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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 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 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 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、紫外光刻系统等等 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 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 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 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 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 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