光學設計軟件ZEMAX簡介

1PPT課件什么是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的程序。

同類型的光學設計軟件還有CodeV，Tracepro，Oslo等。2PPT課件ZEMAX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，大量現成的鏡頭和玻璃、樣板數據，可供用戶選擇。3PPT課件ZEMAX界面4PPT課件ZEMAX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(專業版)5PPT課件ZEMAX能夠輔助你設計光學系統，但不能教你如何去進行鏡頭或光學系統的設計，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。6PPT課件參考書目幾何光學.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出版社工程光學基礎徐家驊著機械工業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、談恒英著機械工業出版社7PPT課件ZEMAX界面8PPT課件系統孔徑9PPT課件決定入瞳大小，決定光學系統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(f/D)ObjectSpaceNumericalAperture物空間邊緣光線數值孔徑FloatbySize入瞳大小由光欄半徑決定ParaxialworkingF/#像空間近軸工作F數(1/2ntg)ObjectConeAngle物空間邊緣光線的半角10PPT課件設定視場（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）11PPT課件12PPT課件工作波長（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），它是用來計算系統的effectivefocallength,systemapertures,F/#等數值。其它波長可用來計算色差。根據不同波長的重要性，權重可以不同。波長單位為微米。13PPT課件14PPT課件鏡頭數據面形

注釋曲率半徑

厚度

材質

孔徑鍍膜15PPT課件練習目的：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：BK716PPT課件例子：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。17PPT課件設計要求用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18PPT課件設計過程定義系統的孔徑定義視場和波長(各3個)定義正確的面數增加F/#solve假定初始玻璃為常用的冕玻璃和火石玻璃：BK7和F2建立優化函數，用RMSspotradius優化增加邊界約束條件優化玻璃19PPT課件第一步：系統Generaldata設置選擇“Gen”按鈕，在aperturetype中選擇Entrancepupildiameter，Aperturevalue為50。20PPT課件第二步：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。21PPT課件第三步：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。22PPT課件第四步：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。23PPT課件第五步：建立優化函數打開Editor>>Meritfunction，打開Defaultmeritfunction對話框，選擇RMSspotradius作為優化數據，加入邊界約束條件。24PPT課件第六步：設置變量并優化將2個曲率半徑和4個厚度都設置為變量，優化計算。結果的2Dlayout和rayfan如下：25PPT課件第七步：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)缺省優化函數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。26PPT課件優化（Optimization）Optimization是Zemax最重要的功能之一Optimization是通過改變光學系統中的結構參數的值來提高系統的成像質量的。27PPT課件Zemax提供了默認的評價函數28PPT課件Zemax提供了200多種操作數（用4個大寫字母縮寫組成），如EFFL，可以控制包括系統參數、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。29PPT課件Optimization使用建議在設計初期優化時不需要追跡所有視場和波長的光線，這樣可以節省時間。使用視場點平衡使用solve盡可能用默認優化函數要搞清楚哪些量在變用比較好的初始結構30PPT課件使用視場點平衡選擇適當的視場點數目，使視場劃分為等面積的圓環。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31PPT課件使用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系32PPT課件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：用于確定整個光學系統的屬性。33PPT課件分析：此功能不是用于改變鏡頭數據，而是根據這些數據進行數字計算和圖像顯示分析。工具：用來改變鏡頭數據，可以從總體上對系統進行計算。包括優化、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。34PPT課件

文件菜單35PPT課件使用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。36PPT課件兩種光線追跡模式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）37PPT課件共軸模式（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。可作優化計算(Optimization)及公差分析(Tolerance)38PPT課件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。無法作優化及公差分析。39PPT課件編輯菜單鏡頭數據評介函數多重結構公差數據附加數據40PPT課件系統菜單通用數據視場波長下一重結構最后結構41PPT課件分析菜單42PPT課件系統外形圖扇形曲線圖點列圖調制傳遞函數點擴散函數波前表面均方根包圍圓能量43PPT課件照度像分析雙目分析其它畸變系數計算漸變折射率偏振膜層物理光學44PPT課件工具菜單45PPT課件優化公差套樣板玻璃庫鏡頭庫46PPT課件報表菜單表面數據系統數據規格數據圖形4/6報告47PPT課件表面數據包括表面和單元的光焦度、焦距、邊緣厚度、折射率等信息。系統數據包括光瞳位置與大小、倍率、F數等信息。48PPT課件規格數據包含了鏡頭的幾乎所有數據。包含總體數據、表面數據、表面細節、邊緣厚度、多重結構數據、解答和變量、折射率數據、全局頂點、元素體積、F數、主點等信息。49PPT課件宏菜單和擴展菜單50PPT課件練習