2022年ZEMAX光学设计软件简介 .pdf

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1、光学设计软件简介光学设计软件成像设计： CodeV（ORA 公司产品， USA ） Zemax（ZEMAX Development Corporation OSLO( Lambda Research Corporation 公司， USA)照明设计： Lightools（ORA 公司产品） ASAP Tracepro ODIS光通讯设计软件： OptiWave薄膜设计： TFCalc, Filmstar 等 nCodeV （ORA 公司产品， USA ）成像光学设计分析软件名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心

2、整理 - - - - - - - 第 1 页，共 29 页 - - - - - - - - - CodeV （ORA 公司产品， USA ）功能Zemax （Zemax公司，USA ）光学设计分析软件名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 29 页 - - - - - - - - - Oslo（Lambda Research Corporation 公司，USA ）成像设计分析软件Lightools（ORA 公司产品， USA ）照明光学设计分析软件ASAP(Br

3、eault Co.) 照明光学设计分析软件名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 29 页 - - - - - - - - - 3) 光学设计应用广泛眼镜照相机、CD 、VCD/DVD 、DC 、DV等扫描仪、复印机、投影仪等显微镜、内窥镜、X光机等日常照明、汽车车灯等望远镜、瞄准仪、测量仪器激光、卫星等光纤通讯等非成像光学、太阳能利用等Zemax 简介Zemax 公司开发光学设计软件? 功能完整（设计、分析、优化、公差分析等）? 使用方遍? 光线追迹算法 序列光

4、线追迹 非序列光线追迹（蒙特卡罗算法）完整的数据表格式输入，编辑方便多功能分析（ MTF 、点列图等）多种优化方式公差分析能力其他 CAD 文件格式转换等Zemax 软件特点名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 29 页 - - - - - - - - - 版本SE ：标准版XE ：完整版EE ：专业版（可算非序列）Zemax 用户界面主要有四种用户界面Editors: 编辑各种光学面参数或其他参数Graphic Windows: 显示各种图形数据Text Wi

5、ndows: 显示各种文本数据Dialog Boxes: 编辑其他各种Window 的数据或报告错误信息。1）Editors Lens Data Editor：输入透镜参数Merit Function Editor ：优化函数构建Multi-Configuration Editor：多重结构参数定义Tolerance Data Editor ：公差分析函数设定Extra Data Editor：附加数据Non-Sequential Components Editor: 非序列光学系统Lens Data Editor 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -

6、- - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 29 页 - - - - - - - - - Merit Function Editor Multi-Configuration Editor 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 29 页 - - - - - - - - - Tolerance Data Editor Non-Sequential Component Editor 名师资料总结 - - -精品资料欢迎

7、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 29 页 - - - - - - - - - 2）图形窗口Layout 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 29 页 - - - - - - - - - 生成 dxf 文件Ray FanMTF 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - -

8、 - - - - - 第 9 页，共 29 页 - - - - - - - - - 将物分解为各种空间频率的谱，光学系统的光学特性可视为对各种空间频率的传递和反应能力，从而建立光学传递函数的评价方法。是一种有效、客观、全面的像质评价方法MTF 的不同表达方式名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 29 页 - - - - - - - - - Spot Diagram 由物面一点发出光线经光学系统后，在像面形成一定范围的弥散图形，用点的密集程度衡量成像质量。场曲与

9、畸变名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 29 页 - - - - - - - - - 输入光学系统数据孔径类型尺寸单位玻璃库选择环境设定等名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 29 页 - - - - - - - - - 孔径类型Entrance Pupil Diameter：入瞳直径Image Space F# ：共轭像空

10、间F 数（物为无穷远）Object Space NA ：物空间数值孔径Float by Stop Size：由孔径光阑决定入瞳大小Paraxial Working F# ：像空间近轴F数Object Cone Angle：边缘光线半角Field 设置四种模式1、Field Angle: 光线与 Z 轴的夹角2、Object Height：物空间 XY高度3、Paraxial Image Height：近轴像空间高度4、Real Image Height：实际像高Field 设置名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师

