zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件初中高級(jí)教程

ZEMAX軟件培訓(xùn)教程steven:steven:10/24/20231版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司國(guó)內(nèi)外光學(xué)設(shè)計(jì)軟件情況※國(guó)內(nèi)情況：?北京理工大學(xué)(SOD)，南京理工大學(xué)等自編光學(xué)設(shè)計(jì)軟件?！鶉?guó)外情況：OpticalResearchAssociates:CodeVLambda:OSLO等。10/24/20232版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司ZEMAX已經(jīng)成為當(dāng)今使用最普遍的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件※市場(chǎng)占有率：80~85%※全球已經(jīng)銷(xiāo)售了兩萬(wàn)多套※臺(tái)灣已經(jīng)銷(xiāo)售600多套※大陸已經(jīng)有300多套，知道和需要購(gòu)買(mǎi)者越來(lái)越多10/24/20233版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司市場(chǎng)應(yīng)用※

應(yīng)用范圍：傳統(tǒng)相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、內(nèi)窺鏡等光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)DVD、VCD讀寫(xiě)頭投影系統(tǒng)，背投電視照明系統(tǒng)干涉儀LEDLaserdiode光通信器件設(shè)計(jì)等等…10/24/20234版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Zemax使用群※NASA美國(guó)太空總署,Sandia

國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,U.S.Army軍隊(duì),

HP,

Motorola…※臺(tái)灣:電子所,中科院,大學(xué)…以及掃描儀,相機(jī),望遠(yuǎn)鏡,投影機(jī)等制造商.※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(xiě)頭等的設(shè)計(jì)的公司。10/24/20235版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司ZEMAX概述10/24/20236版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司ZEMAX簡(jiǎn)介（I）

FocusSoftware公司產(chǎn)品——光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)和光學(xué)系統(tǒng)分析軟件版本有三個(gè)等級(jí)：＊ZEMAX—SE(標(biāo)準(zhǔn)版)＊ZEMAX—XE(完整版)＊ZEMAX—EE(專(zhuān)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

.tw10/24/20237版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司ZEMAX簡(jiǎn)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)模型；

可進(jìn)行偏振、鍍膜和溫度、氣壓等方面的分析

具有強(qiáng)大的像質(zhì)評(píng)價(jià)和分析功能；

豐富的資料庫(kù)，有現(xiàn)成的鏡頭和玻璃、樣板數(shù)據(jù)，可供用戶(hù)選擇；

大部分窗口都提供在線幫助,方便隨時(shí)獲取相關(guān)功能的在線解釋和幫助；10/24/20238版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司系統(tǒng)要求WIN98，NT，2000，XP200Mb以上的硬盤(pán)空間

最小的分辨率為：1024*768

一個(gè)并行口或者USB接口用來(lái)接KEY64Mb以上內(nèi)存；如果進(jìn)行對(duì)象非常復(fù)雜、物理光學(xué)或散射和照明分析時(shí)，最低要求是256MB，最好是512Mb10/24/20239版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司W(wǎng)hatisZEMAX

ZEMAX是一個(gè)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，它使用sequential和non-sequential的方法模擬refractive,reflective和diffractive光線追跡。ZEMAX用“surface”為sequentialraytracing建模；用“component”或solidobjectmodel為non-sequentialraytracing建模。Purelysequential：

傳統(tǒng)的鏡頭設(shè)計(jì)，和大多數(shù)成像系統(tǒng);Hybridsequential/non-sequential(akaNSCwithports)

同時(shí)有sequential組件和non-sequential組件（如prism,pipe）的系統(tǒng);

用“ports”為光線進(jìn)入和離開(kāi)NSgroup的出入口;Purelynon-sequential(akaNSCwithoutports)

用于illumination,scattering,straylightanalysis;

不用“ports”。10/24/202310版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司RayTracing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(jì)；?以光學(xué)面（surface）為對(duì)象來(lái)構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)模型；?光線從物面開(kāi)始（常為surface0）?按光學(xué)面的順序計(jì)算（surface0,1,2…），對(duì)每個(gè)光學(xué)面只計(jì)算一次；?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；?可進(jìn)行analysis,Optimization及Tolerancing；10/24/202311版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Sequentialsystem例子10/24/202312版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司RayTracing的3種方式（II）（2）Hybridsequential/non-sequential(akaNSCwithports)?所有object都是3Dshellorsolids；

?每個(gè)object都在一個(gè)空間坐標(biāo)系中定義了其特性；

?光線從inputport進(jìn)入non-sequentialgroup；從exitport離開(kāi)NSgroup；?光線在NSC中一直追跡，直到它遇到下列情況才終止：

Nothing

Exitport

能量低于定義的閾值。?忽略NSgroup內(nèi)的光源和探測(cè)器；

?進(jìn)入NSgroup的光線的特性，由序列性的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如視場(chǎng)位置和瞳的大小等決定。10/24/202313版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司NSCwithportssystem例子10/24/202314版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司RayTracing的3種方式（III）（3）Purely

