zemax教程详细全面.ppt

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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：

OpticalResearchAssociates:

CodeVLambda:

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LEDLaserdiode光通信器件设计等等,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）,FocusSoftware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，XP200Mb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KEY64Mb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,WhatisZEMAX,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sequentialraytracing建模；用“component”或solidobjectmodel为non-sequentialraytracing建模。

Purely（纯）sequential：

传统的镜头设计，和大多数成像系统;Hybridsequential/non-sequential（akaNSCwithports）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NSgroup的出入口;Purelynon-sequential（akaNSCwithoutports）用于illumination,scattering,straylightanalysis;不用“ports”。

RayTracing的3种方式（I）,

（1）PurelySequential：

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surface0）按光学面的顺序计算（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Tolerancing；,Sequentialsystem例子,RayTracing的3种方式（II）,

（2）Hybridsequential/non-sequential（akaNSCwithports）所有object都是3Dshell壳orsolids固体；每个object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：

NothingExitport能量低于定义的阈值。

忽略NSgroup内的光源和探测器；进入NSgroup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。

NSCwithportssystem例子,RayTracing的3种方式（III）,（3）PurelyNon-sequential（akaNSCwithoutport）所有object都是3Dshellorsolids；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。

NSCwithoutportssystem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；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，或者报告错误信息等。

ZEMAXEditors界面,有很多种：

Lensdataeditor:

基本的lensdata，包括surfacetype,radius,thickness,glass,etc.Meritfunctioneditor:

优化时，定义和编辑meritfunction；Multi-Configurationeditor：

为变焦镜头和其它多重结构系统定义多重结构参数；ToleranceDataeditor：

定义和编辑公差数据；ExtraDataeditor:

需要很多参数的surfacedata的扩展；Non-sequentialcomponenteditor:

定义和编辑NSCsources,objects,detectors。

ZEMAXEditors,GraphicandText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fanplot）；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”；,GraphicandTextwindows例子,大部分图形窗口都提供文本信息。

GraphicandTextwindows例子,点Text菜单栏，可以看到图形窗口中的文本信息。

Graphicswindows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；Copyclipboard:

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；Aspectratio:

设置窗口的长宽比；Activecursor:

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；,Textwindows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:

Copyclipboard:

将内容拷贝到剪切板中；Save:

保存ASCIITXT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:

Dialogboxes,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3Dsolids；可以输出为lines;在Tool菜单栏中。

Sessionfile的概念,Sessionfile：

在保存文件时，如果选择Sessionfile，则它包括lensfile,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。

LensData,Lensdata的组成,Sequentiallensdata-Surfacedata:

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。

ForNSCwithoutportsystem,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。

Surfacedata的组成,Theradiusofcurvature:

面的曲率半径，根据符号规则确定符号；Thethicknessofthesurface:

到下个面的相对距离，满足符号规则（用local坐标系）；Theglasstypeofthesurface:

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）；Thesemi-diameterofthesurface（optional）：

面的孔径；Otherdata（parameterorextradata）:

描述面形的参数。

Surfacedata的符号规则,镜头数据（LensData）：

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。

SurfaceType,

（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。

Thesystemaperture,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。

Systemaperturetypes,EntrancePupilDiameter（EPD）:

直接指定入瞳的大小；ImageSpaceF/#:

无限共轭像空间近轴F数（f/D,只用于物距无穷远）；ObjectSpaceNumericalAperture：

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）；FloatbySize：

EPD的大小由光栏的半径决定；ParaxialworkingF/#:

像空间中定义的共轭近轴1/2ntan，忽略像差；ObjectConeAngle:

物空间边缘光线的半角，最大可以达到90度（物在有限远）。

Fieldpoints,ZEMAX常常用点光源定义视场或物的大小：

定义了点光源以后，可以建立扩展光源的模型；对每个系统最多可以定义12个视场点。

ZEMAX支持4种不同视场形式：

Fieldangle:

投影到入瞳上XZ和YZ平面上时，主光线与Z轴的夹角。

大多用在无限共轭系统。

Objectheight:

物面上X，Y高度。

大多用