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1、ZEMAX软件培训教程,steven:,steven:,国内外光学设计软件情况,国内情况： 北京理工大学(SOD)，南京理工大学等自编光学设计软件。 国外情况： Optical Research Associates: Code V Lambda: OSLO等。,ZEMAX已经成为当今使用最普遍的光学设计软件, 市场占有率：8085% 全球已经销售了两万多套 台湾已经销售600多套 大陆已经有300多套，知道和需要购买者越来越多,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
2、器件设计等等,Zemax使用群,NASA美国太空总署,Sandia 国家实验室, U.S.Army军队, HP, Motorola 台湾:电子所,中科院,大学以及扫描仪,相机,望远镜,投影机等制造商. 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。,ZEMAX概述,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的网站或者讯
3、技光电科技公司的网站上下载更新 .tw,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；,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256M
4、B，最好是512Mb,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,reflective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
5、 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; Purely non-sequential(aka NSC without ports) 用于illumination,scattering,stray light analysis; 不用“ports”。,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
6、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,Optimization及Tolerancing；,Sequential system例子,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 por
7、t 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 group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。,NSC with ports system例子,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de
8、tector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。,NSC without ports system例子,ZEMAX用户界面,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
9、口或系统的数据，或者报告错误信息等。,ZEMAX Editors界面,有很多种： Lens data editor: 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-seque
10、ntial component editor:定义和编辑NSC sources, objects, detectors。,ZEMAX Editors,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”；,Graphic and Text windows例子,大部分图形窗口都提供文本信息。,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。,Gr
11、aphics windows菜单功能,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： 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；,Tex
12、t windows菜单功能,Text:产生图形所对应的文本数据； 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；,steven:,Dialog boxes,ZEMAX的大部分图形和文本窗口都包含有设置对话框。,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
13、CAD程序：支持DXF，IGES，STEP，SAT格式。 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。,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。,Lens Data,Lens data的组成,Sequent
14、ial 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的结构参数和位置参数; 所有source和detector的特性参数和位置参数; 波长。,Surface data的组成,The radius of curvature:面的曲率半径，根据符号规则确定符号； The thickness of the surface:到下个面的相对距离，满足符号规则（用local坐标系）； The glass typ
15、e of the surface:可以直接输入玻璃的名称，也可以输入折射率和色散系数（如果是空气，则为空格）； The semi-diameter of the surface(optional)：面的孔径； Other data（parameter or extra data）:描述面形的参数。,Surface data的符号规则,镜头数据（Lens Data）：曲率半径、厚度、材质和其他参数。各量符号规定： Thickness：从左到右距离为正，否则为负。,Surface Type,（1）提供了近60种的光学曲面面形。主要类型有：平面、球面、标准二次曲面、非球面、光锥面、轮胎面、折射率渐变
16、面、二元光学面、光栅(固定周期和变周期)、全息衍射元件、Fresnel透镜、波带片等。 （2）还提供了User Defined Surface。用户只需要按照它的语法规定，用C+语言编写DLL文件与ZEMAX相连接就可以建立自己需要的面形。,The system aperture,它是很重要的一个参数，决定入瞳的大小，它决定光学系统在物空间收集多少光线。,System aperture types,Entrance Pupil Diameter(EPD):直接指定入瞳的大小； Image Space F/#:无限共轭像空间近轴F数（f/D,只用于物距无穷远）； Object Space Numerical Aperture：物空间边缘光线的数值孔径nsin（物在有限远处,保持N.A.为常数）； Float by Size：EPD的大小由光栏的半径决定； Paraxial working F/#:像空间中