Non-sequential(akaNSCwithoutport)?所有object都是3Dshellorsolids；?每個(gè)object都在一個(gè)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(jì)算時(shí)光學(xué)元件的相對(duì)位置由空間坐標(biāo)確定；對(duì)同一元件，可同時(shí)進(jìn)行穿透、反射、吸收及散射的特性計(jì)算；?無(wú)法作優(yōu)化及公差分析；這種情況下，可以對(duì)光線進(jìn)行分光，散射，衍射，反射，折射。10/24/202315版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司NSCwithoutportssystem例子10/24/202316版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司ZEMAX用戶(hù)界面10/24/202317版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司ZEMAX用戶(hù)界面類(lèi)型ZEMAX有4種主要類(lèi)型的用戶(hù)界面：Editors:定義和編輯光學(xué)面和其他數(shù)據(jù)；Graphicwindows：顯示圖形數(shù)據(jù)；Textwindows：顯示文本數(shù)據(jù)；Dialogboxes：編輯和回顧其他窗口或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，或者報(bào)告錯(cuò)誤信息等。10/24/202318版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司ZEMAXEditors界面有很多種：Lensdataeditor:基本的lensdata，包括surfacetype,radius,thickness,glass,etc.Meritfunctioneditor:優(yōu)化時(shí)，定義和編輯meritfunction；Multi-Configurationeditor：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)；ToleranceDataeditor：定義和編輯公差數(shù)據(jù)；ExtraDataeditor:需要很多參數(shù)的surfacedata的擴(kuò)展；Non-sequentialcomponenteditor:定義和編輯NSCsources,objects,detectors。10/24/202319版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司ZEMAXEditors10/24/202320版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司GraphicandText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fanplot）；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(diǎn)一下菜單欄中的“Text”；10/24/202321版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司GraphicandTextwindows例子大部分圖形窗口都提供文本信息。10/24/202322版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司GraphicandTextwindows例子點(diǎn)Text菜單欄，可以看到圖形窗口中的文本信息。10/24/202323版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Graphicswindows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；Copyclipboard:將內(nèi)容拷貝到剪切板中；Export:將內(nèi)容轉(zhuǎn)換為WMF，EMF，JPG，BMP文件保存；Lock:鎖定窗口；Clone:Clone窗口；Aspectratio:設(shè)置窗口的長(zhǎng)寬比；Activecursor:對(duì)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(gè)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)；Overlay：不同圖形重疊顯示；10/24/202324版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Textwindows菜單功能Text:產(chǎn)生圖形所對(duì)應(yīng)的文本數(shù)據(jù)；Zoom:對(duì)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:Copyclipboard:將內(nèi)容拷貝到剪切板中；Save:保存ASCIITXT文件；Lock:鎖定窗口；Clone:Clone窗口；Configuration:選擇要顯示哪個(gè)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)；steven:10/24/202325版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Dialogboxes

ZEMAX的大部分圖形和文本窗口都包含有設(shè)置對(duì)話框。10/24/202326版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司數(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?yàn)椴皇菢?biāo)準(zhǔn)格式，對(duì)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3Dsolids；可以輸出為lines;在Tool菜單欄中。10/24/202327版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Sessionfile的概念Sessionfile

：在保存文件時(shí)，如果選擇Sessionfile，則它包括lensfile,所有圖形和文本窗口，editors,它們?cè)谄聊簧系拇笮『臀恢茫懊總€(gè)窗口的設(shè)置。此時(shí)，除了一個(gè)ZMX文件以外，還有一個(gè)SES文件。10/24/202328版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司LensData10/24/202329版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Lensdata的組成Sequentiallensdata-Surfacedata:面的序號(hào);每個(gè)面的相關(guān)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù);光學(xué)系統(tǒng)的孔徑;波長(zhǎng);視場(chǎng)。進(jìn)行優(yōu)化時(shí),還需要：變量;優(yōu)化函數(shù)。ForNSCwithoutportsystem,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(zhǎng)。10/24/202330版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Surfacedata的組成Theradiusofcurvature:面的曲率半徑，根據(jù)符號(hào)規(guī)則確定符號(hào)；Thethicknessofthesurface:到下個(gè)面的相對(duì)距離，滿(mǎn)足符號(hào)規(guī)則（用local坐標(biāo)系）；Theglasstypeofthesurface:可以直接輸入玻璃的名稱(chēng)，也可以輸入折射率和色散系數(shù)（如果是空氣，則為空格）；Thesemi-diameterofthesurface(optional)：面的孔徑；Otherdata（parameterorextradata）:描述面形的參數(shù)。10/24/202331版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Surfacedata的符號(hào)規(guī)則鏡頭數(shù)據(jù)（LensData）：曲率半徑、厚度、材質(zhì)和其他參數(shù)。各量符號(hào)規(guī)定：Thickness：從左到右距離為正，否則為負(fù)。+—+—+—10/24/202332版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司SurfaceType（1）提供了近60種的光學(xué)曲面面形。主要類(lèi)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UserDefinedSurface。用戶(hù)只需要按照它的語(yǔ)法規(guī)定，用C++語(yǔ)言編寫(xiě)DLL文件與ZEMAX相連接就可以建立自己需要的面形。10/24/202333版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Thesystemaperture它是很重要的一個(gè)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。10/24/202334版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Systemaperturetypes?EntrancePupilDiameter(EPD):直接指定入瞳的大小；?ImageSpaceF/#:無(wú)限共軛像空間近軸F數(shù)（f/D,只用于物距無(wú)窮遠(yuǎn)）；?ObjectSpaceNumericalAperture：物空間邊緣光線的數(shù)值孔徑nsinθ（物在有限遠(yuǎn)處,保持N.A.為常數(shù)）；?FloatbySize：EPD的大小由光欄的半徑?jīng)Q定；?ParaxialworkingF/#:像空間中定義的共軛近軸1/2ntan，忽略像差；?ObjectConeAngle:物空間邊緣光線的半角，最大可以達(dá)到90度（物在有限遠(yuǎn)）。10/24/202335版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司FieldpointsZEMAX常常用點(diǎn)光源定義視場(chǎng)或物的大?。憾x了點(diǎn)光源以后，可以建立擴(kuò)展光源的模型；對(duì)每個(gè)系統(tǒng)最多可以定義12個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)。ZEMAX支持4種不同視場(chǎng)形式：Fieldangle:投影到入瞳上XZ和YZ平面上時(shí)，主光線與Z軸的夾角。大多用在無(wú)限共軛系統(tǒng)。Objectheight: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)）ParaxialImageheight: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）Realimageheight:像面上實(shí)際像高。用于需要固定framesize的設(shè)計(jì)中（如cameralenses）。10/24/202336版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Fieldpoints示例10/24/202337版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司W(wǎng)avelengthsZEMAX對(duì)每個(gè)系統(tǒng)最多允許定義12個(gè)波長(zhǎng)。并且必須指定主波長(zhǎng)，根據(jù)不同波長(zhǎng)的重要性，權(quán)重可以不同。波長(zhǎng)的單位為微米。10/24/202338版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Variableparameters在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)置變量，ZEMAX會(huì)調(diào)整這些變量，以找到最佳設(shè)計(jì)結(jié)果。變量可以是任何量，包括radii,thicknesses,indices,Vnumbers,partialdispersions,conicconstants,tiltangles,甚至fieldsandwavelengths。10/24/202339版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Meritfunctions優(yōu)化函數(shù)是用來(lái)定義優(yōu)化控制目標(biāo)項(xiàng)目。它包括設(shè)計(jì)目標(biāo)，邊界條件和計(jì)算結(jié)果的總結(jié)。在優(yōu)化過(guò)程中，用meritfunction的值來(lái)評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)劣。Meritfunction由optimizationoperands組成，ZEMAX提供了200多個(gè)這樣的操作數(shù)，涵蓋了各種目標(biāo)控制條件。10/24/202340版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司TolerancingZEMAX可以對(duì)光學(xué)面的參數(shù)和群組的參數(shù)進(jìn)行公差分析。它提供了二種公差分析模式：(1)sensitivity：給定結(jié)構(gòu)參數(shù)的公差范圍，計(jì)算評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的影響，(2)inversesensitivity：給出評(píng)價(jià)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。10/24/202341版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司結(jié)果報(bào)告可以給出各種數(shù)據(jù)的結(jié)果報(bào)告，可以是圖形、曲線或表格的形式：(1)surfacedata(2)systemdata(3)prescriptiondata(4)reportgraphic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。10/24/202342版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司其他包含有很多公司的玻璃材料庫(kù)，可以進(jìn)行鍍膜分析，可以編輯薄膜，可以進(jìn)行熱分析，可以進(jìn)行偏振光計(jì)算，可以進(jìn)行物理光學(xué)分析和計(jì)算，可以進(jìn)行樣板比對(duì)。10/24/202343版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司練習(xí)：Singlet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)。題目：建立一個(gè)單透鏡，入瞳直徑為40mm，二個(gè)面的曲率半徑分別為50mm,-60mm，中心厚度為4mm視場(chǎng)0,7，10度波長(zhǎng)：可見(jiàn)光玻璃材料：BK710/24/202344版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Solves10/24/202345版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司W(wǎng)hataresolves?Solves是ZEMAX中可以主動(dòng)調(diào)整特定值的功能?？梢詾閏urvatures,thicknesses,glasses,semi-diameters,conics,andparameters等參數(shù)指定solve。Solves的設(shè)置，只需要在希望放置solve功能的欄中點(diǎn)右鍵或雙擊左鍵就可以了。Solves的應(yīng)用有很多：MaintainingF/#:用MRA或F/#curvaturesolve；Maintainingparaxialfocus:用MRH；Maintainingedgethickness;Linkingvaluestogether:pickupsolve;Holdingadistancebetweensurfaces:positionsolve。10/24/202346版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Curvaturesolves10/24/202347版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司MarginalrayangleorF/#Marginalrayangleθm(r/f)決定F/#：F/#＝1/2NA=1/2nsin(θm)如果系統(tǒng)為slow（即F/#大，如F/10或更慢）時(shí)，F(xiàn)/#=1/2nsin(θm)＝1/(2nθ)

