ZEMAX主要功能介绍.pptx

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1、主要内容ZEMAX光学软件介绍光学设计流程光学系统的建模 1.一般系统 2.多重结构 3.含非顺序元件的光学系统玻璃库的构建公差分析ZEMAX编程第1页/共77页ZEMAX的主要功能光学系统模型的构建与仿真 1.成像光学 2.照明光学 3.其它(如:物理光学元件,光耦合元件)构件方式包括Sequential模式和Non-sequential模式光学系统的性能分析与优化 1.像质分析/照明特性分析 2.优化功能 Optimization Global Search Hammer optimization第2页/共77页ZEMAX的主要功能公差分析 1.样板匹配 2.公差分析数据输出 1.系统结构

2、参数及性能输出 2.零件图输出用户扩展功能 1.ZPL宏语言编程(Zemax Programming Language)2.C+语言功能扩展(Zemax Extension)第3页/共77页ZEMAX操作界面快速扫描顺序/非顺序模式选择 FileSequential or mixed sequential/non-sequential mode编辑框(editors)光学系统结构编辑框 Lens data editor 优化函数编辑框 Merit Function editor 多重结构编辑框 Multi-configuration editor 公差数据编辑框 Tolerance data

3、editor 附加数据编辑框 Extra data editor系统性能参数输入框(system)综合数据输入 General 视场数据输入 Field 波长数据输入 Wave length 数据输入类第4页/共77页分析类功能（Analysis)工具类功能（Tools)输出类（Report)编程功能 ZPL宏语言(Marcos)C语言扩展(Extension)ZEMAX操作界面快速扫描第5页/共77页光学设计流程初始结构计算或选择第6页/共77页光学设计建模一般光学系统设计1.系统要求 焦距：f=9mm系统参数：F#：4 视场：2=40度要求所有视场在67.5lp/mm处 MTF0.3 第7

4、页/共77页选择初始结构光学设计手册（李士贤，郑乐年编）1990版 P311:焦距：f=74.98mm F#：3.5 视场：2=56度28.2528.253.73.7ZK5ZK5-781.44-781.446.626.62-42.885-42.8851.481.48F6F628.528.54.04.0光阑光阑4.174.17160.972160.9724.384.38ZK11ZK11-32.795-32.795第8页/共77页系统性能参数输入孔径值System-General第9页/共77页名称名称说明说明入瞳直径入瞳直径一般一般L=L=像方像方F#F#f/Df/D，一般一般L=L=物方物方N

5、ANAnsinunsinu一般一般L L 由孔径光阑由孔径光阑尺寸决定尺寸决定大小取决于大小取决于StopStop的尺寸的尺寸近轴近轴F#F#1/1/（2 2ntan)ntan)物方孔径角物方孔径角u,u,一般一般L LScale lens第14页/共77页缩放后的系统第15页/共77页缩放后的系统第16页/共77页优化设置优化操作数Editors-Merit Function第17页/共77页设置优化操作数Default Merit Function 编辑框 优化函数参考第18页/共77页在默认的优化操作数基础上添加用户操作数用户优化操作数第19页/共77页设置优化变量曲率半径Variabl

6、e：变量Pick up：拾取 1 2 3 4R3=-R2R4=R1第20页/共77页设置优化变量中心厚度第21页/共77页设置优化变量中心厚度Radial Height=0表示半直径处第22页/共77页优化ToolsOptimization第23页/共77页球差色差：Analysis-Misscellaneous-Longtitude aberration场曲畸变：Analysis-Misscellaneous-Field Curv/Dist垂轴色差：Analysis-Misscellaneous-Lateral Color垂轴像差：Analysis-Fans-Ray aberration第2

7、4页/共77页优化结果第25页/共77页样板匹配根据加工方提供的样板数据将设计的半径数值用一系列样板半径值代替，以利于降低生产成本Tools Test Plate Fitting第26页/共77页Test Plate Fitting 运行结果第27页/共77页公差分析Editors Tolerance DataToolsDefault Tolerances第28页/共77页ToolsToleracingSensitivity:正向分析Inverse Limite:反向分析（极限偏差）Inverse Increment:反向分析（增量）第29页/共77页默认公差设置结果第30页/共77页Sens

8、itivity 分析结果 当前值当前值与名义值的差值第31页/共77页Sensitivity 分析结果影响最大10个因素第32页/共77页Monta Carol仿真结果第33页/共77页反向灵敏度分析第34页/共77页设计示例：多重结构 干涉系统仿真多重结构多用于对含有运动元件的系统或多光路系统进行仿真分析（如：变焦系统，扫描系统，分光系统以及干涉仪等）EditorMulti-Configuration多重结构操作数：EditorMulti-Configuration Help 菜单第35页/共77页干涉系统仿真设计导入透镜系统第36页/共77页系统翻转：ToolsReverse Elemen

9、t第37页/共77页第38页/共77页添加45度倾斜平面镜 ToolsAdd Fold Mirror第39页/共77页添加并完成第一光路第40页/共77页添加第二光路多重结构EditorMulti-Configuration第41页/共77页添加第二重结构和操作数第42页/共77页第43页/共77页Non-Sequential设计示例 方棒透镜的均匀照明Non-Sequential模式中光线的追迹模式更接近于真实情况。光线可以通过某一元件多次，也可以一次都不通过。FileNon-Sequential Mode第44页/共77页Non-sequential 与sequential的区别示例seq

10、uentialNon-sequential第45页/共77页添加光源、方棒、聚光镜和探测器第46页/共77页方棒系统第47页/共77页建立自己的玻璃库(ToolsGlass Catalogs)第48页/共77页Save Glass Catalog AsInsert GlassFit Index Data波长波长（nm)nm)折射率折射率435.84435.841.5262661.526266479.99479.991.5224011.522401486.13486.131.5219551.521955546.07546.071.5182941.518294587.56587.561.51637

