光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX簡(jiǎn)介

光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX簡(jiǎn)介趙晨光1精品PPT|借鑒參考第一頁(yè)，共五十四頁(yè)。什么是ZEMAX？

設(shè)計(jì)工具，助手ZEMAX是一個(gè)用來模擬、分析和輔助設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)的程序。

同類型的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件還有CodeV，Tracepro，Oslo等。2精品PPT|借鑒參考第二頁(yè)，共五十四頁(yè)。ZEMAX特點(diǎn)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(jìn)行偏振、鍍膜和溫度、氣壓等分析有強(qiáng)大的像質(zhì)評(píng)價(jià)和分析功能豐富的資料庫(kù)，大量現(xiàn)成的鏡頭和玻璃、樣板數(shù)據(jù)，可供用戶選擇。3精品PPT|借鑒參考第三頁(yè)，共五十四頁(yè)。ZEMAX界面4精品PPT|借鑒參考第四頁(yè)，共五十四頁(yè)。ZEMAX是焦點(diǎn)公司的產(chǎn)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(gè)版本Zemax-se(標(biāo)準(zhǔn)版)Zemax-xe(完整版)Zemax-ee(專業(yè)版)5精品PPT|借鑒參考第五頁(yè)，共五十四頁(yè)。ZEMAX能夠輔助你設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)，但不能教你如何去進(jìn)行鏡頭或光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，更不能自動(dòng)智能設(shè)計(jì)。用ZEMAX進(jìn)行設(shè)計(jì)需要你的光學(xué)設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。6精品PPT|借鑒參考第六頁(yè)，共五十四頁(yè)。參考書目幾何光學(xué).像差光學(xué).設(shè)計(jì)李曉彤著浙江大學(xué)出版社工程光學(xué)設(shè)計(jì)蕭澤新著電子工業(yè)出版社工程光學(xué)基礎(chǔ)徐家驊著機(jī)械工業(yè)出版社應(yīng)用光學(xué)安連生著北京理工大學(xué)出版社工程光學(xué)郁道銀、談恒英著機(jī)械工業(yè)出版社7精品PPT|借鑒參考第七頁(yè)，共五十四頁(yè)。ZEMAX界面8精品PPT|借鑒參考第八頁(yè)，共五十四頁(yè)。系統(tǒng)孔徑9精品PPT|借鑒參考第九頁(yè)，共五十四頁(yè)。決定入瞳大小，決定光學(xué)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?jīng)Q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10精品PPT|借鑒參考第十頁(yè)，共五十四頁(yè)。設(shè)定視場(chǎng)（Field)可以設(shè)置12個(gè)視場(chǎng)，可以是下面四種形式：﹡物方視場(chǎng)角（Angle(Degree)）﹡物高（ObjectHeight）﹡近軸像高（ParaxialImageHeight）﹡實(shí)際像高（RealImageHeight）11精品PPT|借鑒參考第十一頁(yè)，共五十四頁(yè)。12精品PPT|借鑒參考第十二頁(yè)，共五十四頁(yè)。工作波長(zhǎng)（Wave）

ZEMAX最多可以定義12個(gè)工作波長(zhǎng)。必須設(shè)定一個(gè)主波長(zhǎng)（Primary,也稱作參考波長(zhǎng)），它是用來計(jì)算系統(tǒng)的effectivefocallength,systemapertures,F/#等數(shù)值。其它波長(zhǎng)可用來計(jì)算色差。根據(jù)不同波長(zhǎng)的重要性，權(quán)重可以不同。波長(zhǎng)單位為微米。13精品PPT|借鑒參考第十三頁(yè)，共五十四頁(yè)。14精品PPT|借鑒參考第十四頁(yè)，共五十四頁(yè)。鏡頭數(shù)據(jù)面形

注釋曲率半徑

厚度

材質(zhì)