MRAsolve可以調(diào)整任何面（一般是最后一個(gè)glass-air面）的曲率半徑，在優(yōu)化時(shí)，保持F/#固定不變。θm（r/f，-號(hào)表示是會(huì)聚光，+號(hào)表示是發(fā)散光），可以控制透鏡的有效焦距f(EFL)；10/24/202348版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司CurvaturesolvesChiefrayangle:控制特定的放大率或使出射光線保持準(zhǔn)直（maintainingcollimation）；Pickup:指定前面某個(gè)面，使當(dāng)前面的曲率半徑和指定的面保持確定關(guān)系；Marginalraynormal：迫使光學(xué)面與近軸邊緣光線垂直，也叫image-centeredsurface。產(chǎn)生沒(méi)有球差或彗差的光學(xué)面；Chiefraynormal:迫使光學(xué)面與近軸主光線垂直，也叫pupil-centeredsurface。產(chǎn)生沒(méi)有彗差、像散或畸變的光學(xué)面；Alplanatic(齊明的):迫使光學(xué)面對(duì)近軸邊緣光線齊明的（消球差）。產(chǎn)生沒(méi)有球差、彗差或像散的等光程光學(xué)面。10/24/202349版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司CurvaturesolvesElementpower:光學(xué)系統(tǒng)的光焦度（n/f）。使指定的光學(xué)元件的光焦度保持不變，可以控制有效焦距；Concentricwithsurface:控制面的曲率，使這個(gè)面的曲率中心落在前面某個(gè)面上；Concentricwithradius:控制面的曲率，使此面的中心與指定的面（前面）的中心為同一點(diǎn)。F/#(Fnumber):控制面的曲率，使從這個(gè)面出射的邊緣光線角為-1/2F（F即為D/f，D為入瞳直徑，f為有效焦距）?？梢钥刂葡到y(tǒng)的有效焦距。10/24/202350版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Thicknesssolves10/24/202351版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Thicknesssolves?Marginalrayheight:定位像平面（常用控制近軸邊緣光線在后一個(gè)面上的高度，使像面處在近軸焦點(diǎn)上）；還可以約束特定的光束；?Chiefrayheight:定位pupilplane（近軸主光線高度）。可以將光學(xué)面移到瞳面上；（應(yīng)用：1、它可以將參考面固定地處在pupil上，2、定位入、出瞳）；?Edgethickness:控制二個(gè)面之間的距離，使其在半徑為某個(gè)值處為規(guī)定的值?？梢员苊膺吘壓穸葹樨?fù)或邊緣太尖銳；Pickup：使這個(gè)面的thickness值隨指定的面按一定規(guī)律變化；（主要用于：doublepasssystem,endoscopes,relaylens等包含多個(gè)相同元件的系統(tǒng)中），10/24/202352版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司ThicknesssolvesOpticalpathdifference:調(diào)整thickness，使指定光瞳坐標(biāo)處的光程差維持一個(gè)指定的值；例如：在焦點(diǎn)上，邊緣光線和主光線的光程差相等，可以在像面前面的一個(gè)面的厚度處設(shè)置OPDSolve。Position:使這個(gè)面到指定參考面的距離（厚度的總和）保持為定值。在變焦鏡頭設(shè)計(jì)中，可以控制它的某一部分保持固定的長(zhǎng)度。也可以約束整個(gè)透鏡的長(zhǎng)度。Compensator:與position非常類(lèi)似,顯示的是所要控制的厚度與參考面厚度之差。表達(dá)式為：T=S-R。S為二個(gè)面的厚度之和，R為參考面的厚度。參考面必須在前面。CenterofCurvature:調(diào)整thickness的值，使后面一個(gè)面處在前面某個(gè)面的曲率中心上。10/24/202353版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Glasssolves10/24/202354版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司GlasssolvesModel:用于玻璃的優(yōu)化。用三個(gè)參數(shù)：d光的折射率、Abbe數(shù)和部分色散項(xiàng)。只能用于可見(jiàn)光，可能得到不存在的玻璃；(不常用)?Pickup：隨某個(gè)指定的面一起變化；?Substitute：用于glassoptimization，它更容易且可靠。在優(yōu)化時(shí)，用hummer優(yōu)化算法查到合適的玻璃。Offset：允許在折射率或者Abbe數(shù)上增加一個(gè)小的偏移量。用于公差計(jì)算。10/24/202355版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Semi-Diametersolves10/24/202356版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Semi-DiametersolvesAutomatic：根據(jù)入瞳自動(dòng)調(diào)整孔徑大小Fixed：輸入為固定的值PickupMaximum：在multipleconfiguration中，計(jì)算所有結(jié)構(gòu)中的半徑值，然后使用最大的一個(gè)值。10/24/202357版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司其它solvesConic，Parameters也可以設(shè)置solve，但一般只有Fixed,Variable和Pickup三種類(lèi)型。Coordbreak的Parameters可以設(shè)置chiefray的求解類(lèi)型。只用于coordinatebreak面的前4個(gè)參數(shù)。10/24/202358版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Solve使用建議Solve的計(jì)算是從第1個(gè)面到像面順序進(jìn)行的，對(duì)參數(shù)計(jì)算的順序是：curvature,thickness,glass,semi-diameter,conic,parameter；因?yàn)閏urvature和thickness的求解會(huì)影響入瞳的位置，所以不允許將依賴(lài)于光線追跡的求解放在光欄的前面（如marginalrayheight）；Solve是高效的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能用它來(lái)代替優(yōu)化變量控制一些參數(shù)。10/24/202359版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司練習(xí)用Solve求解的方法，將前面設(shè)計(jì)的單透鏡的焦距控制為100mm，用Solve將像面移到焦點(diǎn)上。10/24/202360版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Analysis10/24/202361版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司像質(zhì)評(píng)價(jià)與分析※ZEMAX提供了豐富的像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)小像差系統(tǒng)的波像差、圓內(nèi)能量集中度；評(píng)價(jià)大像差系統(tǒng)的點(diǎn)列圖、彌散圓；MTF、PSF;幾何像差評(píng)價(jià)方法?！梢越o出Seidel和ZERNIKE像差系數(shù)※可以進(jìn)行擴(kuò)展光源的分析※像質(zhì)評(píng)價(jià)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(bào)表。10/24/202362版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司像質(zhì)評(píng)價(jià)報(bào)告結(jié)果示例10/24/202363版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)※Fans(扇形圖，垂軸幾何像差等)※SpotDiagram(幾何點(diǎn)列圖，彌散斑)※MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）※PSF（點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)）※Wavefront(波像差)※能量分析※Miscellaneous(雜項(xiàng)，幾何像差)※像差系數(shù)※擴(kuò)展光源分析10/24/202364版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Layout?2D,3D：系統(tǒng)的2維和3維圖。如果系統(tǒng)不是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的，則只能用3Dlayout；?Wireframe：3維網(wǎng)格圖；?ShadedModel,SolidModel：3維固體圖。solidmodelplot對(duì)一些自定義的aperturesorobscurations不能正確畫(huà)出地surface;?

