ZEMAX軟件1國內(nèi)外光學設計軟件情況※國內(nèi)情況：

■北京理工大學(SOD)

■南京理工大學等※國外情況：■Zemax（光學設計軟件）

■TracePro（光學仿真軟件）

■ASAP（光學仿真軟件）

■LightTools（光學仿真軟件）

■CODEV

(OpticalResearchAssociates)

■OSLO（Lambda光學設計軟件）

2軟件比較

ZEMAX是將實際光學系統(tǒng)的設計概念、優(yōu)化、分析、公差以及報表集成在一起的一套綜合性的光學設計仿真軟件。OSLO是處理光學系統(tǒng)的布局和優(yōu)化的代表性光學設計軟件。CODEV是OpticalResearchAssociates推出的大型光學設計軟件，功能非常強大，價格相當昂貴。TracePro是能進行常規(guī)光學分析、設計照明系統(tǒng)、分析輻射度和亮度的軟件。ASAP：世界各地的光學工程師都公認ASAP（AdvancedSystemsAnalysisProgram，高級系統(tǒng)分析程序）為光學系統(tǒng)定量分析的業(yè)界標準。ASAP的分析功能包括照明分析、輻射度測量、偏振、光纖耦合效率、干涉測量、雜光分析（散射和鬼影分析）、成像質(zhì)量及薄膜鍍膜性能分析。LightTools是一個全新的具有光學精度的交互式三維實體建模軟件體系,在系統(tǒng)初步設計、復雜系統(tǒng)設計規(guī)劃、光機一體設計、雜光分析、照明系統(tǒng)設計分析、單位各部門間學術(shù)交流和數(shù)據(jù)交換、課題論證或產(chǎn)品推廣等各環(huán)節(jié)中均可發(fā)揮重要的作用，成為人們理想的工具。

3市場應用※

應用范圍：傳統(tǒng)相機、數(shù)碼相機、內(nèi)窺鏡等光學鏡頭的設計DVD、VCD讀寫頭投影系統(tǒng)，背投電視照明系統(tǒng)干涉儀LEDLaserdiode光通信器件設計等等…5Zemax使用群※NASA美國太空總署,Sandia國家實驗室,U.S.Army軍隊,HP,Motorola…※中國臺灣地區(qū):電子所,中科院,大學…以及掃描儀,相機,望遠鏡,投影機等制造商.※中國大陸：光學、光電研究所，大學，光學公司，光學加工廠，從事光學鏡頭、條形碼、投影儀、背投影電視、光通信器件、VCD及DVD讀寫頭等的設計的公司。6ZEMAX概述7ZEMAX簡介（II）

界面友好，容易上手；資料豐富，既可以直接選擇，又可以自定義；

可建立反射、折射、衍射及散射等光學模型；

可進行偏振、鍍膜和溫度、氣壓等方面的分析

具有強大的像質(zhì)評價和分析功能；

豐富的資料庫，有現(xiàn)成的鏡頭和玻璃、樣板數(shù)據(jù)，可供用戶選擇；大部分窗口都提供在線幫助,方便隨時獲取相關(guān)功能的在線解釋和幫助；9ZEMAX的主要特色(1)分析

提供多功能的分析圖形，對話窗參數(shù)選擇，方便分析，可將分析圖形存成圖文件，如BMP、JPG等，也可存成文字文件txt．(2)優(yōu)化

表欄式meritfunction參數(shù)輸入，對話窗預設meritfunction參數(shù)，方便使用者定義，且多種優(yōu)化方式供使用者使用，諸如LocalOptimization可以快速找到佳值，Global/HammerOptimization可找到最好的參數(shù)。(3)公差分析

表欄式Tolerance參數(shù)輸入和對話窗式預設Tolerance參數(shù)，方便使用者定義。(4)報表輸出

多種圖形報表輸出，可將結(jié)果存成圖文件及文字文件。10系統(tǒng)要求WIN98，NT，2000，XP200Mb以上的硬盤空間

最小的分辨率為：1024*768

一個并行口或者USB接口用來接KEY64Mb以上內(nèi)存；如果進行對象非常復雜、物理光學或散射和照明分析時，最低要求是256MB，最好是512Mb11RayTracing的3種方式（I）（1）Purely

Sequential：用于傳統(tǒng)的透鏡成像系統(tǒng)設計；?以光學面（surface）為對象來構(gòu)建光學系統(tǒng)模型；?光線從物面開始（常為surface0）?按光學面的順序計算（surface0,1,2…），對每個光學面只計算一次；?每個面都有物空間和像空間；?需要計算的光線少，計算速度快；?可進行analysis,Optimization及Tolerancing；13Sequentialsystem例子14RayTracing的3種方式（II）（2）Hybridsequential/non-sequential(akaNSCwithports)?所有object都是3Dshellorsolids；

