光學設計軟件ZEMAX簡介課件

光學設計軟件ZEMAX簡介趙晨光光學設計軟件ZEMAX簡介1什么是ZEMAX？

設計工具，助手ZEMAX是一個用來模擬、分析和輔助設計光學系統(tǒng)的程序。

同類型的光學設計軟件還有CodeV，Tracepro，Oslo等。什么是ZEMAX？2ZEMAX特點界面友好，容易上手，資料豐富可建立反射、折射、衍射及散射等模型可進行偏振、鍍膜和溫度、氣壓等分析有強大的像質評價和分析功能豐富的資料庫，大量現(xiàn)成的鏡頭和玻璃、樣板數(shù)據(jù)，可供用戶選擇。ZEMAX特點界面友好，容易上手，資料豐富3ZEMAX界面ZEMAX界面4ZEMAX是焦點公司的產品，在大陸的代理商是訊技光電科技(上海)有限公司。共有三個版本Zemax-se(標準版)Zemax-xe(完整版)Zemax-ee(專業(yè)版)ZEMAX是焦點公司的產品，在大陸的代理商是訊技光電科技(上5ZEMAX能夠輔助你設計光學系統(tǒng)，但不能教你如何去進行鏡頭或光學系統(tǒng)的設計，更不能自動智能設計。用ZEMAX進行設計需要你的光學設計知識和經驗。ZEMAX能夠輔助你設計光學系統(tǒng)，但不能教你如何去進行6參考書目幾何光學.像差光學.設計李曉彤著浙江大學出版社工程光學設計蕭澤新著電子工業(yè)出版社工程光學基礎徐家驊著機械工業(yè)出版社應用光學安連生著北京理工大學出版社工程光學郁道銀、談恒英著機械工業(yè)出版社參考書目幾何光學.像差光學.設計李曉彤著7ZEMAX界面ZEMAX界面8系統(tǒng)孔徑系統(tǒng)孔徑9決定入瞳大小，決定光學系統(tǒng)在物空間收集多少光線孔徑類型EntrancePupilDiameter入瞳大小ImageSpaceF/#像空間近軸F數(shù)(f/D)ObjectSpaceNumericalAperture物空間邊緣光線數(shù)值孔徑FloatbySize入瞳大小由光欄半徑決定ParaxialworkingF/#像空間近軸工作F數(shù)(1/2ntg)ObjectConeAngle物空間邊緣光線的半角決定入瞳大小，決定光學系統(tǒng)在物空間收集10設定視場（Field)可以設置12個視場，可以是下面四種形式：﹡物方視場角（Angle(Degree)）﹡物高（ObjectHeight）﹡近軸像高（ParaxialImageHeight）﹡實際像高（RealImageHeight）設定視場（Field)可以設置12個視場，可以是下面四種形式11光學設計軟件ZEMAX簡介ppt課件12工作波長（Wave）

ZEMAX最多可以定義12個工作波長。必須設定一個主波長（Primary,也稱作參考波長），它是用來計算系統(tǒng)的effectivefocallength,systemapertures,F/#等數(shù)值。其它波長可用來計算色差。根據(jù)不同波長的重要性，權重可以不同。波長單位為微米。工作波長（Wave）ZEMAX最多可以定義12個工作波長。13光學設計軟件ZEMAX簡介ppt課件14鏡頭數(shù)據(jù)面形