ZemaxElementDrawing：用于車(chē)間加工的工程圖?？梢允莝urface,singlet,doublet；?ISOElementDrawing：按照ISO10110標(biāo)準(zhǔn)?？梢允莝urface,singlet,doublet。?NSCLayout10/24/202365版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Fan?

RayAberration：子午和弧矢垂軸像差，它全面反映了細(xì)光束和寬光束的成像質(zhì)量。它是光線在理想像面上的交點(diǎn)和主光線在理想像面上交點(diǎn)間的距離，可以看出理想像面上像的最大彌散范圍。橫坐標(biāo)是歸一化入瞳坐標(biāo)。?

OpticalPath：實(shí)際光線和主光線的OPD之差(波像差)。OPDvs.歸一化出瞳坐標(biāo)曲線圖；只能對(duì)光欄后的面進(jìn)行計(jì)算。?

PupilAberration：光欄面上實(shí)際光線交點(diǎn)和軸上主波長(zhǎng)近軸光線交點(diǎn)坐標(biāo)之差與近軸光欄半徑之比。光欄面上入瞳畸變vs.歸一化入瞳坐標(biāo)?？梢灾笇?dǎo)是否要用rayaiming。10/24/202366版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司SpotDiagrams?

Standard：顯示不同視場(chǎng)的SpotDiagram，給出GEO和RMSspotsize及AiryDisk；?Throughfocus：離開(kāi)焦平面不同距離的spotdiagram?？梢怨罍y(cè)像散，或者分析最佳焦點(diǎn)或者焦深；?FullField：所有視場(chǎng)的點(diǎn)列圖?？梢源_認(rèn)二個(gè)很近的像點(diǎn)是否能夠被分辨；?Matrix,ConfigurationMatrix：同時(shí)列出不同結(jié)構(gòu)的所有視場(chǎng)的點(diǎn)列圖。10/24/202367版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司FFTMTF?FFTMTF:用FFT算法計(jì)算所有視場(chǎng)的衍射MTF(OPD<10wave)。假定在出瞳上的光線分布是均勻的。截止頻率為1/(λF/#)=1/2λnsinθ；物的類(lèi)型有：正弦波(real,imaginary,phase)和方波(square)響應(yīng)。?FFTThroughFocusMTF:在指定空間頻率下，F(xiàn)FTMTFvs.focusshift；?FFTSurfaceMTF：顯示MTF數(shù)據(jù)的3Dsurface,contour,greyscale或Colormap；?FFTMTFvs.Field:以圖的形式顯示FFTMTFvs.Fieldposition；?FFTMTFmap:在一個(gè)矩形視場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，計(jì)算不同視場(chǎng)點(diǎn)的FFTMTF。10/24/202368版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司HuygensMTF?

HuygensMTF：計(jì)算HuygensPSF的FFT。出瞳存在嚴(yán)重的拉伸時(shí)，在出瞳上的光線分布不均勻，比FFTMTF更普遍使用。?HuygensThroughFocusMTF:vs.focusshift：在不同離焦距離下的HuygensMTF的變化曲線；?HuygensSurfaceMTF:用MTF的surface,greyscale,falsecolor或者contourplot顯示數(shù)據(jù)。10/24/202369版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司GeometricMTF?