?每個object都在一個空間坐標系中定義了其特性；

?光線從inputport進入non-sequentialgroup；從exitport離開NSgroup；?光線在NSC中一直追跡，直到它遇到下列情況才終止：

Nothing

Exitport

能量低于定義的閾值。?忽略NSgroup內(nèi)的光源和探測器；

?進入NSgroup的光線的特性，由序列性的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如視場位置和瞳的大小等決定。15RayTracing的3種方式（III）（3）Purely

Non-sequential(akaNSCwithoutport)?所有object都是3Dshellorsolids；?每個object都在一個空間坐標系中定義了其特性；?需要定義光源的發(fā)光特性和位置，定義detector收集光線；?光線一直追跡，直到它遇到下列情況才終止：

Nothing，

能量低于定義的閾值。?計算時光學元件的相對位置由空間坐標確定；對同一元件，可同時進行穿透、反射、吸收及散射的特性計算；?無法作優(yōu)化及公差分析；這種情況下，可以對光線進行分光，散射，衍射，反射，折射。17NSCwithoutportssystem例子18ZEMAX用戶界面19ZEMAXEditors界面有很多種：Lensdataeditor:基本的lensdata，包括surfacetype,radius,thickness,glass,etc.Meritfunctioneditor:優(yōu)化時，定義和編輯meritfunction；Multi-Configurationeditor：為變焦鏡頭和其它多重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義多重結(jié)構(gòu)參數(shù)；ToleranceDataeditor：定義和編輯公差數(shù)據(jù)；ExtraDataeditor:需要很多參數(shù)的surfacedata的擴展；Non-sequentialcomponenteditor:定義和編輯NSCsources,objects,detectors。21ZEMAXEditors22GraphicandText界面有些功能（如layout）只支持圖形，有些只支持文本（如Seidel像差系數(shù)），有的都支持（如fanplot）；如果二者都支持，一般先給出圖形輸出，如果需要顯示text的內(nèi)容，需要點一下菜單欄中的“Text”；23GraphicandTextwindows例子點Text菜單欄，可以看到圖形窗口中的文本信息。25Graphicswindows菜單功能

Update：更新窗口中的數(shù)據(jù)；Setting：設置窗口的屬性；Print：打印窗口的內(nèi)容；Windows：Annotate：往圖形上加lines,boxes,text；Copyclipboard:將內(nèi)容拷貝到剪切板中；Export:將內(nèi)容轉(zhuǎn)換為WMF，EMF，JPG，BMP文件保存；Lock:鎖定窗口；Clone:Clone窗口；Aspectratio:設置窗口的長寬比；Activecursor:對圖形窗口顯示鼠標所指位置的數(shù)據(jù)；Configuration:選擇要顯示哪個結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)；Overlay：不同圖形重疊顯示；26數(shù)據(jù)輸出輸出到到剪貼板，可以再到其它windows應用程序，如Excel等；輸出到CAD程序：支持DXF，IGES，STEP，SAT格式。DXF：因為不是標準格式，對其支持比較差一些；只有在wireframe的設定中才支持。IGES，STEP，SAT：真正的標準；可以輸出3Dsolids；可以輸出為lines;在Tool菜單欄中。29Sessionfile的概念Sessionfile

