ZEMAX培訓(xùn)教學(xué)講解課件

1、光學(xué)設(shè)計軟件概述

2、ZEMAX基本培訓(xùn)研究所2008-10光學(xué)設(shè)計軟件概述光學(xué)設(shè)計軟件按界面分類

1、命令行界面（DOS時代，COM）國內(nèi)：SOD88，GOLD，CAOD，ABOCA；國外：TOLES，CODEV2、圖形界面（GUI，即GraphicUserInterface）包括了當今所有光學(xué)設(shè)計軟件按光學(xué)系統(tǒng)分類

1、成像系統(tǒng)設(shè)計軟件：CODEⅤ/ZEMAX/OSLO

只解決光信息的傳遞，不關(guān)心實際光能量的分布；

2、非成像系統(tǒng)設(shè)計軟件：LightTools/TRACEPRO/

ASAP

只關(guān)心實際光能量的分布，不解決光信息的傳遞；

項目成像設(shè)計軟件非成像設(shè)計軟件建模方式序列元件（光學(xué)面）非序列元件（實體）計算方式考慮光學(xué)面順序不考慮元件的順序所計算光線數(shù)較少（幾萬條）很多（幾千萬條）對電腦要求一般很高仿真程度實際系統(tǒng)的簡化最接近真實光線仿真數(shù)學(xué)方法最優(yōu)化法,解析法統(tǒng)計法（MonteCarlo）優(yōu)化能力強差兩類設(shè)計軟件的比較成像光學(xué)軟件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體的綜合性光學(xué)設(shè)計仿真軟件。CODEV

是OpticalResearchAssociates公司開發(fā)的大型光學(xué)設(shè)計軟件，歷史最悠久、功能非常強大，價格相當昂貴。OSLO

是OpticalSoftwareforLayoutandOptimization的縮寫，最初是美國Rochester大學(xué)為教學(xué)而編制，后來由美國LambdaResearchCorporation公司推向市場。非成像光學(xué)軟件ASAP

是AdvancedSystemsAnalysisProgram（高級系統(tǒng)分析程序）的縮寫，由美國BRO（BreaultResearchOrganization）公司推出，是世界上最早的非成像光學(xué)軟件。分析功能強大，是光學(xué)系統(tǒng)定量分析的業(yè)界標準。TRACEPRO

是第一套以符合工業(yè)標準的ACIS（固體模型繪圖軟件）為核心所發(fā)展出來的光學(xué)軟件。最初是為美國NASA衛(wèi)星計劃開發(fā)，后由美國LambdaResearchCorporation公司商品化，開始走向市場，它是結(jié)合真實固體模型來作光學(xué)分析的。LightTools

美國ORA公司推出的非成像系統(tǒng)設(shè)計軟件，具有光學(xué)精度的交互式三維實體建模軟件體系，包括核心模塊、照明模塊和資料交換三個主要模塊。ZEMAX概述ZEMAX特點美國ZEMAX（原Focus）公司開發(fā)、將實際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計概念、優(yōu)化、分析、公差及數(shù)據(jù)輸出集成為一體的綜合性光學(xué)設(shè)計仿真軟件?？山⒎瓷洹⒄凵?、衍射及散射等光學(xué)模型；有豐富的資料庫(ZEBASE)，有鏡頭、光學(xué)材料及樣板數(shù)據(jù)；界面直觀、簡單易學(xué)、系統(tǒng)要求低應(yīng)用廣泛、市場占有率高三種不同的版本

ZEMAX-SE（標準版）

ZEMAX-EE（專業(yè)版）

ZEMAX-XE（完整版）ZEMAX主要功能(1)分析提供多功能的分析圖形，對話窗參數(shù)選擇，可將分析圖形存成圖形文件(BMP、JPG)，也可存成文本文件。(2)優(yōu)化

表欄式meritfunction參數(shù)輸入，對話窗預(yù)設(shè)meritfunction參數(shù)；提供多種優(yōu)化方式：LocalOptimization局部優(yōu)化可以快速找到佳值，Global/HammerOptimization則可找到全局最優(yōu)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)。(4)報表輸出

多種圖形報表輸出，可將結(jié)果存成圖形文件或文本文件。ZEMAX算法簡介Raytracing方式Raytracing方式ZEMAX用戶界面ZEMAX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)；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)、報告錯誤信息等。EditorsLensDataEditor：輸入各項透鏡數(shù)據(jù)MeritFunctionEditor：優(yōu)化函數(shù)設(shè)定Multi-Configuration：多重結(jié)構(gòu)參數(shù)定義ToleranceDataEditor：公差分析函數(shù)設(shè)定ExtraDataEditor：附加數(shù)據(jù)Non-SequentialComponentsEditor：輸入非序列描光組件