GeometricMFT：是衍射MTF的近似。當(dāng)OPD比較大時(shí)（如10個(gè)波長(zhǎng)），或者不接近衍射極限時(shí)，計(jì)算幾何MTF；?

GeometricThroughFocusMFT：在指定的空間頻率下，離焦點(diǎn)不同距離處的MTF分布。?

GeometricMFTvs.Field：MTF隨視場(chǎng)的分布曲線。?

GeometricMTFMap:MTFvs.X，Y視場(chǎng)。X，Y坐標(biāo)表示二個(gè)方向的視場(chǎng)，用偽彩色表示MTF隨視場(chǎng)的分布情況10/24/202370版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司PSF?FFTPSF:用FFT的方法計(jì)算衍射的PSF。出瞳上波前復(fù)振幅的FFT，計(jì)算系統(tǒng)中單個(gè)點(diǎn)光源通過(guò)系統(tǒng)所成衍射像的強(qiáng)度，計(jì)算速度快。?FFTPSFCrossSection：FFTPST剖面圖；?FFTLine/EdgeSpread：FFT線/刀口擴(kuò)散函數(shù)；?HuygensPSF：根據(jù)Huygens原理，用Huygens子波直接積分的方法計(jì)算。認(rèn)為波面上每個(gè)點(diǎn)是一個(gè)理想的點(diǎn)光源，即子波（wavelet）。唯一不足是計(jì)算速度慢。?HuygensPSFCrossSection：Huygens

PST剖面圖10/24/202371版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司W(wǎng)avefront?

WavefrontMap:顯示波像差圖。?

Interferogram（用于干涉系統(tǒng)分析中）：產(chǎn)生和顯示干涉圖；?

FoucaultAnalysis(傅科刀口分析)：產(chǎn)生和顯示Foucault刀口陰影圖。模擬焦點(diǎn)附近任何位置上x(chóng)或者y方向的刀口，然后計(jì)算由刀口漸暈光束回到近場(chǎng)的陰影圖。10/24/202372版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Surface?

SurfaceSag：在XY平面上均勻網(wǎng)格點(diǎn)上計(jì)算的，顯示z方向的sag值。

?

SurfacePhase：顯示某個(gè)面對(duì)通過(guò)的光線的位相改變情況，單位為周期。10/24/202373版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司RMSRMSvs.Field：RMSradial,x,andyspotradius,RMSwavefronterror,orStrehlratio對(duì)視場(chǎng)角的變化曲線；RMSvs.Wavelength：RMSradial,x,andyspotradius,RMSwavefronterror,orStrehlratio對(duì)波長(zhǎng)的變化曲線；RMSvs.Focus：RMSradial,x,andyspotradius,RMSwavefronterror,orStrehlratio對(duì)焦點(diǎn)位置變化的曲線。10/24/202374版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Encircledenergy?

Diffraction:點(diǎn)物的像面上，某個(gè)半徑范圍內(nèi)包含的能量占整個(gè)能量的百分比vs.到主光線或像的質(zhì)心的距離；?Geometric:用光線-像面交點(diǎn)數(shù)目的方法計(jì)算園內(nèi)能量；?Line/EdgeResponse:計(jì)算線物或者邊緣物（半無(wú)限大平面）的像的光強(qiáng)分布圖的截面圖；?ExtendedSource:用擴(kuò)展光源分析。10/24/202375版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Illumination?

RelativeIllumination：在均勻的Lambertian照明下，出瞳上相對(duì)照度vs.radialyfield曲線；?

VignettingPlot：漸暈光線比例vs.視場(chǎng)角曲線;?IlluminationXYscan：擴(kuò)展光源，沿像面截面照度的分布曲線;?Illumination2Dsurface：在一個(gè)二維面上計(jì)算擴(kuò)展光源的照度分布的像。10/24/202376版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司ImageAnalysisImageAnalysis實(shí)際上就是擴(kuò)展光源成像分析。主要目的是顯示物通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后的直觀像。這個(gè)物可以是自定義，也可以是標(biāo)準(zhǔn)的24－bit彩色BMP或JPEG文件，可以是任何形狀。有三類(lèi)imageanalysis:（1）GeometricusingIMAfile:適合看大視場(chǎng)的效果和大像差系統(tǒng)，如畸變；（2）GeometricusingBMPfile:同（1）（3）DiffractionusingIMAfile:適合看小視場(chǎng)和中等像差的系統(tǒng)效果，如外形邊緣的衍射模糊。10/24/202377版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司ImageAnalysis?GeometricImageAnalysis:可以對(duì)擴(kuò)展光源建模、分析分辨率、表示所成像的物的外貌及直觀地看到像的旋轉(zhuǎn)情況；用特殊的IMAorBIM文件。?GeometricbitmapImageAnalysis:用RGBbitmap文件作光源，產(chǎn)生RGB彩色像。用幾何光線追跡；?DiffractionImageAnalysis：基于Fourier光學(xué)，用OTF計(jì)算擴(kuò)展光源的像的外觀。OTF不變；這種方法考慮有限通帶和其它在像面上與衍射有關(guān)效應(yīng)。?ExtendedDiffractionImageAnalysis：用OTF計(jì)算擴(kuò)展光源的像的外觀。像面上不同視場(chǎng)上的OTF不同。10/24/202378版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Miscellaneous?