11、精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 29 页 - - - - - - - - - Wavelength 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 29 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 29 页 - - - - - - - - - 查资料法E.F.L-Effectiv

12、e Focus Length（有效焦距）B.F.L-Back Focus Length（后工作距）FNo.-F Number （相对孔径）F.A.-Field Angle (视场角) 照相物镜设计实例照相物镜的技术指标要求：焦距：f =9.6mm ；相对孔径 D/f 不小于 1/2.8 ；图像传感器为1/2.5 英吋的 CCD ，成像面大小为4.32mm 5.76mm ；后工作距 5mm 在可见光波段设计 ( 取 d、F、C三种色光， d 为主波长 )；1m成像质量， MTF 轴上40%100 lp/mm 轴外 0.707 35%100 lp/mm 最大畸变 1/2.8 ；名师资料总结 - -

13、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 29 页 - - - - - - - - - 像高：y=sqrt（5.762+4.322)/2=3.6mm 视场角：atan（y/f ）=20.55度后工作距 5mm 反远距比： 5/9.6=0.5208 在可见光波段设计 ( 取 d、F、C三种色光， d 为主波长 )；5m成像质量， MTF 轴上40%100 lp/mm 轴外 0.707 35%100 lp/mm 最大畸变 1% 步骤二：选择初始结构E.F.L-Effective Focu

14、s Length（有效焦距）B.F.L-Back Focus Length（后工作距）FNo.-F Number （相对孔径）F.A.-Field Angle (视场角 ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 29 页 - - - - - - - - - 步骤三：输入初始结构名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 29 页 -

15、 - - - - - - - - 步骤四：输入孔径类型/ 波长步骤五：整体缩放名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 29 页 - - - - - - - - - 步骤六：像质评价（1）优化方法光学系统结构参数：厚度、间隔、曲率、玻璃材料等名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 29 页 - - - - - - - - - 步骤七

16、：优化（2）构建优化函数缺省优化函数数据类型优化参考点类型优化类型名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 29 页 - - - - - - - - - 优化类型RMS ：均方根（常用）PTV ：Peak To Valley（控制点落于某半径内）数据类型Wavefront ：波前差（ 2Waves ）Spot Radius ：点列图半径（ 2Waves ）优化参考点类型Centroid ：中心Chief Ray ：主光线评价函数操作数1、像差 SPHA( 球差)

17、、COMA( 彗差) 、ASTI(像散)、FCUR( 场曲) 、DIST(畸变) 等名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 29 页 - - - - - - - - - 2、调制传递函数MTFT( 子午面传递函数 ) 、MTFS( 弧矢面 MTF) 、MTFA 等3、基本光学特性EFFL(焦距) 、PMAG( 近轴放大率 )、AMAG( 角放大率 ) 、EXPP( 出瞳距 ) 、ISFN(像方 F 数) 等4、边界约束条件CTGT( 中心厚度大于 ) 、CTLT

18、(中心厚度小于 ) 、ETGT 、ETLT CVGT 、CVLT 5、基本计算 AbSO ( 绝对值 ) 、ASIN 、COSI 等边界约束条件：两种方法： CTGT( 中心厚度大于 )、CTLT( 中心厚度小于 ) 、ETGT 、ETLT CVGT 、CVLT 等缺省优化函数（3）优化名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 29 页 - - - - - - - - - 步骤八：像质评价名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -

19、 - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 29 页 - - - - - - - - - 步骤八：像质评价名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 29 页 - - - - - - - - - 步骤九：配样板名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 29 页 - - - - - -

20、 - - - 由近到远由小到大名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 27 页，共 29 页 - - - - - - - - - 步骤十：出图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 28 页，共 29 页 - - - - - - - - - 参考文献中文：李晓彤几何光学 . 像差. 光学设计浙大出版社袁沧旭光学设计英文：Modern Optical Engineering Warren Smith Elements of Modern Optical Design Donald OSheaThe Art and Science of Optical Design Robert Shannon Practical Computer-Aided Lens Design Gregory Hallock Smith 光学原理波恩名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 29 页，共 29 页 - - - - - - - - -