EditorsGraphicandTextwindowsZEMAX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)),有的兩種格式都支持（如fanplot）；如果兩種格式都支持，則一般先圖形輸出，如果需要顯示text的內(nèi)容，需要點擊菜單欄中的“Text”；GraphicandTextwindows圖例有些功能只支持圖形,有的圖形和文本都支持；GraphicandTextwindows圖例點擊Text菜單欄，可以顯示圖形窗口中的文本信息。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)置窗口的長寬比；Activecursor:對圖形窗口顯示鼠標所指位置的數(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；Textwindows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：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:選擇要顯示哪個結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)；DialogboxesZEMAX的大部分圖形和文本窗口都有設(shè)置對話框ZEMAX基本操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入透鏡數(shù)據(jù)輸入像質(zhì)分析與評價像質(zhì)優(yōu)化公差分析數(shù)據(jù)輸出ZEMAX操作步驟Thesystemaperture設(shè)置SystemaperturetypesField設(shè)置Fieldpoints

示例WavelengthsZEMAX最多允許定義12個波長（單位為微米）必須指定主波長，權(quán)重可以不同。透鏡參數(shù)輸入透鏡符號規(guī)則Surfacetype雙擊Surf:type欄即可設(shè)定提供近70種光學(xué)面型，包括：平面、球面、非球面、光錐面、輪胎面、二元光學(xué)面、雙折射、全息衍射元件、波帶片及光柵（變周期和固定周期）……提供用戶自定義光學(xué)面：用戶按語法規(guī)定，以C++語言編寫DLL文件，存入ZEMAX數(shù)據(jù)夾中即可使用。光學(xué)系統(tǒng)建?；蚍治鰰r常引入虛擬面paraxial和coordinatebreakAsphere（非球面）EvenAsphere（偶次非球面）OddAsphere（奇次非球面）Paraxial（近軸面）Paraxial相當于一個沒有厚度的理想薄透鏡，用于分析和優(yōu)化出射光滿足準直要求的光學(xué)系統(tǒng)。FocalLength及OPDMode參數(shù)的設(shè)定：

1）OPDMode=0適用于小像差系統(tǒng)（<5Wave）

2）OPDMode=1適用于光束有像差且F/#低（fastbeam）系統(tǒng)，或者是非共軸系統(tǒng)OPDMode=1時的計算速度比OPDMode=0慢得多CoordinateBreak是一個虛擬的平面，根據(jù)當前系統(tǒng)定義一個新的坐標系需要六個參數(shù)來描述：

-偏移（X/Y-decenter）

-傾斜（tiltaboutX/Y/Z）

-順序（order0或非0）Order＝0：decenterX/Y、tiltZ/Y/X；Order≠0：tiltX/Y/Z、decenterX/Y關(guān)于SolvesSolves是ZEMAX中可以主動調(diào)整特定值的功能可以為下列參數(shù)指定solve1）curvatures（曲率）

2）thicknesses（厚度）

3）glasses（玻璃）

4）semi-diameters（口徑）

5）parameters在希望設(shè)置solve功能的欄中點右鍵或雙擊左鍵即可CurvaturesSolvesThicknessSolvesGlassSolvesAnalysis分析功能ZEMAX提供了豐富的像質(zhì)評價指標：

1）評價小像差系統(tǒng)的波像差、圓內(nèi)能量集中度

2）評價大像差系統(tǒng)的點列圖、彌散圓、MTF、PSF3）評價幾何像差，可給出Seidel和ZERNIKE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，也有詳細的數(shù)據(jù)報表。像質(zhì)評價指標Layout：系統(tǒng)2D及3D圖形Fans：扇形圖（幾何像差/SpotDiagram：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I(lǐng)llumination：照度分析Miscellaneous：場曲/畸變/球差/色差等幾何像差像差系數(shù)：Seidel和ZERNIKE系數(shù)Coating：鍍膜分析

Optimization最優(yōu)化Optimization是ZEMAX最重要的功能之一。ZEMAX的最優(yōu)化方式有兩種

1）LocalOptimization：局部最優(yōu)化，可以快速找到佳值

2）Global/HammerOptimization：全局最優(yōu)化，運算時間長優(yōu)化前需設(shè)定變量(Variableparameters)，光學(xué)系統(tǒng)中的任意參數(shù)都可以設(shè)定為變量，包括曲率、厚度、光學(xué)材料、conicconstants,tiltangles,甚至視場及波長。用Operands（操作數(shù)）定義Meritfunction，通過比較MF值來評價系統(tǒng)的好壞。一般用迭代（iterative）的方法，為變量選定起始點和優(yōu)化算法，迭代地改變變量值，以找出最小的MF值。Meritfunction優(yōu)化函數(shù)Tolerancing公差分析ZEMAX可以對光學(xué)面和群組的參數(shù)進行公差分析它提供了兩種公差分析模式：