?？梢詾?curvatures（曲率）, thicknesses（厚度）,glasses（玻璃）, semi-diameters（口徑）, and parameters等參數(shù)指定solve。 Solves

24、的設(shè)置，只需要在希望放置solve功能的欄中點右鍵或雙擊左鍵就可以了。Analysis像質(zhì)評價與分析像質(zhì)評價與分析 ZEMAX提供了豐富的像質(zhì)評價指標(biāo)，評價小像差系統(tǒng)的波像差、圓內(nèi)能量集中度；評價大像差系統(tǒng)的點列圖、彌散圓；MTF、PSF;幾何像差評價方法?？梢越o出Seidel和ZERNIKE像差系數(shù)可以進行擴展光源的分析像質(zhì)評價結(jié)果表現(xiàn)形式多種多樣，既有各種直觀的圖形表示方法，也有詳細(xì)的數(shù)據(jù)報表。像質(zhì)評價報告結(jié)果示例像質(zhì)評價指標(biāo)Fans(扇形圖，垂軸幾何像差等)Spot Diagram(幾何點列圖，彌散斑)MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）PSF（點擴展函數(shù)）Wavefront(波像差)能量分析Misc

25、ellaneous(雜項，幾何像差)像差系數(shù)擴展光源分析Optimization （最優(yōu)化）Optimization概述 optimization是ZEMAX最重要的功能之一。 optimization是通過改變光學(xué)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)參數(shù)（變量）的值，提高系統(tǒng)的成像質(zhì)量。 這些變量可以是 surface curvatures, element and air-space thicknesses, tilt angles, etc. 用Operands（操作數(shù)）定義Merit function，通過比較給定光學(xué)系統(tǒng)和滿足所有設(shè)計要求的系統(tǒng)的MF值，來評價系統(tǒng)的好壞。一般用迭代（iterative）的方

26、法, 為變量選定一個起始點和一種優(yōu)化算法，迭代地改變變量的值，以找出最小的MF值。Damped Least Squares(DLS最小阻尼算法)DLS算法是所有光學(xué)設(shè)計軟件中的基本優(yōu)化算法。假定Merit function定義為如下形式：式中W為操作數(shù)的權(quán)重的絕對值， V為當(dāng)前值， T 是目標(biāo)值，下標(biāo)i是操作數(shù)的號碼 (row number in the spreadsheet).目標(biāo)：找出x使MF的值最小。Constraints(約束)要約束某個量，可以有三種方法：Solves：可以精確地對一些近軸特性進行控制。如在鏡頭的最后一個面設(shè)置axial ray angle solve為0.1，則可

27、以使 fnumber保持常數(shù) 5；在 Merit function用操作數(shù)控制變量的范圍:在Merit function中增加operand，控制某個量的最大值或最小值。如厚度10;Constraint operands：控制Operand，使控制的量為定義的精確數(shù)值。Common constraintsLens 要有一定的size,cost,weightEdge和center thickness必須為正Minimum number of elements desired加工制造盡可能簡單盡可能用便宜的材料Default Merit functionsDefault Merit functio

28、ns支持20多個不同的Default Merit functions：Optimization type：RMS or Peak-To-ValleyData type: Wavefront, spot radius, spot x, spot y, or spot x plus spot yReference point：Reference to Centroid ，Chief Ray or MeanPupil integration method：Use Gaussian Quadrature or Rectangular Array上面的優(yōu)化函數(shù)可以自由組合。Gaussian Quadra

29、ture：幾乎所有的情況下都用GQ，因為它比其它方法精確得多，而且用的光線的數(shù)目也很少；不能有漸暈系數(shù)。Rectangular Array：GQ的唯一缺點是不能用在帶孔的光學(xué)系統(tǒng)中，這時候只有用RA。RA算法的優(yōu)點是能夠精確計算優(yōu)化函數(shù)中的漸暈效應(yīng)。Operands(操作數(shù))ZEMAX提供了200多種操作數(shù)(用4個大寫字母縮寫組成)，如EFFL，可以控制包括系統(tǒng)參數(shù)、像差、MTF、圓內(nèi)能量集中度、光線約束、邊界約束條件、玻璃材料的范圍等。TolerancingTolerancing概述一個好的設(shè)計是要求能夠?qū)嶋H制造出來的。設(shè)計好的光學(xué)系統(tǒng)需要進行公差分析才算真正完成。需要在制造誤差的范圍之內(nèi)能