孔徑鍍膜15精品PPT|借鑒參考第十五頁(yè)，共五十四頁(yè)。練習(xí)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20mm，兩個(gè)面的曲率半徑分別為50mm，-70mm，中心厚度為4mm視場(chǎng)0，7，10度波長(zhǎng)：可見光玻璃材料：BK716精品PPT|借鑒參考第十六頁(yè)，共五十四頁(yè)。例子：雙膠鏡頭設(shè)計(jì)雙膠鏡頭是個(gè)比較好的練習(xí)：幾乎所有光學(xué)設(shè)計(jì)都有雙膠合透鏡，其中一塊正透鏡常用冕玻璃，負(fù)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(shè)計(jì)，可以通過將單透鏡分裂為雙膠合透鏡得到改進(jìn)。雙膠合透鏡包含的結(jié)構(gòu)參數(shù)有：3個(gè)曲率半徑，3個(gè)厚度值，2種玻璃的折射率和V-number，光欄的位置。17精品PPT|借鑒參考第十七頁(yè)，共五十四頁(yè)。設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)選擇合適的玻璃18精品PPT|借鑒參考第十八頁(yè)，共五十四頁(yè)。設(shè)計(jì)過程定義系統(tǒng)的孔徑定義視場(chǎng)和波長(zhǎng)(各3個(gè))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19精品PPT|借鑒參考第十九頁(yè)，共五十四頁(yè)。第一步：系統(tǒng)Generaldata設(shè)置選擇“Gen”按鈕，在aperturetype中選擇Entrancepupildiameter，Aperturevalue為50。20精品PPT|借鑒參考第二十頁(yè)，共五十四頁(yè)。第二步：視場(chǎng)和波長(zhǎng)的設(shè)置點(diǎn)“Fie”和“Wav”按鈕，視場(chǎng)角為0，7，10三個(gè)，波長(zhǎng)直接選擇可見光。21精品PPT|借鑒參考第二十一頁(yè)，共五十四頁(yè)。第三步：建立surfacedata建立6個(gè)面，包括Obj,Stop,3lens和imagesurface。輸入玻璃牌號(hào)，前面為BK7,后面為火石F2。22精品PPT|借鑒參考第二十二頁(yè)，共五十四頁(yè)。第四步：為F/#添加Solve在光學(xué)面4的curvature上，增加solve：將surface4的radius欄上點(diǎn)右鍵，選擇F/#的solvetype，輸入其值為8，ZEMAX會(huì)自動(dòng)調(diào)整這個(gè)面的曲率半徑的值。23精品PPT|借鑒參考第二十三頁(yè)，共五十四頁(yè)。PPT內(nèi)容概述光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX簡(jiǎn)介。精品PPT|借鑒參考。Zemax-ee(專業(yè)版)。用ZEMAX進(jìn)行設(shè)計(jì)需要你的光學(xué)設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。決定入瞳大小，決定光學(xué)系統(tǒng)在物空間收集?？梢栽O(shè)置12個(gè)視場(chǎng)，可以是下面四種形式：。﹡近軸像高（ParaxialImageHeight）。﹡實(shí)際像高（RealImageHeight）。根據(jù)不同波長(zhǎng)的重要性，權(quán)重可以不同。有些設(shè)計(jì)，可以通過將單透鏡分裂為雙膠合透鏡得到改進(jìn)。最小的邊緣/中心厚度為4mm，最大中心厚度為18mm。點(diǎn)“Fie”和“Wav”按鈕，。輸入玻璃牌號(hào)，前面為BK7,后面為火石F2。將2個(gè)曲率半徑和4個(gè)厚度都設(shè)置為變量，。結(jié)果的2Dlayout和rayfan如下：。在曲率半徑上用MRA或F/#控制F/#或EFL。用Pickup使不同面的對(duì)應(yīng)量之間保持聯(lián)系。文件：用于鏡頭文件的打開、關(guān)閉等。編輯：用于調(diào)用其它的編輯窗口。宏：用于編輯運(yùn)行ZPL宏。宏菜單和擴(kuò)展菜單。53第二十四頁(yè)，共五十四頁(yè)。第五步：建立優(yōu)化函數(shù)打開Editor>>Meritfunction，打開Defaultmeritfunction對(duì)話框，選擇RMSspotradius作為優(yōu)化數(shù)據(jù)，加入邊界約束條件。25精品PPT|借鑒參考第二十五頁(yè)，共五十四頁(yè)。第六步：設(shè)置變量并優(yōu)化將2個(gè)曲率半徑和4個(gè)厚度都設(shè)置為變量，優(yōu)化計(jì)算。結(jié)果的2Dlayout和rayfan如下：26精品PPT|借鑒參考第二十六頁(yè)，共五十四頁(yè)。第七步：分析哪些像差已經(jīng)校正了？哪些沒有校正？哪個(gè)是主要的像差？光欄的位置如何？本設(shè)計(jì)中：(1)不需要專門指定色差的目標(biāo)值(2)缺省優(yōu)化函數(shù)對(duì)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(dòng)，會(huì)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(dòng)，以減小橫向色差。27精品PPT|借鑒參考第二十七頁(yè)，共五十四頁(yè)。優(yōu)化（Optimization）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)的值來提高系統(tǒng)的成像質(zhì)量的。28精品PPT|借鑒參考第二十八頁(yè)，共五十四頁(yè)。Zemax提供了默認(rèn)的評(píng)價(jià)函數(shù)29精品PPT|借鑒參考第二十九頁(yè)，共五十四頁(yè)。Zemax提供了200多種操作數(shù)（用4個(gè)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、邊界條件約束、玻璃材料的范圍等。30精品PPT|借鑒參考第三十頁(yè)，共五十四頁(yè)。Optimization使用建議在設(shè)計(jì)初期優(yōu)化時(shí)不需要追跡所有視場(chǎng)和波長(zhǎng)的光線，這樣可以節(jié)省時(shí)間。使用視場(chǎng)點(diǎn)平衡使用solve盡可能用默認(rèn)優(yōu)化函數(shù)要搞清楚哪些量在變用比較好的初始結(jié)構(gòu)31精品PPT|借鑒參考第三十一頁(yè)，共五十四頁(yè)。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)劃分為等面積的圓環(huán)。對(duì)比較小的視場(chǎng)，就用0，1兩個(gè)視場(chǎng)對(duì)中等視場(chǎng)（小于20度），就用0，0.7和1三個(gè)視場(chǎng)對(duì)大的視場(chǎng)，就用0，0.577，0.816和1四個(gè)視場(chǎng)32精品PPT|借鑒參考第三十二頁(yè)，共五十四頁(yè)。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(diǎn)的位置用Pickup使不同面的對(duì)應(yīng)量之間保持聯(lián)系33精品PPT|借鑒參考第三十三頁(yè)，共五十四頁(yè)。標(biāo)題欄及快捷鍵文件：用于鏡頭文件的打開、關(guān)閉等。編輯：用于調(diào)用其它的編輯窗口。系統(tǒng)：用于確定整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的屬性。34精品PPT|借鑒參考第三十四頁(yè)，共五十四頁(yè)。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(jìn)行數(shù)字計(jì)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。包括優(yōu)化、公差、樣板匹配等。報(bào)告：提供鏡頭設(shè)計(jì)的相關(guān)文檔。宏：用于編輯運(yùn)行ZPL宏。擴(kuò)展功能：提供Zemax提供的擴(kuò)展功能。35精品PPT|借鑒參考第三十五頁(yè)，共五十四頁(yè)。