FieldCurvature：不同視場(chǎng)的場(chǎng)曲曲線；當(dāng)前焦平面到近軸焦面的距離，縱軸為歸一化視場(chǎng)，(S,T曲線之間的橫向距離就是象散)?Distortion：不同視場(chǎng)的畸變曲線；?GridDistortion:網(wǎng)格畸變圖；?FootprintDiagram：足跡圖分析。光線在不同面上的分布情況圖；?LongitudinalAberration：縱向像差，即球差?？v軸是歸一化入瞳坐標(biāo)，橫軸是像面到光線與光軸交點(diǎn)之間的距離。僅用于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)。?LateralColor：橫向色差，即垂軸色差(或放大率色差)Vs.視場(chǎng)。僅用于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)。10/24/202379版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Miscellaneous?Y-Ybar圖：每個(gè)面上邊緣光線高度Vs.近軸斜入射主光線高度；?ChromaticFocalShift:彩色焦移曲線。后節(jié)距隨波長(zhǎng)的變化曲線；?DispersionDiagram：玻璃色散曲線。折射率vs.波長(zhǎng)；?GlassMap:根據(jù)折射率和Abbe數(shù)畫(huà)出的玻璃分布圖；?Int.Transmissionvs.Wavelength：不同厚度的玻璃透過(guò)率情況。10/24/202380版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司AberrationcoefficientsSeidelCoefficients：顯示每個(gè)面的Seidel系數(shù)，包括總的,橫向的，縱向的和波像差的系數(shù)；只能適用于所有面都是standardsurface的系統(tǒng)；ZernikeFringeCoefficients：用條紋多項(xiàng)式表示的Zernike系數(shù)，共37項(xiàng)；ZernikeStandardCoefficients：正交的Zernikecoefficients，共28項(xiàng)；ZernikeAnnularCoefficients：正交的Zernikecoefficients，共22項(xiàng)；10/24/202381版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Calculations?RayTrace:單根近軸和真實(shí)光線追跡時(shí)，光線在各個(gè)面上的交點(diǎn)坐標(biāo)（光線的方向余弦、角的正切、近軸邊緣光線和主光線的夾角）；?FiberCouplingEfficiency:計(jì)算單模光纖耦合系統(tǒng)的耦合效率。?YNIContributions:列出每個(gè)面的近軸YNI（Y：近軸像高；N：折射率，I：入射角）貢獻(xiàn)值；拉赫不變量。?SagTable：列出所選面上，距頂點(diǎn)不同距離處的surfacesag(z坐標(biāo))。給出最佳擬合球面的數(shù)據(jù)及偏差，在鏡頭制造時(shí)有用。只考慮y坐標(biāo)，所以對(duì)非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)會(huì)無(wú)意義。?CardinalPoints：基點(diǎn)。給出所選擇的面范圍內(nèi)的子系統(tǒng)對(duì)所選波長(zhǎng)的焦面、主（反主）平面、節(jié)（反節(jié)）平面。10/24/202382版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司PolarizationPolarizationRayTrace：顯示單根光線的偏振數(shù)據(jù)；?

Polarizationpupilmap：顯示瞳上偏振狀態(tài)的變化情況；不同面上偏振橢圓vs.瞳位置圖；?Transmission:考慮偏振時(shí)，主光線在各個(gè)面上的透射率；PhaseAberration：計(jì)算偏振引起的光學(xué)系統(tǒng)的像差，主要是電介質(zhì)折射和導(dǎo)體及電介質(zhì)的反射引起的。指定視場(chǎng)和波長(zhǎng)，像面上X和Y方向的偏振位相像差。TransmissionFan：每個(gè)視場(chǎng)和波長(zhǎng)上，透過(guò)率vs.瞳上弧矢或子午光瞳像差?？梢源_定瞳上透過(guò)率對(duì)視場(chǎng)和波長(zhǎng)的變化情況。10/24/202383版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Coatings?Reflection:反射光線，計(jì)算電場(chǎng)的S，P分量及其平均偏振強(qiáng)度系數(shù)對(duì)入射角及波長(zhǎng)的關(guān)系曲線；?Transmission:透射光線，計(jì)算電場(chǎng)的S，P分量及其平均偏振強(qiáng)度系數(shù)對(duì)入射角及波長(zhǎng)的關(guān)系曲線；?Absorption:吸收光線，計(jì)算電場(chǎng)的S，P分量及其平均偏振強(qiáng)度系數(shù)對(duì)入射角及波長(zhǎng)的關(guān)系曲線；?Diattenuation:反射R和透射T的二次衰減對(duì)入射角和波長(zhǎng)的關(guān)系曲線；?Phase:反射或者透射光線的S和P偏振的位相對(duì)入射角和波長(zhǎng)的關(guān)系曲線；?Retardance:計(jì)算指定面的位相延遲。10/24/202384版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Optimization10/24/202385版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司內(nèi)容提要

Optimization概述

Dampedleastsquares

Constraints

DefaultMeritfunctions

Operands

10/24/202386版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司

Optimization概述optimization是ZEMAX最重要的功能之一。optimization是通過(guò)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surfacecurvatures,elementandair-spacethicknesses,tiltangles,etc.用Operands定義Meritfunction，通過(guò)比較給定光學(xué)系統(tǒng)和滿(mǎn)足所有設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)的MF值，來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的好壞。一般用迭代（iterative）的方法,為變量選定一個(gè)起始點(diǎn)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。10/24/202387版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司LocalOptimization這種近似與初始點(diǎn)的選擇有關(guān)

：如果起始點(diǎn)選在RegionAorRegionC,則可以在x=aorx=c到達(dá)local最小值,而不是在x=b處的

global最小值。10/24/202388版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司LocalVS.GlobalOptimizationLocaloptimization：從給定的起始點(diǎn)，找到能夠達(dá)到的最佳設(shè)計(jì)；上圖中的a,b,c都是Local最佳設(shè)計(jì)值；Globaloptimization：在一個(gè)范圍內(nèi)找到最佳設(shè)計(jì)。上圖中只有b是Global最佳設(shè)計(jì)值。10/24/202389版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Optimization過(guò)程10/24/202390版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司DampedLeastSquares(DLS)DLS算法是所有光學(xué)設(shè)計(jì)軟件中的基本優(yōu)化算法。假定Meritfunction定義為如下形式：

式中W為操作數(shù)的權(quán)重的絕對(duì)值，V為當(dāng)前值，T是目標(biāo)值，下標(biāo)i是操作數(shù)的號(hào)碼(rownumberinthespreadsheet).目標(biāo)：找出x使MF的值最小。10/24/202391版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Constraints要約束某個(gè)量，可以有三種方法：Solves：可以精確地對(duì)一些近軸特性進(jìn)行控制。如在鏡頭的最后一個(gè)面設(shè)置axialrayanglesolve為–0.1，則可以使

f–number保持常數(shù)5；在Meritfunction用操作數(shù)控制變量的范圍:在Meritfunction中增加operand，控制某個(gè)量的最大值或最小值。如厚度＞10;Constraintoperands：控制Operand，使控制的量為定義的精確數(shù)值。10/24/202392版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司CommonconstraintsLens要有一定的size,cost,weightEdge和centerthickness必須為正Minimumnumberofelementsdesired加工制造盡可能簡(jiǎn)單盡可能用便宜的材料10/24/202393版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司DefaultMeritfunctions10/24/202394版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司DefaultMeritfunctions

