zemax培训教程20061226

ZEMAX软件国内外光学 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 软件情况※国内情况：■北京理工大学(SOD)■南京理工大学等※国外情况：■Zemax（光学设计软件）  ■TracePro（光学仿真软件） ■ASAP（光学仿真软件） ■LightTools（光学仿真软件） ■CODEV (OpticalResearchAssociates)■OSLO（Lambda光学设计软件）软件比较ZEMAX是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。OSLO是处理光学系统的布局和优化的代表性光学设计软件。CODEV是OpticalResearchAssociates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵。TracePro是能进行常规光学分析、设计照明系统、分析辐射度和亮度的软件。ASAP：世界各地的光学工程师都公认ASAP（AdvancedSystemsAnalysisProgram，高级系统分析程序）为光学系统定量分析的业界 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。ASAP的分析功能包括照明分析、辐射度测量、偏振、光纤耦合效率、干涉测量、杂光分析（散射和鬼影分析）、成像质量及薄膜镀膜性能分析。LightTools是一个全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系,在系统初步设计、复杂系统设计规划、光机一体设计、杂光分析、照明系统设计分析、单位各部门间学术交流和数据交换、课题论证或产品推广等各环节中均可发挥重要的作用，成为人们理想的工具。ZEMAX已经成为当今使用最普遍的光学设计软件之一※市场占有率：80~85%※全球已经销售了两万多套※台湾地区已经销售600多套※我国大陆地区已经有300多套。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…※中国台湾地区: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.※中国大陆：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：＊ZEMAX—SE(标准版)＊ZEMAX—XE(完整版)＊ZEMAX—EE(专业版)每年有数次版本更新，可以到ZEMAX的网站上下载更新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；ZEMAX的主要特色(1)分析提供多功能的分析图形，对话窗参数选择，方便分析，可将分析图形存成图文件，如BMP、JPG等，也可存成文字文件txt．　(2)优化表栏式meritfunction参数输入，对话窗预设meritfunction参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用，诸如LocalOptimization可以快速找到佳值，Global/HammerOptimization可找到最好的参数。(3)公差分析表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义。　　　(4)报表输出多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。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512MbWhatisZEMAX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。Purelysequential：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3Dshellorsolids；•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：　　　Nothing　　　Exitport　　　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。ZEMAXEditorsGraphicandText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；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。LensDataLensdata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nsinθ（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）。FieldpointsZEMAX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。大多用在有限共轭系统。（注：如果物面为曲面，则X，Y坐标包含Z坐标）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framesize的设计中（如cameralenses）。Fieldpoints示例WavelengthsZEMAX对每个系统最多允许定义12个波长。并且必须指定主波长，根据不同波长的重要性，权重可以不同。波长的单位为微米。Variableparameters在进行优化设计时，需要设置变量，ZEMAX会调整这些变量，以找到最佳设计结果。变量可以是任何量，包括radii,thicknesses,indices,Vnumbers,partialdispersions,conicconstants,tiltangles,甚至fieldsandwavelengths。Meritfunctions优化函数是用来定义优化控制目标项目。它包括设计目标，边界条件和计算结果的 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 。在优化过程中，用meritfunction的值来评价一个系统的优劣。Meritfunction由optimizationoperands组成，ZEMAX提供了200多个这样的操作数，涵盖了各种目标控制条件。Tolerancing（公差分析）ZEMAX可以对光学面的参数和群组的参数进行公差分析。它提供了二种公差分析模式：(1)sensitivity（灵敏度）：给定结构参数的公差范围，计算评价标准的影响，(2)inversesensitivity（反向灵敏度）：给出评价标准量的允许变化范围，反算出结构参数的公差。结果报告可以给出各种数据的结果报告，可以是图形、曲线或表格的形式：(1)surfacedata(2)systemdata(3)prescriptiondata(4)reportgraphic可以输出零件图、固体图或网格图。可以输出SAT/STEP/IGES等文件格式。其他包含有很多公司的玻璃材料库，可以进行镀膜分析，可以编辑薄膜，可以进行热分析，可以进行偏振光计算，可以进行物理光学分析和计算，可以进行样板比对。SolvesWhataresolves?Solves是ZEMAX中可以主动调整特定值的功能。可以为curvatures（曲率）,thicknesses（厚度）,glasses（玻璃）,semi-diameters（口径）,和parameters等参数指定solve。Solves的设置，只需要在希望放置solve功能的栏中点右键或双击左键就可以了。Analysis像质评价与分析像质评价与分析※ZEMAX提供了丰富的像质评价指标，评价小像差系统的波像差、圆内能量集中度；评价大像差系统的点列图、弥散圆；MTF、PSF;几何像差评价方法。※可以给出Seidel和ZERNIKE像差系数※可以进行扩展光源的分析※像质评价结果表现形式多种多样，既有各种直观的图形表示方法，也有详细的数据报表。像质评价报告结果示例像质评价指标※Fans(扇形图，垂轴几何像差等)※SpotDiagram(几何点列图，弥散斑)※MTF（调制传递函数）※PSF（点扩展函数）※Wavefront(波像差)※能量分析※Miscellaneous(杂项，几何像差)※像差系数※扩展光源分析Optimization（最优化）　Optimization概述optimization是ZEMAX最重要的功能之一。optimization是通过改变光学系统中的结构参数（变量）的值，提高系统的成像质量。这些变量可以是surfacecurvatures,elementandair-spacethicknesses,tiltangles,etc.用Operands（操作数）定义Meritfunction，通过比较给定光学系统和满足所有设计要求的系统的MF值，来评价系统的好坏。一般用迭代（iterative）的方法,为变量选定一个起始点和一种优化算法，迭代地改变变量的值，以找出最小的MF值。班级上机顺序地点：学院计算机机房要求：各位同学按照学号顺序固定计算机位置，不得随意更换。一班三班周四下午2：30～上午8：30～二班一班周四三班一班周五三班二班周六二班一班周日三班二班周五