注釋曲率半徑

厚度

材質

孔徑鍍膜鏡頭數(shù)據(jù)面形注釋曲率半徑厚度材質孔徑鍍膜15練習目的：練習如何建立初始結構、設定視場和工作波長。題目：建立一個單透鏡，入瞳直徑20mm，兩個面的曲率半徑分別為50mm，-70mm，中心厚度為4mm視場0，7，10度波長：可見光玻璃材料：BK7練習目的：練習如何建立初始結構、設定視場和工作波長。16例子：雙膠鏡頭設計雙膠鏡頭是個比較好的練習：幾乎所有光學設計都有雙膠合透鏡，其中一塊正透鏡常用冕玻璃，負透鏡用火石玻璃，通過正確選擇玻璃，可以校正球差、彗差和軸向色差，有些設計，可以通過將單透鏡分裂為雙膠合透鏡得到改進。雙膠合透鏡包含的結構參數(shù)有：3個曲率半徑，3個厚度值，2種玻璃的折射率和V-number，光欄的位置。例子：雙膠鏡頭設計雙膠鏡頭是個比較好的練習：17設計要求用F，d,C光EPD=50mmF/8FOV=10度最小的邊緣/中心厚度為4mm，最大中心厚度為18mm使用合適的標準選擇合適的玻璃設計要求用F，d,C光18設計過程定義系統(tǒng)的孔徑定義視場和波長(各3個)定義正確的面數(shù)增加F/#solve假定初始玻璃為常用的冕玻璃和火石玻璃：BK7和F2建立優(yōu)化函數(shù)，用RMSspotradius優(yōu)化增加邊界約束條件優(yōu)化玻璃設計過程定義系統(tǒng)的孔徑19第一步：系統(tǒng)Generaldata設置選擇“Gen”按鈕，在aperturetype中選擇Entrancepupildiameter，Aperturevalue為50。第一步：系統(tǒng)Generaldata設置選擇“Gen”按鈕，20第二步：視場和波長的設置點“Fie”和“Wav”按鈕，視場角為0，7，10三個，波長直接選擇可見光。第二步：視場和波長的設置點“Fie”和“Wav”按鈕，21第三步：建立surfacedata建立6個面，包括Obj,Stop,3lens和imagesurface。輸入玻璃牌號，前面為BK7,后面為火石F2。第三步：建立surfacedata建立6個面，包括Obj,22第四步：為F/#添加Solve在光學面4的curvature上，增加solve：將surface4的radius欄上點右鍵，選擇F/#的solvetype，輸入其值為8，ZEMAX會自動調整這個面的曲率半徑的值。第四步：為F/#添加Solve在光學面4的curvature23第五步：建立優(yōu)化函數(shù)打開Editor>>Meritfunction，打開Defaultmeritfunction對話框，選擇RMSspotradius作為優(yōu)化數(shù)據(jù)，加入邊界約束條件。第五步：建立優(yōu)化函數(shù)打開Editor>>Meritfunc24第六步：設置變量并優(yōu)化將2個曲率半徑和4個厚度都設置為變量，優(yōu)化計算。結果的2Dlayout和rayfan如下：第六步：設置變量并優(yōu)化將2個曲率半徑和4個厚度都設置為變量，25第七步：分析哪些像差已經校正了？哪些沒有校正？哪個是主要的像差？光欄的位置如何？本設計中：(1)不需要專門指定色差的目標值(2)缺省優(yōu)化函數(shù)對軸上色差有比較好的校正(3)將光欄向離開透鏡的方向移動，會引入橫向色差(4)邊界條件基本滿足(5)可以將stop向透鏡的方向移動，以減小橫向色差。第七步：分析哪些像差已經校正了？哪些沒有校正？哪個是主要的像26優(yōu)化（Optimization）Optimization是Zemax最重要的功能之一Optimization是通過改變光學系統(tǒng)中的結構參數(shù)的值來提高系統(tǒng)的成像質量的。優(yōu)化（Optimization）Optimization是Z27Zemax提供了默認的評價函數(shù)Zemax提供了默認的評價函數(shù)28Zemax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、圓內能量集中度、光線約束、邊界條件約束、玻璃材料的范圍等。Zemax提供了200多種操作數(shù)（用4個大寫字母縮寫組成），29Optimization使用建議在設計初期優(yōu)化時不需要追跡所有視場和波長的光線，這樣可以節(jié)省時間。使用視場點平衡使用solve盡可能用默認優(yōu)化函數(shù)要搞清楚哪些量在變用比較好的初始結構Optimization使用建議在設計初期優(yōu)化時不需要追跡所30使用視場點平衡選擇適當?shù)囊晥鳇c數(shù)目，使視場劃分為等面積的圓環(huán)。對比較小的視場，就用0，1兩個視場對中等視場（小于20度），就用0，0.7和1三個視場對大的視場，就用0，0.577，0.816和1四個視場使用視場點平衡選擇適當?shù)囊晥鳇c數(shù)目，使視場劃分為等面積的圓環(huán)31使用solve盡量用solve的功能如：在曲率半徑上用MRA或F/#控制F/#或EFL在厚度上用MRH控制焦點的位置用Pickup使不同面的對應量之間保持聯(lián)系使用solve盡量用solve的功能32標題欄及快捷鍵文件：用于鏡頭文件的打開、關閉等。編輯：用于調用其它的編輯窗口。系統(tǒng)：用于確定整個光學系統(tǒng)的屬性。標題欄及快捷鍵文件：用于鏡頭文件的打開、關閉等。33分析：此功能不是用于改變鏡頭數(shù)據(jù)，而是根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行數(shù)字計算和圖像顯示分析。工具：用來改變鏡頭數(shù)據(jù)，可以從總體上對系統(tǒng)進行計算。包括優(yōu)化、公差、樣板匹配等。報告：提供鏡頭設計的相關文檔。宏：用于編輯運行ZPL宏。擴展功能：提供Zemax提供的擴展功能。分析：此功能不是用于改變鏡頭數(shù)據(jù)，而是根據(jù)這些34

