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1、1,ZEMAX软件,2,国内外光学设计软件情况,国内情况： 北京理工大学(SOD) 南京理工大学等 国外情况： Zemax （光学设计软件） TracePro（光学仿真软件） ASAP（光学仿真软件） LightTools（光学仿真软件） CODEV (Optical Research Associates ) OSLO （ Lambda光学设计软件）,3,软件比较,ZEMAX 是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。 OSLO 是处理光学系统的布局和优化的代表性光学设计软件。 CODE V是Optical Research Associa
2、tes推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵。 TracePro 是能进行常规光学分析、设计照明系统、分析辐射度和亮度的软件。 ASAP：世界各地的光学工程师都公认ASAP（Advanced Systems Analysis Program，高级系统分析程序）为光学系统定量分析的业界标准。ASAP的分析功能包括照明分析、辐射度测量、偏振、光纤耦合效率、干涉测量、杂光分析（散射和鬼影分析）、成像质量及薄膜镀膜性能分析。 LightTools是一个全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系,在系统初步设计、复杂系统设计规划、光机一体设计、杂光分析、照明系统设计分析、单位各部门间学术
3、交流和数据交换、课题论证或产品推广等各环节中均可发挥重要的作用，成为人们理想的工具。,4,ZEMAX已经成为当今使用最普遍的光学设计软件之一, 市场占有率：8085% 全球已经销售了两万多套 台湾地区已经销售600多套 我国大陆地区已经有300多套。,5,市场应用, 应用范围： 传统相机、数码相机、内窥镜等光学镜头的设计 DVD、VCD读写头 投影系统，背投电视 照明系统 干涉仪 LED Laser diode 光通信器件设计等等,6,Zemax使用群,NASA美国太空总署,Sandia 国家实验室, U.S.Army军队, HP, Motorola 中国台湾地区:电子所,中科院,大学以及扫描
4、仪,相机,望远镜,投影机等制造商. 中国大陆：光学、光电研究所，大学，光学公司，光学加工厂，从事光学镜头、条形码、投影仪、背投影电视、光通信器件、VCD及DVD读写头等的设计的公司。,7,ZEMAX概述,8,ZEMAX简介（I）, Focus Software 公司产品光学镜头设计和光学系统分析软件 版本有三个等级： ZEMAXSE(标准版) ZEMAXXE(完整版) ZEMAXEE(专业版) 每年有数次版本更新，可以到ZEMAX的网站上下载更新,9,ZEMAX简介（II）,界面友好，容易上手；资料丰富，既可以直接选择，又可以自定义； 可建立反射、 折射、衍射及散射等光学模型； 可进行偏振、镀
5、膜和温度、气压等方面的分析 具有强大的像质评价和分析功能； 丰富的资料库，有现成的镜头和玻璃、样板数据，可供用户选择； 大部分窗口都提供在线帮助,方便随时获取相关功能的在线解释和帮助；,10,ZEMAX的主要特色,(1)分析 提供多功能的分析图形，对话窗参数选择，方便分析，可将分析图形存成图文件，如BMP、JPG等，也可存成文字文件txt (2)优化 表栏式merit function参数输入，对话窗预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用，诸如Local Optimization可以快速找到佳值，Global/Hammer Optimization可找
6、到最好的参数。 (3)公差分析 表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义。 (4)报表输出 多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。,11,系统要求,WIN98，NT，2000，XP 200Mb 以上的硬盘空间 最小的分辨率为：1024*768 一个并行口或者USB接口用来接KEY 64Mb以上内存；如果进行对象非常复杂、物理光学或散射和照明分析时，最低要求是256MB，最好是512Mb,12,What is ZEMAX, ZEMAX是一个光学设计软件，它使用sequential和non-sequential的方法模拟refractive,r
7、eflective和diffractive光线追迹。 ZEMAX用“surface”为sequential ray tracing建模；用“component”或solid object model为non-sequential ray tracing建模。 Purely sequential ： 传统的镜头设计，和大多数成像系统; Hybrid sequential/ non-sequential(aka NSC with ports) 同时有sequential组件和non-sequential组件（如prism,pipe）的系统; 用“ports”为光线进入和离开NS group的出入口
8、; Purely non-sequential(aka NSC without ports) 用于illumination,scattering,stray light analysis; 不用“ports”。,13,Ray Tracing的3种方式（I）,（1）Purely Sequential：用于传统的透镜成像系统设计； 以光学面（surface）为对象来构建光学系统模型； 光线从物面开始（常为surface 0） 按光学面的顺序计算（surface 0,1,2），对每个光学面只计算一次； 每个面都有物空间和像空间； 需要计算的光线少，计算速度快； 可进行analysis,Optimiz