11、31.516373589.29589.291.5163001.516300643.85643.851.5142971.514297656.27656.271.5138951.513895第49页/共77页第50页/共77页添加结果第51页/共77页ZEMAX编程应用ZEMAX这一光学平台，结合用户自己的需要，添加自己特定的功能。ZEMAX编程包含ZEMAX Programming Language(ZPL宏语言编程）和 ZEMAX Extension（ZEMAX C+语言扩展编程）两种第52页/共77页ZPL宏语言编程编辑工具：所有的文本编辑工具，如：记事本等。语法：与Basic语法类似Mac

12、rosEdit/Run ZPL Macros第53页/共77页全口径球差优化操作数：ZPL03.zplPZ1L1l第54页/共77页ZPL宏语言在优化中的应用举例1 ZPL03.ZPLTYPE:ZPLM MARC#:3ZPL03与SPHA的区别：SPHA表示波相差中球差系数W040的大小；而ZPL03则表示全口径球差的实际大小。第55页/共77页SPHA的结果第56页/共77页ZPL03.ZPL的结果第57页/共77页在许多光学系统（如：变焦系统）优化时，往往要求优化过程中光组之间的主面间距保持不变两光组之间的主面间距与光组之间的空气间隔是不一样的ZEMAX可以计算主面位置，但是不能在优化中限

13、定ZPL宏语言在优化中的应用举例2 主面间距限定操作数第58页/共77页光学系统主面位置的计算折射面物像关系矩阵 过渡矩阵光学技术手册上（王之江 主编）1987 P78第59页/共77页光学系统矩阵主面位置 光学系统主面位置的计算第60页/共77页ZPL07.ZLP 主面位置计算操作数第61页/共77页优化对话框中的ZPL07.ZPL第62页/共77页ZEMAX EXTENSION编程 基于C+语言的ZEMAX编程ZEMAX具有强大的光学数据处理能力C+语言则是功能强大灵活的高级程序语言ZEMAX与C+的联合编程使我们可以在强大的光学平台（ZEMAX）的基础上实现我们在科研工作上的特殊需要。第

14、63页/共77页ZEMAX与C+语言之间的通信方式ZEMAX用户C+程序原始信息用户二次处理信息ZCLINT.CZCLINT.C包括了ZEMAX与C+程序之间通信所需的一般接口函数，起着桥梁作用。第64页/共77页ZEMAX与C+接口函数第65页/共77页语法/获取多重结构数以及多重结构操作数的数目sprintf(szBuffer,GetMulticon,%i,%i,1,1);将用户命令写入存储器，准备发送PostRequestMessage(szBuffer,szBuffer);发送第一个存储器中的命令，并将返回结果存到第二个存储器num_config=atoi(GetString(szBu

15、ffer,1,szSub);GetString函数提取结构数，并通过atoi函数将其转化为整型数num_opr =atoi(GetString(szBuffer,2,szSub);用户定义的存储器获取多重结构参数的命令第66页/共77页利用ZEMAX EXTENSION产生文本输出框FILE*out;/定义输出文本框指针out=fopen(szFile,“wt”);/打开输出文本框fputs(“Write this linen”,out);/向输出文本框中写入数据fclose(out);/关闭输出文本框sprintf(szBuffer,MakeTextWindow,%s,%s,%s,out,s

16、zModuleName,szAppName);PostRequestMessage(szBuffer,szBuffer);/向zemax发送生成文本框命令功能扩展程序名对话框名第67页/共77页绘图命令BOX x1 y1 x2 y2 绘制矩形 FRAME 生成标题框LINE x1 y1 x2 y2 画直线 NOFRAME产生框架，不含标题框 PENSTYLE ncolor nstyle nwidth 设置画笔TEXT“string”x y angle width height 按一定格式输出文本TITLE“string”设置标题所有的绘图命令都应当写进一个临时绘图文件中，格式：FILE*out

17、put;/定义临时绘图文件指针sprintf(szBuffer,LINE%.4f%.4f%.4f%.4fn,oldx,oldy,x,y);/将绘图命令写入寄存器 fputs(szBuffer,output);/将绘图命令从寄存器转到临时文件中fclose(output);/关闭临时文件利用ZEMAX EXTENSION产生图形输出框第68页/共77页绘图指令的发送发送生成图形输出框指令 指令内容：MakeGraphicWindow,绘图临时文件地址,zemax extension地址,图形窗口名称，类型标号示例：sprintf(szBuffer,MakeGraphicWindow,%s,%s,

18、%s,1,szOutputFile,szModuleName,szAppName);PostRequestMessage(szBuffer,szBuffer);第69页/共77页ZEMAX EXTENSION示例 变焦系统凸轮曲线的绘制第70页/共77页绘制变焦曲线流程图开始获取多重结构中运动组的坐标获取对应结构的焦距值结构数采用高斯消去法采用最小二乘方法画图2结构数5使用3次或4次曲线拟合第71页/共77页程序执行结果第72页/共77页可以根据用户需求选择玻璃库以及玻璃变化的多边形范围，从而使得玻璃在既定范围内选取ZEMAX EXTENSIONZEMAX EXTENSION示例示例2 2 玻璃多边形优化的输入界面玻璃多边形优化的输入界面SetboundrySetboundryZEMAX中的玻璃约束操作数：MXIN,MNIX MNAB,MNAB第73页/共77页第74页/共77页第75页/共77页谢谢第76页/共77页感谢您的观看。第77页/共77页