zemax软件培训

ZEMAX光学软件培训课程ZEMAX是一个使用光线追迹的方法来模拟折射、反射、衍射、偏振的各种序列和非序列光学系统的光学设计和仿真软件。ZEMAX的光学设计功能体现在使用序列模式设计传统的光学成像系统，优化成像系统的像差，分析和评价成像的质量，给光学系统分配合适的公差等方面。ZEMAX的仿真功能体现在使用非序列模式、物理光学传播、热分析等功能模拟和仿真实际的光学系统方面。ZEMAX有三种版本：ZEMAX-SE（标准版）、ZEMAX-XE（扩展版）、ZEMAX-EE（工程版）。只有ZEMAX-EE的功能最为全面。ZEMAX简介ZEMAX应用ZEMAX可以用于相机镜头、望远镜、显微镜、照明系统、显示系统、干涉仪、光通讯器件等各种光学系统的设计和仿真ZEMAX软件和使用手册都不会教您如何设计镜头和光学系统。ZEMAX功能是很强大，但是把握光学系统的设计、引导优化函数的优化方向，判断系统性能只能靠你自己。如果你对光学设计感兴趣，推荐书单：ZEMAX不能做什么？作者书名袁旭沧/张以谟光学设计/应用光学JosephM.GearyIntroductiontolensdesign:withpracticalZEMAXexampleGregoryHallockPracticalComputer-AidedLensDesignR.E.FischerOpticalsystemdesignSmith，WarrenModernLensDesignLaikinLensDesign*这次的ZEMAX软件培训目的是尽我的能力，给大家展示ZEMAX的强大功能，跟大家一起学习如何使用这些功能。使用ZEMAX的三种模式Completelysequential：*应用于传统的镜头设计和大多数的成像系统设计*应用这种模式时不能进行散射和鬼象分析Hybridsequential/non-sequential*应用于有很多序列元件，又有一些非序列元件（比如棱镜或光管）的系统*必须使用“ports”作为光线进出非序列元件组的依据Completelynon-sequential*应用于照明、散射和杂光分析。光线可以在任何物理上有效的路径传输*这种模式下非序列元件不使用“ports”Completelysequential•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surface0）•按光学面的顺序进行光线追迹计算（surface0,1,2…），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TolerancingHybridsequential/non-sequential•所有对象都是3维的；•每个对象都在一个空间坐标系中定义了其特性；•光线从inputport进入non-sequentialgroup；从exitport离开NSgroup；•光线在NSC中一直追迹，直到它遇到下列情况才终止：NothingExitport能量低于定义的阈值。•忽略NS元件内的光源和探测器；•进入NS元件组的光线的特性，由序列的系统数据，如视场位置和入瞳的大小等决定。Completelynon-sequential•所有对象都是3维的；•每个对象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，定义探测器用来收集光线；•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，可同时进行透射、反射、吸收及散射的计算；•无法进行优化,要进行公差分析必须实用macro；（低版本的软件不可以优化）这种模式下，可以对光线进行分光，散射，衍射，反射，折射的分析。序列模式和非序列模式的比较序列模式以surface为对象建模指定光线与面相交的顺序光线与每个面只相交一次光线不会分光镜面反射光线不能超过临界角入射通过孔径外的光线必须渐晕Surface的位置由前一个面的参数确定每个面都有物空间和像空间计算的光线少，计算速度快可进行优化和公差分析非序列模式以object为对象建模不限制光线与面相交的顺序光线与同一个面可相交多次光线可以分裂镜面反射和漫反射可以全反射在object外的光线也可进行光线追迹object的位置由全局坐标确定所有空间都是等价的计算的光线多，计算速度慢不能使用优化和默认的公差分析（可用Macros分析公差）ZEMAX的用户界面ZEMAX的用户界面有四种允许输入和分析系统数据的窗口：•Editors定义、编辑光学表面和其他数据•Graphicwindows显示图形数据•Textwindows显示文本数据•Dialogboxes编辑和回顾其他窗口或系统的数据，或者用来报告错误信息EditorsZEMAX中的editors本质上是为满足透镜设计程序而专门设计的电子数据表：•LensDataEditor输入基本的镜头数据，包括表面编号、注释、表面类型、表面曲率半径、厚度、玻璃、口径半径、二次常数、热膨胀系数和膜层数据•MeritFunctionEditor在这里定义和编辑优化函数•Multi-ConfigurationEditor给变焦距透镜和其它的多结构系统定义参数变化表•ToleranceDataEditor定义和编辑公差•ExtraDataEditor一个扩展的透镜数据编辑器，为那些需要很多参数才能定义的表面所准备的，比如表面类型Binary2•Non-SequentialComponentsEditor在这里定义光源、光学对象、探测器GraphicandTextwindowsZEMAX的图形和文本窗口是分析和评价光学系统性能的有力工具。