30、夠滿足要求；一個好的設(shè)計沒必要完全和設(shè)計要求一致，應(yīng)該是能夠制造出來，并盡量滿足設(shè)計要求。公差分析是將各種擾動或像差引入到光學(xué)系統(tǒng)中去，看系統(tǒng)在實際制造各種誤差范圍內(nèi)的效果。也就是在能滿足設(shè)計要求的情況下，系統(tǒng)中各個量允許的最大偏差是多少。誤差來源有很多方面需要考慮：Errors in fabrication(制造)Errors in materials（材料）Errors in assembly（裝配）Errors due to environment（外界環(huán)境）Residual design errors（殘余設(shè)計誤差）Fabrication Errors制造方面的誤差包括：曲率半徑有誤差

31、(radius of curvature)厚度有誤差(element thickness)面形誤差(surface shape)曲率中心與機械中心有偏差(center offset)二次項或其它非球面項系數(shù)誤差Material Errors材料誤差包括：折射率的精度誤差折射率均勻性誤差（homogeneity）折射率分布誤差(distribution)Abbe 數(shù)（dispersion）Assembly Errors裝配誤差包括（Element error）：元件對機械軸（X，Y）的偏差元件在Z軸上的位置有偏差元件的排列的偏差元件對光軸傾斜的偏差Environment Errors環(huán)境方面的包

32、括溫度，濕度，氣壓：光學(xué)和機械材料的熱脹冷縮濕度對折射率的影響壓強和濕度對折射率的影響系統(tǒng)受振動的影響機械方面的應(yīng)力Design Error一般來說，光學(xué)系統(tǒng)都有剩余誤差（即MF0）。設(shè)計誤差一般因系統(tǒng)的視場而不同設(shè)計結(jié)果必須超過設(shè)計要求，這樣才能在公差的影響范圍內(nèi)，制造出來的系統(tǒng)能夠滿足使用要求。Error Budget公差預(yù)算主要是考慮所有可能誤差因素對系統(tǒng)性能的影響?？梢宰屧O(shè)計者在一定的限制范圍內(nèi)預(yù)估裝配后的鏡頭的性能。要建立公差預(yù)算，設(shè)計者必須：選擇合適的性能指標(biāo)（MF）確定可接受的最小公差水平計算所有可能的公差影響，包括單個組件、多個組件和裝配等指定所有公差項的容限。即在設(shè)計、制造、

33、裝配和操作中，每一步引入的公差的最大值。對鏡頭進行公差分析的基本步驟1) 定義適當(dāng)?shù)墓?。一般最好從default tolerance開始，可以在Tolerance Data Editor中定義和修改。2)修改default tolerances or add new ones，以適合系統(tǒng)要求3) 增加compensators，設(shè)置compensators允許的范圍。 缺省的為后節(jié)距，其它的還有image plane tilt。對compensators的數(shù)量沒有限制。4) 選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)，有RMS spot radius, wavefront error, MTF, or boresight

34、 error等。用自定義merit function還可以定義更復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)或全面的標(biāo)準(zhǔn)。5) 選擇希望的模式， sensitivity or inverse sensitivity。6) 進行公差分析。7) 查看公差分析數(shù)據(jù)，考慮公差預(yù)算，如需要，還可再次進行分析。Summary公差分析程序非常靈活，功能強大。在計算公差時，ZEMAX不用任何的近似、外推或估算。因此對常規(guī)系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)都可以給出很好的結(jié)果。因為公差分析是個復(fù)雜的過程，所以ZEMAX也不敢保證完全正確，所以設(shè)計者有必要 對結(jié)果進行校驗。Multi-ConfigurationIntroduction什么是Multi-configu