9、ation及Tolerancing；,14,Sequential system例子,15,Ray Tracing的3种方式（II）,（2）Hybrid sequential/non-sequential(aka NSC with ports) 所有object都是3D shell or solids； 每个object都在一个空间坐标系中定义了其特性； 光线从input port进入non-sequential group；从exit port 离开NS group； 光线在NSC中一直追迹，直到它遇到下列情况才终止： Nothing Exit port 能量低于定义的阈值。 忽略NS gro
10、up内的光源和探测器； 进入NS group的光线的特性，由序列性的系统数据，如视场位置和瞳的大小等决定。,16,NSC with ports system例子,17,Ray Tracing的3种方式（III）,（3） Purely Non-sequential(aka NSC without port) 所有object都是3D shell or solids； 每个object都在一个空间坐标系中定义了其特性； 需要定义光源的发光特性和位置，定义detector收集光线； 光线一直追迹，直到它遇到下列情况才终止： Nothing， 能量低于定义的阈值。 计算时光学元件的相对位置由空间坐标确
11、定；对同一元件，可同时进行穿透、反射、吸收及散射的特性计算； 无法作优化及公差分析； 这种情况下，可以对光线进行分光，散射，衍射，反射，折射。,18,NSC without ports system例子,19,ZEMAX用户界面,20,ZEMAX用户界面类型,ZEMAX有4种主要类型的用户界面： Editors:定义和编辑光学面和其他数据； Graphic windows：显示图形数据； Text windows：显示文本数据； Dialog boxes：编辑和回顾其他窗口或系统的数据，或者报告错误信息等。,21,ZEMAX Editors界面,有很多种： Lens data editor:
12、基本的lens data，包括surface type, radius, thickness, glass,etc. Merit function editor: 优化时，定义和编辑merit function； Multi-Configuration editor：为变焦镜头和其它多重结构系统定 义多重结构参数； Tolerance Data editor：定义和编辑公差数据； Extra Data editor: 需要很多参数的surface data的扩展； Non-sequential component editor: 定义和编辑NSC sources, objects, detec
13、tors。,22,ZEMAX Editors,23,Graphic and Text 界面,有些功能（如layout）只支持图形，有些只支持文本（如Seidel像差系数），有的都支持（如fan plot）； 如果二者都支持，一般先给出图形输出，如果需要显示text的内容，需要点一下菜单栏中的“Text”；,24,Graphic and Text windows例子,大部分图形窗口都提供文本信息。,25,Graphic and Text windows例子,点Text菜单栏，可以看到图形窗口中的文本信息。,26,Graphics windows菜单功能,Update：更新窗口中的数据； Sett
14、ing：设置窗口的属性； Print：打印窗口的内容； Windows： Annotate：往图形上加lines,boxes,text； Copy clipboard: 将内容拷贝到剪切板中； Export: 将内容转换为WMF，EMF，JPG，BMP文件保存； Lock: 锁定窗口； Clone: Clone窗口； Aspect ratio: 设置窗口的长宽比； Active cursor: 对图形窗口显示鼠标所指位置的数据； Configuration: 选择要显示哪个结构的数据； Overlay：不同图形重叠显示；,27,Text windows菜单功能,Text: 产生图形所对应的文本
15、数据； Zoom: 对图形放大和缩小控制 Update: 更新窗口中的数据； Setting：设置窗口的属性； Print：打印窗口的内容； Windows: Copy clipboard:将内容拷贝到剪切板中； Save: 保存ASCII TXT文件； Lock:锁定窗口； Clone:Clone窗口； Configuration:选择要显示哪个结构的数据；,28,Dialog boxes,ZEMAX的大部分图形和文本窗口都包含有设置对话框。,29,数据输出,输出到到剪贴板，可以再到其它windows应用程序，如Excel等； 输出到CAD程序：支持DXF，IGES，STEP，SAT格式。
16、DXF： 因为不是标准格式，对其支持比较差一些； 只有在wireframe的设定中才支持。 IGES，STEP，SAT： 真正的标准； 可以输出3D solids； 可以输出为lines; 在Tool菜单栏中。,30,Session file的概念,Session file ：在保存文件时，如果选择Session file，则它包括lens file, 所有图形和文本窗口，editors,它们在屏幕上的大小和位置，及每个窗口的设置。此时，除了一个ZMX文件以外，还有一个SES文件。,31,Lens Data,32,Lens data的组成,Sequential lens data-Surface data: 面的序号; 每个面的相关结构数据; 光学系统的孔径; 波长; 视场。 进行优化时,还需要： 变量; 优化函数。 For NSC without port system,还需要： 所有object的结构参