ZEMAX的有些功能只支持图形窗口（比如layout，3Dlayout），有些功能只支持文本窗口（如SystemData，PrescriptionData，RayTrace，SeidelCoefficients），有些功能既有图形窗口也有文本窗口（如RayFan，OPDFan，SpotDiagram）对于后者，除了图形窗口，如果你要查看文本窗口的内容，点击菜单栏中的“Text”用来编辑其他窗口或系统的数据，比如General，FieldData，WavelengthData，GlassCatalog，LensCatalogs……Dialogboxes序列模式这种模式下的光学设计和仿真可按照下列步骤进行：1.输入系统数据2.输入透镜数据/修改透镜数据3.检查设计图、分析模型，考虑是否修改透镜数据或者考虑优化方向4.优化、评价模型性能5.公差分析6.出报告、画工程图设计过程中，第3步的结果不好的话，你可能需要返回到第2步重复设计；第4步完成后达不到期望的性能，也需要返回到第2步重复设计，直到设计结果能满足需求；但是即便如此，你也只得到了一个停留在纸上的设计方案，只有在进行了公差分析，证实这个设计是可以加工和装配的，设计才算基本完成，否则还是要回到第2步重复整个过程。数据编辑器系统数据需要设置三个Dialogboxes：General(Gen)-通常需要设置孔径类型、孔径大小、透镜长度单位、选用的玻璃库等FieldData(Fie)-选定视场的类型，设置视场的大小WavelengthData(Wav)-定义需要用到的波长，以及权重，设定哪个波长是参考波长GenAperture决定了系统的入光量的多少。EPD--入瞳直径；ImagespaceF/#--无限物距时，象空间的近轴F数；ObjectspaceNA--有限物距时，物空间数值孔径；FloatByStopSize--根据孔径光阑的大小变化；ParaxialWorkingF/#--无限远或有限远物距时，象空间的近轴工作F数；ObjectConeAngle—有限物距时，物空间边缘光线与光轴的夹角容易混淆的概念：ImageSpaceF/#；ParaxialWorkingF/#;WorkingF/#ParaxialWorkingF/#：WorkingF/#：ParaxialWorkingF/#计算公式中的θ是近轴边缘光线与光轴的夹角；WorkingF/#计算公式中的θ是实际边缘光线与光轴的夹角下面看一个例子：exampleforF-number.zmxWorkingF/#=1/[2sin(5.76436)]=4.97822391ParaxialWorkingF/#=1/[2tan(arccos(0.9950372))]=5.00000496切趾分布General对话框中有一项设置apodizationtype----切趾分布，它实际是定义了入瞳处的光照分布。Apodizationtype可以选择none，表示均匀照明；可以选择gaussion，表示高斯照明；最后一种，用来模拟点光源照明平面时照度向外衰减的特性建立一个近轴的光学系统，更改切趾的类型，观察FFT点传递函数的图像。例子：apodization.zmx均匀切趾，圆形平顶函数的傅立叶变换是贝塞尔函数高斯切趾，切趾因子3。高斯函数的傅立叶变换还是高斯函数FieZEMAX支持4种不同视场形式：Fieldangle:XZ和YZ平面上主光线与Z轴的夹角。常用于无限共轭系统。Objectheight:物面上X，Y高度。常用于有限共轭系统。ParaxialImageheight:像面上的近轴像高。用于需要固定像的大小的设计中（只用于近轴光学系统中）Realimageheight:像面上实际像高。用于需要固定像幅的设计中（如cameralenses）。VDX,VDY,VCX,VCY,VAN是用来设置渐晕因子的，设置渐晕偏心、缩放、角度WavZEMAX最多允许定义12个波长，必须指定参考波长，可以根据不同波长的重要性，设定不同的权重。波长的单位为微米。Select-〉功能可以选择多种默认的波长LensDataEditor一定存在的3个表面：OBJ、STO和IMA可以随意插入更多的表面每个表面都包括的数据有：表面类型、注释、曲率半径、厚度、玻璃牌号、表面的半口径、二次常数、保留的参数0-12、热膨胀系数和膜层参数表面数据的符号规则：曲面左凸为正，右凸为负；高度向上为正，向下为负；角度从光线向光轴，顺时针锐角为正，逆时针为负；厚度向右为正，向左为负表面数据的符号规则+z+y球透镜的例子在ZEMAX中输入一个直径5mm的球透镜，玻璃材料K9，Layout如下：例子：balllens.zmx需要设定孔径类型、透镜长度单位、视场类型、使用的波长需要在LensDataEditor中插入表面，根据符号规则输入适当的参数使用M-solve找到近轴焦平面练习：在ZEMAX中输入一个入瞳直径33.33mm的双高斯镜头。视场角设定0度、10度、14度，采用波长0.486，0.587，0.656，参考光为0.587，Layout如下：表面的曲率半径依次为54.15，152.52，35.95，infinity，22.27，infinity，-25.68，infinity，-36.98，196.42，-67.148；玻璃和空气间隙的厚度依次为：8.75，0，14，3.78，14.25，12.42，3.78，10.83，0，6.85，57例子：DoubleGauss.zmxSurfaceType双击透镜数据编辑器的standard栏可以打开表面属性对话框，可以定义表面类型1.ZEMAX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UserDefinedSurface。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。Toroidalsurface环形表面是YZ平面的曲面绕平行于Y且过Z的轴线转动形成的。我们可以利用Toroidal面来模拟柱透镜。我们来模拟一个YZ平面曲率半径为5