文件菜單文件菜單35使用session文件選中此項，則存儲每個窗口的設置和它們在屏幕上的大小位置等所有信息。除了.ZMX文件外，還產生一個.SES文件。使用session文件選中此項，則存儲每個窗口的設置和它們在36兩種光線追跡模式SequentialorMixedSequential/Non-SequentialMode序列和混合序列與非序列模式（共軸模式）Non-SequentialMode非序列模式（非共軸模式）兩種光線追跡模式SequentialorMixedSe37共軸模式（常用）以光學面來建構模型。計算時考慮光學面之順序。各光學面只計算一次。計算速度快,時間短?？勺鲀?yōu)化計算(Optimization)及公差分析(Tolerance)共軸模式（常用）以光學面來建構模型。38非共軸模式以物件之觀念建構模型。無順序之考慮。對同一物件可同時計算穿透,反射,吸收及散射。需模擬大量光線(需較長時間)。最接近真實光線之行為。無法作優(yōu)化及公差分析。非共軸模式以物件之觀念建構模型。39編輯菜單鏡頭數(shù)據(jù)評介函數(shù)多重結構公差數(shù)據(jù)附加數(shù)據(jù)編輯菜單鏡頭數(shù)據(jù)40系統(tǒng)菜單通用數(shù)據(jù)視場波長下一重結構最后結構系統(tǒng)菜單通用數(shù)據(jù)41分析菜單分析菜單42系統(tǒng)外形圖扇形曲線圖點列圖調制傳遞函數(shù)點擴散函數(shù)波前表面均方根包圍圓能量系統(tǒng)外形圖43照度像分析雙目分析其它畸變系數(shù)計算漸變折射率偏振膜層物理光學照度44工具菜單工具菜單45優(yōu)化公差套樣板玻璃庫鏡頭庫優(yōu)化46報表菜單表面數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)格數(shù)據(jù)圖形4/6報告報表菜單表面數(shù)據(jù)47表面數(shù)據(jù)包括表面和單元的光焦度、焦距、邊緣厚度、折射率等信息。系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括光瞳位置與大小、倍率、F數(shù)等信息。表面數(shù)據(jù)包括表面和單元的光焦度、焦距、邊緣厚度、折射率等信息48規(guī)格數(shù)據(jù)包含了鏡頭的幾乎所有數(shù)據(jù)。包含總體數(shù)據(jù)、表面數(shù)據(jù)、表面細節(jié)、邊緣厚度、多重結構數(shù)據(jù)、解答和變量、折射率數(shù)據(jù)、全局頂點、元素體積、F數(shù)、主點等信息。規(guī)格數(shù)據(jù)包含了鏡頭的幾乎所有數(shù)據(jù)。49宏菜單和擴展菜單宏菜單和擴展菜單50練習