支持20多個(gè)不同的DefaultMeritfunctions：Optimizationtype：RMSorPeak-To-ValleyDatatype:

Wavefront,spotradius,spotx,spoty,orspotxplusspotyReferencepoint：ReferencetoCentroid，ChiefRayorMeanPupilintegrationmethod：UseGaussianQuadratureorRectangularArray上面的優(yōu)化函數(shù)可以自由組合。

GaussianQuadrature：幾乎所有的情況下都用GQ，因?yàn)樗绕渌椒ň_得多，而且用的光線的數(shù)目也很少；不能有漸暈系數(shù)。RectangularArray：GQ的唯一缺點(diǎn)是不能用在帶孔的光學(xué)系統(tǒng)中，這時(shí)候只有用RA。RA算法的優(yōu)點(diǎn)是能夠精確計(jì)算優(yōu)化函數(shù)中的漸暈效應(yīng)。10/24/202395版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司DefaultMeritfunctionsOptimizationtype:系統(tǒng)缺省的優(yōu)化類(lèi)型：1）RMS（commonuse）；

2）PTV（rareuse）：如，如果所有的光線需要落在Fiber或detector的一個(gè)園形區(qū)域內(nèi)，這時(shí)Peak-To-Valley(PTV)會(huì)更好。它使誤差的PTV的范圍最小。Datatype:系統(tǒng)給出的構(gòu)建評(píng)價(jià)函數(shù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型：

1)Wavefront：波像差（像差小于2個(gè)波長(zhǎng)的系統(tǒng)）

2)SpotRadius(彌散圓半徑)（像差大于2個(gè)波長(zhǎng)的系統(tǒng)）3）SpotX（x方向彌散圓的大?。?/p>

4）SpotY（y方向彌散圓的大?。?/p>

5）SpotXandY（x和y方向彌散圓的大?。?0/24/202396版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司DefaultMeritfunctionsReferencepoint：缺省優(yōu)化時(shí)RMS和PTV的參考點(diǎn)。

1）Centroid(質(zhì)心)：常用。特別是數(shù)據(jù)類(lèi)型為波像差時(shí)；當(dāng)出現(xiàn)彗差時(shí)，用質(zhì)心作參考點(diǎn)更有意義，因?yàn)殄绮钍瓜竦馁|(zhì)心偏移主光線。

2）ChiefRay(主波長(zhǎng)的主光線)；

3）Mean(平均值)：只能用于數(shù)據(jù)類(lèi)型是波像差的情況；10/24/202397版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司RingsandArms對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)，積分是在入瞳上的。GQ算法需要指定“Rings”和“Arms”的數(shù)目?！癛ings”指定每個(gè)視場(chǎng)和波長(zhǎng)追跡多少光線；對(duì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)和非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)，光線的數(shù)量不同。

“Arms”指定多少radialarms。指定在pupil中追跡的光線的radialarms數(shù)目。對(duì)大多數(shù)光學(xué)設(shè)計(jì)，3rings足夠了；對(duì)非球面用4個(gè)rings。缺省值，追跡6個(gè)等間隔的(inangle)arms(對(duì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)追跡3個(gè))?？梢愿臑?,10,12。但對(duì)大多數(shù)的光學(xué)系統(tǒng)，6個(gè)足夠了。（因?yàn)閜upilaberration對(duì)角度變化很慢）。10/24/202398版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司RingsandArms這里是缺省的3rings,6arms的pupilsampling。對(duì)LR對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)，只追跡一半的pupil，對(duì)園形對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)，只追跡一個(gè)arm。10/24/202399版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Grids“Grid“只能用于RA算法。其值決定所用的光線的數(shù)目。可以是4x4(16raysperfieldperwavelength),6x6(36raysperfieldperwavelength)等；

如果光線跑到入瞳外面去了，則這個(gè)grid中的光線自動(dòng)略去，所以用的光線的實(shí)際數(shù)目要比gridsize中的少

；應(yīng)用時(shí)，選擇大的griddensity,然后選擇“DeleteVignetted”（meritfunction中的所有光線都會(huì)通過(guò)系統(tǒng)追跡）比較好。因?yàn)檫@樣光線可以充滿(mǎn)pupil,會(huì)刪除漸暈操作數(shù)。光線的數(shù)目可以精確反映系統(tǒng)的孔徑。10/24/2023100版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司BoundaryvalueThicknessBoundaryvalue：1）正透鏡邊緣厚度；2）負(fù)透鏡中心厚度；3）空氣間隔AssumeAxialSymmetry:可以減少追跡的光線數(shù)目，加速優(yōu)化過(guò)程，但不降低精度；RelativeXWeight：另外增加一個(gè)像差的X分量權(quán)重，象光譜儀中，要用到狹縫像時(shí)，可以用這個(gè)進(jìn)行控制；OverallWeight:一般設(shè)置為1。IgnoreLateralColor：對(duì)不同的波長(zhǎng)按不同的參考點(diǎn)計(jì)算。用于按波長(zhǎng)來(lái)分光分色系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如棱鏡或者光譜儀等。10/24/2023101版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司W(wǎng)eight操作數(shù)的權(quán)重：絕大部分為正。1）<0，相當(dāng)于權(quán)重為無(wú)窮大；2）=0，不考慮這個(gè)操作數(shù)；3）>0，使MF最小。10/24/2023102版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司DefaultMeritfunctions的不足如果field、wavelengthvalues、weights改變了，則必須重新構(gòu)建defaultmerit

function.如果用RA算法，如果在優(yōu)化過(guò)程中漸暈有一點(diǎn)變化，也需要重新構(gòu)建defaultmeritfunction.10/24/2023103版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Operands

ZEMAX提供了200多種操作數(shù)(用4個(gè)大寫(xiě)字母縮寫(xiě)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。10/24/2023104版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司DefiningcomplexoperandsZEMAX缺省的MF不能滿(mǎn)足用戶(hù)需要時(shí)，用戶(hù)可以自己構(gòu)建評(píng)價(jià)函數(shù)，有兩種方法：對(duì)缺省的meritfunction進(jìn)行重新定義；用operands手動(dòng)編輯meritfunction，10/24/2023105版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司用