文件菜單36精品PPT|借鑒參考第三十六頁(yè)，共五十四頁(yè)。使用session文件選中此項(xiàng)，則存儲(chǔ)每個(gè)窗口的設(shè)置和它們?cè)谄聊簧系拇笮∥恢玫人行畔?。除?ZMX文件外，還產(chǎn)生一個(gè).SES文件。37精品PPT|借鑒參考第三十七頁(yè)，共五十四頁(yè)。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）38精品PPT|借鑒參考第三十八頁(yè)，共五十四頁(yè)。共軸模式（常用）以光學(xué)面來建構(gòu)模型。計(jì)算時(shí)考慮光學(xué)面之順序。各光學(xué)面只計(jì)算一次。計(jì)算速度快,時(shí)間短?？勺鲀?yōu)化計(jì)算(Optimization)及公差分析(Tolerance)39精品PPT|借鑒參考第三十九頁(yè)，共五十四頁(yè)。非共軸模式以物件之觀念建構(gòu)模型。無順序之考慮。對(duì)同一物件可同時(shí)計(jì)算穿透,反射,吸收及散射。需模擬大量光線(需較長(zhǎng)時(shí)間)。最接近真實(shí)光線之行為。無法作優(yōu)化及公差分析。40精品PPT|借鑒參考第四十頁(yè)，共五十四頁(yè)。編輯菜單鏡頭數(shù)據(jù)評(píng)介函數(shù)多重結(jié)構(gòu)公差數(shù)據(jù)附加數(shù)據(jù)41精品PPT|借鑒參考第四十一頁(yè)，共五十四頁(yè)。系統(tǒng)菜單通用數(shù)據(jù)視場(chǎng)波長(zhǎng)下一重結(jié)構(gòu)最后結(jié)構(gòu)42精品PPT|借鑒參考第四十二頁(yè)，共五十四頁(yè)。分析菜單43精品PPT|借鑒參考第四十三頁(yè)，共五十四頁(yè)。系統(tǒng)外形圖扇形曲線圖點(diǎn)列圖調(diào)制傳遞函數(shù)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)波前表面均方根包圍圓能量44精品PPT|借鑒參考第四十四頁(yè)，共五十四頁(yè)。照度像分析雙目分析其它畸變系數(shù)計(jì)算漸變折射率偏振膜層物理光學(xué)45精品PPT|借鑒參考第四十五頁(yè)，共五十四頁(yè)。工具菜單46精品PPT|借鑒參考第四十六頁(yè)，共五十四頁(yè)。優(yōu)化公差套樣板玻璃庫(kù)鏡頭庫(kù)47精品PPT