【精心整理】zemax软件在光学设计

适于系统中有重要的序列端口和一些非序列元件 (如 棱镜、管道等) (3)纯非序列模式 适于照明、散射、杂散光分析以及不需要端口的模型
• 序列光线追迹
是指：光线从物面发出(通常是0面)，然后顺序地通过第 一面、第二面…，直到像面为止。因此光线是可逆的。
• 非序列光线追迹
光线按实际中传输过程向前传输，一条光线可能因折射、 反射、散射、衍射变为多条光线
三．ZEMAX的用户界面
Zemax在光学设计中的应用
2015.11
内容提要：
• • • • • 常用光学设计软件简介 Zemax 用户界面、功能模块探究 基本像差分析及像质评价 默认评价函数设定规则、优化操作数详解 单透镜优化设计实例
一.光学设计软件简介
• 成像光学设计：Code V、OSLO、Zemax、 SIGMA、 LensView、SOD88、CIOES(长光) • 照明光学设计：ASAP、TracePro、LightTool、 ProSource、ODIS(浙大) • 光学薄膜设计：TFCalc • 激光腔体设计：LASCAD • 光电器件设计：OPTISYS_DESIGN 、 BPM_CAD 、 OPTIAMP_DESIGN 、FIBER_CAD 、HS_DESIGN 、 FDTD_CAD 、WDM_Phasar 、 IFO_GRATINGS
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ZEMAX是什么？
ZEMAX是用光线追迹的方法模拟折射、反射和衍射的 序列及非序列光学系统的透镜设计程序。 ZEMAX用“面”的概念模拟序列光线追迹，用“组件” 或“物体”的概念模拟非序列光线追迹。 序列和非序列光线追迹有着本质的区别，ZEMAX中可 以使用三种光线追迹方式： (1)纯序列模式 用于传统透镜及多数成像系统设计 (2)混合模式
Samples\Non-sequential\Ray splitting\Beam splitter.zmx
• ZEMAX在设计中考虑及忽略的是什么？ ZEMAX中考虑的是：精确的光程；反射和折射； 光程差和相位；像差和图像形态；偏振；薄膜的 透过率和吸收率；散射；静态分光 ZEMAX中忽略的是：透镜边缘的衍射（用物理 光学计算除外）
• 优化：表栏式merit function参数输入，对话窗 式预设merit function参数，方便使用者定义， 且多种优化方式供使用者使用 • 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 • 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 • 功能不及Code V、OSLO，但其简单易学， 价格便宜，在国内用得比较广泛
LightTool
• 美国ORA公司研发的三维照明仿真软件 • 光机一体化设计：光学和机械元件的形状的描述可通过 软件提供的基本实体模型实现。遮光罩、镜筒和产品结 构的设计将得益于这种光机一体的考虑方法和非顺序光 线追迹提供的大量信息 • 复杂光路设置 ： LightTools使多光路或折叠光路系统、 带有棱镜或复杂曲面的系统的光路设置和视觉建模验证 变得简洁。有了LightTools，设计人员完全可以摒弃过 去为了简化问题而采用的一些传统技巧，如符号规则、 用多通道定义模拟变焦功能、把反射镜和棱镜展开成平 板、略去非光学面和机械结构的影响、人为简化光瞳形 状，等等
Code V
• 美国Optical Research Associates推出的大型 光学设计软件 • 适用于各种序列及非序列光学系统，广泛用于 照相系统、光谱仪器、空间光学系统、激光扫 描系统、全息平显系统、红外成像系统、紫来自百度文库 光刻系统等等
ASAP
• 功能强大，已成为工业界标准的光学设计软件 • 用于仿真汽车车灯光学系统、生物光学系统、相 干光学系统、屏幕展示系统、光学成像系统、光 导管系统、照明系统及医学仪器 • 是一个联结了几何光学和物理光学的全方位3D 光学及机械系统的模型建立软件 • 可处理各种光学仿真分析，包括散射效应、衍射 效应、反射效应、折射效应、光吸收效应、偏极 光效应和高斯光速传导之模拟分析
ZEMAX
• Zemax是美国zemax公司设计的专用光学设计 软件包 • 可实现序列和非序列分析 • 用于光学组件设计及照明系统的照度分析，也 可建立反射、折射、绕射等光学模型 • 分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参 数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文 件，例如：*.BMP, *.JPG等，也可存成文字文 件*.txt
• 杂光分析：非序列光线追迹功能可以直观地描述在系统 中任意表面上或介质中发生的任何光学现象，如折射、 反射、全反射、散射、多级衍射、振幅分割、光能损耗、 材料吸收等，并根据需要自动实时衍生出多路光路分支。 • 照明系统设计分析：LightTools中可以精确地定义各种 实际光源（如发光二极管、白炽灯、弧光 灯、卤素灯 等）的形状和发光特性，其计算结果与实际测量结果精 确吻合。对非人眼接收的照明系统，可以把结果转换成 辐射度单位。计算结果的输出形式可以是二维线图、等 高线图、灰度 图、伪彩色图或三维分布图。 • 应用实例：投影系统、平板显示器、仪表盘照明、内窥 镜照明、报警灯、汽车前灯、车厢内部照明、指示牌照 明等等
二. ZEMAX概述
• ZEMAX能做什么？
ZEMAX是一个程序，它能够建模、分析以及辅助设计 光学系统
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ZEMAX不能做什么？
ZEMAX只是一个工具，它不能教会你如何设计镜头和 光学系统，使用工具的你才是设计师；ZEMAX不能取 代工程实践，设计师的责任是检查ZEMAX模拟结果的 合理性与可行性
TracePro
• 普遍用于照明系统、光学分析、辐射分析及光度分析的 光线仿真软件 • 应用领域：照明、导光管、薄膜光学、光机设计、杂散 光分析、激光泵浦、背光模组、投影系统、汽车照明系 统等等 • 处理复杂几何的能力，以定义和跟踪数百万条光线 • 图形显示、可视化操作、提供3D实体模型 • 可以导出主流CAD软件和镜头设计软件的数据格式