MTF操作數(shù)優(yōu)化MTF

MTF操作數(shù)能夠直接優(yōu)化MTF的值

，這個(gè)功能很強(qiáng)。但使用時(shí)需要注意：對(duì)不接近diffractionlimit的系統(tǒng)（波像差大于2－5個(gè)波長(zhǎng)）,用

geometric等效的

MTFoperands：GMTT,GMTS和

GMTA.如果sampling太低，則MTF的返回值為0。初始系統(tǒng)為平行平板時(shí)，不能得到精確的MTF。用MTF操作數(shù)時(shí)，int1為采樣密度；int2表示波長(zhǎng)；Hx為視場(chǎng)點(diǎn)的號(hào)；Hy為空間頻率（cycle/mm），如果超過(guò)截止頻率，則返回值為0。10/24/2023106版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司對(duì)zoom和multi-configurationlenses的優(yōu)化這種情況的優(yōu)化與一般的single-configurationlenses的優(yōu)化是一樣的。在優(yōu)化時(shí)，所有的結(jié)構(gòu)會(huì)一起優(yōu)化。10/24/2023107版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Optimization使用建議在設(shè)計(jì)的初期，優(yōu)化時(shí)不需要追跡所有視場(chǎng)和波長(zhǎng)的光線。這可以節(jié)省計(jì)算時(shí)間。權(quán)重設(shè)置為0的視場(chǎng)或波長(zhǎng)不進(jìn)行追跡。使用視場(chǎng)點(diǎn)平衡用solve代替variables+constraints盡可能用缺省優(yōu)化函數(shù)使用邊界條件控制操作數(shù)使用對(duì)稱(chēng)性可以只用Y視場(chǎng)嘗試交換Meritfunctions：在spotradius和wavefront之間交換一下，可能會(huì)使其起始點(diǎn)發(fā)生一些改變查看無(wú)用的變量要搞清楚哪些量在變用Hammer優(yōu)化10/24/2023108版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司使用視場(chǎng)點(diǎn)平衡選擇適當(dāng)?shù)囊晥?chǎng)點(diǎn)數(shù)目，使視場(chǎng)劃分為等面積的園環(huán)。對(duì)比較小的視場(chǎng)，就用0,1二個(gè)視場(chǎng)；對(duì)中等視場(chǎng)（小于20度），用0,0.7和1三個(gè)視場(chǎng)；對(duì)大的視場(chǎng)，用0，0.577,0.816和1四個(gè)視場(chǎng)。10/24/2023109版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司使用solve盡量用solve的功能。例如：有二種方法去控制邊界條件：1）使所有的量都為變量，然后在meritfunction中加入操作數(shù)；2）去掉一個(gè)沒(méi)用的變量，用solve代替。例如：在curvature上用MRA或F/#solve控制F/#或EFL；用thickness上MRHsolve控制焦點(diǎn)位置；用Pick-Upsolve使不同面的對(duì)應(yīng)量之間保持聯(lián)系；用Positionsolve控制長(zhǎng)度。10/24/2023110版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司盡可能用缺省優(yōu)化函數(shù)ZEMAX的defaultmeritfunction很好用。對(duì)瞳為園形（或者是考慮漸暈因子的橢園形）的系統(tǒng)，用GQ算法；如果光學(xué)系統(tǒng)的接近衍射極限，則用RMSWavefront（PTVOPD<2波長(zhǎng)）；否則用RMSSpotRadius;用Centroid作為參考點(diǎn)比用Chiefray要好一些；通常可以用不同的優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，再看看哪一個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果更好。10/24/2023111版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司要知道哪些量在變化如果不知道哪里有問(wèn)題，就無(wú)法去解決它。了解像差和系統(tǒng)的聯(lián)系，及對(duì)系統(tǒng)的影響；看Rayfan圖最重要；有些圖，如MTF和encircledenergy告訴你系統(tǒng)的好壞，但不能告訴你哪些變化可以使系統(tǒng)更好；一旦知道了需要確定哪些量，就要用相應(yīng)的工具去優(yōu)化：如果要校正球差，可以在pupil面附近增加asphere,binary

optic,gradientindex,或element；如果要校正視場(chǎng)像差，可以考慮移動(dòng)光欄，或者上面的方法；如果要校正色差，用新玻璃；如果要校正場(chǎng)曲，Petzval,F-theta,也要換玻璃。10/24/2023112版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司用比較好的初始結(jié)構(gòu)一般來(lái)說(shuō)，新的設(shè)計(jì)都是基于原來(lái)的已經(jīng)有的結(jié)構(gòu)的，所以采用合適的初始結(jié)構(gòu)很重要。有一些好的光學(xué)設(shè)計(jì)的資料：書(shū)籍：1）MiltLaikin:<Lensdesign>；2）WarrenSmith:<ModernLensDesign>軟件數(shù)據(jù)庫(kù)：1）ZEBASE:500多個(gè)設(shè)計(jì)，有些來(lái)自Laikin的書(shū)上；2）LensVIEW:大約60000個(gè)光學(xué)設(shè)計(jì)專(zhuān)利。這些設(shè)計(jì)是ZEMAX的形式或者可以直接供ZEMAX讀取的文件格式。10/24/2023113版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司PickUp練習(xí)10/24/2023114版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Double-passsystem目的：學(xué)習(xí)和體會(huì)Pickupsolve的功能。題目：光線通過(guò)一個(gè)透鏡，遇到一個(gè)反射鏡以后，反射回來(lái)，再次通過(guò)這個(gè)透鏡。具體要求為：物距＝100mm，光欄在反射鏡上；透鏡厚度＝10mm，玻璃為BK7，NA＝0.1，二個(gè)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(gè)視場(chǎng)點(diǎn)；光源波長(zhǎng)為0.55μm對(duì)spotradius進(jìn)行優(yōu)化；用pickupsolve保持radii的一致。10/24/2023115版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Step1：Lensdata

New>>打開(kāi)Lensdataeditor＞＞在OBJ和IMA之間插入5個(gè)面。輸入radius,thickness,glass參數(shù)。注意Thickness符號(hào)的變化。Semi-Diameter的數(shù)據(jù)都為0。10/24/2023116版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Step2:Stop設(shè)置在surface3的standard面形處點(diǎn)右鍵或左鍵，彈出surfaceproperty對(duì)話框；將Makesurfacestop復(fù)選框選中，將光欄放在反射鏡上。10/24/2023117版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司Step3:General設(shè)置System>>General(或Gen工具欄按鈕)，彈出General設(shè)置對(duì)話框；10/24/2023118版權(quán)所有2003訊技光電科技(上海)股份有限公司General設(shè)置選擇Aperture