：在保存文件時，如果選擇Sessionfile，則它包括lensfile,所有圖形和文本窗口，editors,它們在屏幕上的大小和位置，及每個窗口的設置。此時，除了一個ZMX文件以外，還有一個SES文件。30LensData31Lensdata的組成Sequentiallensdata-Surfacedata:面的序號;每個面的相關(guān)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù);光學系統(tǒng)的孔徑;波長;視場。進行優(yōu)化時,還需要：變量;優(yōu)化函數(shù)。ForNSCwithoutportsystem,還需要：所有object的結(jié)構(gòu)參數(shù)和位置參數(shù);所有source和detector的特性參數(shù)和位置參數(shù);波長。32Surfacedata的組成Theradiusofcurvature:面的曲率半徑，根據(jù)符號規(guī)則確定符號；Thethicknessofthesurface:到下個面的相對距離，滿足符號規(guī)則（用local坐標系）；Theglasstypeofthesurface:可以直接輸入玻璃的名稱，也可以輸入折射率和色散系數(shù)（如果是空氣，則為空格）；Thesemi-diameterofthesurface(optional)：面的孔徑；Otherdata（parameterorextradata）:描述面形的參數(shù)。33Surfacedata的符號規(guī)則鏡頭數(shù)據(jù)（LensData）：曲率半徑、厚度、材質(zhì)和其他參數(shù)。各量符號規(guī)定：Thickness：從左到右距離為正，否則為負。+—+—+—34SurfaceType（1）提供了近60種的光學曲面面形，主要類型有： 平面、球面、標準二次曲面、非球面、光錐面、輪胎面、折射率漸變面、二元光學面、光柵(固定周期和變周期)、全息衍射元件、Fresnel透鏡、波帶片等。（2）還提供了UserDefinedSurface。 用戶只需要按照它的語法規(guī)定，用C++語言編寫DLL文件與ZEMAX相連接就可以建立自己需要的面形。35Thesystemaperture它是很重要的一個參數(shù)，決定入瞳的大小，它決定光學系統(tǒng)在物空間收集多少光線。36Systemaperturetypes?EntrancePupilDiameter(EPD):直接指定入瞳的大??；?ImageSpaceF/#:無限共軛像空間近軸F數(shù)（f/D,只用于物距無窮遠）；?ObjectSpaceNumericalAperture：物空間邊緣光線的數(shù)值孔徑nsinθ（物在有限遠處,保持N.A.為常數(shù)）；?FloatbySize：EPD的大小由光欄的半徑?jīng)Q定；?ParaxialworkingF/#:像空間中定義的共軛近軸1/2ntan，忽略像差；?ObjectConeAngle:物空間邊緣光線的半角，最大可以達到90度（物在有限遠）。37FieldpointsZEMAX常常用點光源定義視場或物的大小：定義了點光源以后，可以建立擴展光源的模型；對每個系統(tǒng)最多可以定義12個視場點。ZEMAX支持4種不同視場形式：Fieldangle:投影到入瞳上XZ和YZ平面上時，主光線與Z軸的夾角。大多用在無限共軛系統(tǒng)。Objectheight:物面上X，Y高度。大多用在有限共軛系統(tǒng)。（注：如果物面為曲面，則X，Y坐標包含Z坐標）ParaxialImageheight:像面上的近軸像高。用于需要固定像的大小的設計中。（只用于近軸光學系統(tǒng)中）Realimageheight:像面上實際像高。用于需要固定framesize的設計中（如cameralenses）。38Fieldpoints示例39WavelengthsZEMAX對每個系統(tǒng)最多允許定義12個波長。并且必須指定主波長，根據(jù)不同波長的重要性，權(quán)重可以不同。波長的單位為微米。40Variableparameters在進行優(yōu)化設計時，需要設置變量，ZEMAX會調(diào)整這些變量，以找到最佳設計結(jié)果。變量可以是任何量，包括radii,thicknesses,indices,Vnumbers,partialdispersions,conicconstants,tiltangles,甚至fieldsandwavelengths。41Meritfunctions優(yōu)化函數(shù)是用來定義優(yōu)化控制目標項目。它包括設計目標，邊界條件和計算結(jié)果的總結(jié)。在優(yōu)化過程中，用meritfunction的值來評價一個系統(tǒng)的優(yōu)劣。Meritfunction由optimizationoperands組成，ZEMAX提供了200多個這樣的操作數(shù)，涵蓋了各種目標控制條件。42Tolerancing（公差分析）ZEMAX可以對光學面的參數(shù)和群組的參數(shù)進行公差分析。它提供了二種公差分析模式：(1)sensitivity（靈敏度）：給定結(jié)構(gòu)參數(shù)的公差范圍，計算評價標準的影響，(2)inversesensitivity（反向靈敏度）：給出評價標準量的允許變化范圍，反算出結(jié)構(gòu)參數(shù)的公差。43結(jié)果報告可以給出各種數(shù)據(jù)的結(jié)果報告，可以是圖形、曲線或表格的形式：(1)surfacedata(2)systemdata(3)prescriptiondata(4)reportgraphic可以輸出零件圖、固體圖或網(wǎng)格圖?？梢暂敵鯯AT/STEP/IGES等文件格式。44其他包含有很多公司的玻璃材料庫，可以進行鍍膜分析，可以編輯薄膜，可以進行熱分析，可以進行偏振光計算，可以進行物理光學分析和計算，可以進行樣板比對。45Solves46Whataresolves?Solves是ZEMAX中可以主動調(diào)整特定值的功能。可以為curvatures（曲率）,thicknesses（厚度）,glasses（玻璃）,semi-diameters（口徑）,和parameters等參數(shù)指定solve。Solves的設置，只需要在希望放置solve功能的欄中點右鍵或雙擊左鍵就可以了。47Analysis

像質(zhì)評價與分析48像質(zhì)評價與分析※ZEMAX提供了豐富的像質(zhì)評價指標，評價小像差系統(tǒng)的波像差、圓內(nèi)能量集中度；評價大像差系統(tǒng)