ZEMAX光学软件培训课程_浙大.pdf

2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司1ZEMAX光学软件培训课程讯技光电科技（上海）有限公司http:/2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司2Outline（I）软件属性ZEMAX简介用户接口序描光建镜头模型镜头玻璃库分析功能优化公差分析设计报告2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司3Outline（II）非序描光建模型建光源描光计算分析功能2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司4光学软件属性依照计算方式同分为Ray Tracing，BPM 及FDTD等其中Ray Tracing分两类Sequantial ray trace(序描光)Non-Sequential ray trace（非序描光）2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司5序描光有以下几个特点以光学面来建模型，每个面有编号单一光源按照面的顺序计算光线每个面仅作一次计算，考虑分光计算光线数少，速快可做优化计算及公差分析2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司6非序描光有以下几个特点以对象来建模型多个光源考虑对象或光线顺序同一个面可做多次计算，同时考虑部分穿透，反射，吸收，散射等情况最接近真实世界光线为采Monde Carlo ray tracing，需计算大光线无法做优化2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司7ZEMAX简介ZEMAX公司开发（原Focus公司）容学习使用，功能完整市场占有 8085%market share in the world 大陆及台湾已销售超过1000套 全世界使用最普遍之光学设计软件系统要求低2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司8ZEMAX版本分为两个版本ZEMAX-SE（标准版）ZEMAX-EE（专业版）含Non-Sequential功能最新版本为2005 May 4每数次新，可直接在网络上下载新http:/http:/2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司9市场应用 传统相机，数字相机，投影显示器，DVD读写头，干涉仪，照明系统等2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司10观澄清ZEMAX可做么？光学透镜设计,可建反射,折射,绕射等光学模型，于使用 ZEMAX能做么？管是软件本身，或是手册无法教你如何做光学设计2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司11用户接口主要有四种用户接口Editors：定义编辑光学面数据或其它数据Graphic windows：显示图形数据Text windows：显示文字数据Dialog boxes：编辑其它window的数据，或是报告错误讯息2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司12EditorsLens Data Editor：输入各项透镜数据Merit Function Editor：优化函数设定Multi-Configuration Editor：多重结构参数定义Tolerance Data Editor：公差分析函数设定Extra Data Editor：附加数据Non-Sequential Components Editor：输入非序描光组件2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司13Lens Data Editor光学面输入编号区半径透镜厚材孔径2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司14Graphic windows2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司15Text windows and Dialog boxes2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司16序描光模式在此模式下仿真设计可依下步骤输入系统数据输入透镜数据分析模型优化公差分析产出报告2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司17输入系统数据General孔径型态系统尺寸材库选择等环境设定Field视角设定Wavelength波长设定输入波长2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司18孔径型态系统的入瞳大小，可决定入光EPD：直接设定入瞳大小Image space F/：无限共轭像空间F数（物距为无穷大）Object Space N.A.：物空间边缘光线数值孔径nsin（有限物距）Float by Stop Size：由孔径光阑来决定入瞳大小Paraxial Working F/：像空间中定义的共轭近轴F/，忽像差Object Cone Angle：物空间边缘光线的半角（thickness=glass设计过程中尽可能以Solve来代替优化2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司30Solve使用练习用前面单透镜子，将透镜的焦距控制为100mm将成像面移至焦平面上2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司31分析功能ZEMAX提供完整的分析图表，可作各种像质评鉴Layout：系统2D及3D图形Fans：扇形图，垂轴几何像差MTF：调制传递函数PSF：点扩展函数Wavefront：波像差Illumination：照分析Image analysis：面光源分析Miscellaneous：场曲，畸变，色差等分析Coatings：镀模分析2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司32Universal Plot可自定义优化函数对系统，面或是多重结构的参数曲线2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司33OptimizationZEMAX的优化分两种Local optimizationGlobal optimization必须先设定变及优化函数2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司34Damped Least Squares(DLS)DLS算法是所有光学软件的基本优化法假设Merit function定义如下W为权重值，V为变目前数值，T为目标值找出最小的MF值2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司35预设优化函数 IOptimization typeRMS：使像差的RMS最小，最常使用PTV：要使所有光线在某圆形小范围内，PTV较适合，如光线入光纤中Data typeWavefront：一般用于wavefront error小于2 waves以下Spot radius：wavefront error大于2 waves时使用Spot X，Spot Y：X或Y方向光斑大小2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司36预设优化函数 IIReference point优化型态的参考点Centroid：最常使用，尤其是针对wavefront error优化时，或是出现慧差使得质心偏移主光线时Chief ray：参考主波长的主光线Mean：仅用于wavefront data为wavefront时参考光线选取GQ：较准确，常用，但能有渐晕系数RA：可确计算优化函数中的渐晕效应2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司37Boundary值Thickness boundary value透镜中心厚透镜边缘厚透镜距离2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司38OperandZEMAX提供超过200种优化操作数包含有控制系统参数控制像差控制MTF控制材控制光线边界条件：2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司39场(Field)或光瞳(Pupil)坐标的归一化意义归一化坐标的范围介于-1+1间，且依循1,12222+yxyxPPHH2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司40使用较好的初始结构一般来说，新设计是基于原来已有的结构，因此好的初始结构就显的重要以下是一些好的光学设计数据ZEBASE：600多个设计，附有一本Lens design参考书Lensview:超过30000个光学设计专，有美国及日本等专2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司41Doublet双胶合透镜设计双胶合透镜是个错的练习，因为几乎所有的光学透镜有双胶合透镜，其中正透镜常用冕（Crown）玻璃，负透镜用火石（Flint）玻璃透过正确的选择玻璃，可以校正球差，慧差，横向色差有些设计可以将单透镜分成双胶合透镜而得到改善双胶合透镜的结构参数有3个曲半径，3个厚，两个材质，光字段置2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司42设计规格光源：F，d，CEPD：50mmF/8视场0，7，10最小边缘及中心厚4mm，最大中心厚18mm2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司43建初始模型建模型并输入要求规格假定初始玻璃为常用的BK7及F2建优化函数，用RMS，Spot radius优化设订变数增加边界约束条件优化2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司44分析哪些像差已经校正，哪些还未校正将光栏的位置移动，会改变横向色差，但也会引入像散，慧差，Spot radius扩大等预设的优化函数对纵向色差有比较好的校正校正球差可以增加conic constant或是增加透镜优化玻璃后可以改善横向色差2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司45优化玻璃Model glass：对折射，Abbe数等进优化，可能找到虚有的玻璃，建议使用Substitute：容使用，可选取玻璃库，速快2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司46设计报告Prescription data有效焦距EFLF/#透镜规格：Graphic report2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司47非序描光模式模拟步骤建模型建光源描光计算结果分析2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司48建模型选择object typeImported object直接读取CAD软件（AutoCad，Pro/E，Solidwork等）所建的模型可使用档案格式：iges，step，sat2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司49建光源光源有两种建方式ZEMAX光源Radiant Sources2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司50描光计算ZEMAX可设定两种光线数Layout raysAnalysis raysAnalysis光线数需要足够多2005/7/13版权所有 讯技科技股份有限公司51结果分析Detector面设定面大小分辨输出形式