35、rations系統(tǒng)？是用1重以上的結(jié)構(gòu)建模的系統(tǒng)，通過多重結(jié)構(gòu)給同一個參數(shù)不同的值。用途：（1）設(shè)計zoom lenses：元件的位置不同；（2）Athermalized lenses：溫度和壓強不同；（3）多光路系統(tǒng)：透鏡陣列、干涉儀、分光鏡等；（4）掃描系統(tǒng)：polygon scanner；（5）switchable component系統(tǒng)：非連續(xù)變焦系統(tǒng)。Multi-configurations的建立先用常規(guī)的方法建立一個光學(xué)系統(tǒng) basic configuration 。最好先建立最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。 選擇EditorsMulti-Configuration，出現(xiàn)MCE，再用MC操作數(shù)建立多

36、重結(jié)構(gòu)。Multi-Configuration Editor在Edit中可以對config和operand的數(shù)目進行增減。要改變operand的類型，在type欄上雙擊，就會在Multi-config operands對話框中改變操作數(shù)的類型。Multi-configurations的優(yōu)化（1）multi-configuration data的優(yōu)化和普通的優(yōu)化是一樣的。先用“Default Merit Function”建立優(yōu)化函數(shù)，ZEMAX會自動在各個結(jié)構(gòu)下面加入優(yōu)化函數(shù)；在MCE中定義優(yōu)化操作數(shù)為變量。（2）用CONF操作數(shù)定義；可以給不同的結(jié)構(gòu)定義不同的優(yōu)化函數(shù)，但不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化函數(shù)必

37、須分開放在CONF規(guī)定的結(jié)構(gòu)號碼下面；放置的方式有二種,它們的功能是一樣的。練習(xí)一：Singlet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。題目：建立一個單透鏡，入瞳直徑為40mm，二個面的曲率半徑分別為50mm,-60mm，中心厚度為4mm視場0,7，10度波長：可見光玻璃材料：BK7練習(xí)二用Solve求解的方法，將前面設(shè)計的單透鏡的焦距控制為100mm，用Solve將像面移到焦點上。練習(xí)3. Double-pass system目的：學(xué)習(xí)和體會Pick up solve的功能。題目：光線通過一個透鏡，遇到一個反射鏡以后，反射回來，再次通過這個透鏡。具體要求為：物距100mm，光欄在反

38、射鏡上；透鏡厚度10mm，玻璃為BK7，NA0.1，二個面的曲率半徑分別為100mm,-100mm，都是變量；透鏡到反射鏡的距離為100mm；物高為10mm，一個視場點；光源波長為0.55m對spot radius進行優(yōu)化；用pick up solve保持radii的一致。練習(xí)三. Double-pass systemStep 1：Lens data New打開Lens data editor在OBJ和IMA之間插入5個面。輸入radius, thickness, glass參數(shù)。注意Thickness符號的變化。Semi-Diameter的數(shù)據(jù)都為0。Step 2:Stop設(shè)置在surfac

39、e 3的standard面形處點右鍵或左鍵，彈出surface property對話框；將Make surface stop復(fù)選框選中，將光欄放在反射鏡上。Step 3:General 設(shè)置SystemGeneral(或Gen工具欄按鈕)，彈出General設(shè)置對話框；General 設(shè)置選擇Aperture項，將Aperture type設(shè)置為object space NA, Aperture value為0.1，并確定。這時，Lens data中的Semi-Diameter中會自動給出合適的數(shù)據(jù)，但OBJ一欄的Semi-Diameter仍然為0。Step 4:Field point設(shè)置SystemFields（或Fie工具欄按鈕),彈出Field data窗口。選擇Object Height為視場，在Y-Field中輸入10。Step 5:Wavelength設(shè)置System Wavelength （或Wav工具欄按鈕),彈出Wavelength data窗口。選擇OK，將光源波長設(shè)置為0.55m。Step