ZEMAX概论 4Q5c'
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ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件,包括光学设计需要的所有功能,可以在实践中对所有光学系统进行设计,优化,分析,并具有容差能力,所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。ZEMAX功能强大,速度快,灵活方便,是一个很好的综合性程序。 ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。 nk-V{']
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ZEMAX有三种不同的版本:SE,XE和EE。这里描述的一些功能只有ZEMAX的XE或EE版本才有。 3m59EI-p
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连续光路 q+}Er*r
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一个连续界面组可以很好的描述大多数成像系统,每个界面定义了两个介质间的分界。光线以一种特定的连续顺序从一个界面到另一个界面。 G2e0\}q
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这个系统能很详细地描述光学系统,例如照相机透镜组,望远镜和显微镜系统。对于这些系统来说,连续光路具有很多优点:光路的快速性,界面形状和性质的普遍性以及直接优化和容差性。 { 0vHgi
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ZEMAX的光学界面具有反射、折射和衍射特性。另外,对于表面薄膜所导致的畸变传输等界面性质也能详细的进行描述。 xXm:S{I
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界面间的大体积介质可以是均匀的,例如普通玻璃或空气,也可以是具有任意梯度指数的形式的介质,这里的指数形式是关于位置、波长、温度或是其它性质的复杂函数。对于双折射材料,指数是极化函数,并提供有关光线角度的信息。 #E#.`/4
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ZEMAX准备和预定义了许多界面和介质类型,同时也支持用户自定义界面。所有的介质属性,包括形状、折射率、反射率、指数梯度、指数热胀性、极化性、传输率和衍射性都可以由用户自定义。 of>"qrdZ
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非连续光路 ?f ]!~
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许多重要的光学系统并不能由连续光路模型来描述,例如复杂棱镜,光管,照明系统,多面反射镜,非成像系统或任意形状物体等。而且散射光和偏离光一般不能用连续性分析来模拟。 y&8kORz;?
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这些系统需要一个非连续光路,光线可以以任意次序穿过任意物体。非连续光路可以对光线传播进行详细的分析,包括散射光和部分反射光。ZEMAX将穿透物体的光线分离成多散射光束或多反射光束,然后继续传输所有分离后的光束。 yk7 l{F
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在非连续光路系统中,ZEMAX运用三维的光学部件固体模型,能追踪穿过任何固体形状的光线,提供散射,衍射,梯度指数,极化和薄膜的信息。 N&'05uWY}
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ZEMAX利用光度计和电子辐射计单位来进行非连续分析。 {Y#$
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连续和非连续系统 ;mYj`/Yj
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如果需要,ZEMAX可以在一个系统中同时支持连续和非连续光路系统。连续界面可以和任意形状、方向、方位的非连续物体混合。ZEMAX这种能把两种不同光学系统集成于一个简单而连续界面的能力,使它成为解决任意光学设计问题的理想工具。 9X6l`bo'
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光源类型 3~&h9#7Ke
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ZEMAX支持不同的光源类型,可用于连续和非连续分析。 @3@oaa/v
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连续光源 WnL Ma|e
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对于连续光路,光源被定义为场点或是材料表面的扩展位图。 U`h> [9
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ZEMAX支持传统的点光源,场点可以用角度、物高、实像高或近轴像高来定义,可以对每一点光源独立地进行特定的描述。这就允许在作为场点函数的相对强度或F/#中进行调整。 js#72T/_n
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ZEMAX也支持二极管型的像散和椭圆连续光源。光源可以360度立体角射入任意固体。 hR1n@/nh
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ZEMAX也同样支持扩展光源。用户可以运用和位图成像近似的ASCII格式,或是在标准WindowsBMP或JPG格式来定义这些光源。象素数由用户定义,每个象素的光强度可以改变。因此用户可以创建强度随波长和位置而变化的光源。 O3>m,v
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非连续光源 @|cfFT
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非连续光源要比连续光源复杂,它们一般是三维的,而且有一个以瓦和流明为单位的输出通量。用户定义的光线数是由各个光源产生的,以控制光源的取样。对设计和分析窗口上的光线数是进行分离控制的。 }co*%F{1
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ZEMAX支持以下几种非连续光源: u:FFZ
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均匀点光源、余弦光源或高斯光源 {zf)im[.
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椭圆面光源或椭圆体光源 ' QrvkQ
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矩形面光源或矩形体光源 F3L'f2yBG
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柱面光源或柱体光源 ].C4RH
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二极管激光光源或二极管激光矩阵光源 Ct)l0J\XH
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丝光源 XA*sBf
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用户自定义光源(任意) c>(`X@KL
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辐射体的辐射光源 q0l=S+0
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多种光源可以同时使用。光源也可以是由用户定义了长度的连续光源,是不连续光源,是多色光也可以是单色光。 >P/Nb]C
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玻璃、透镜和检测板目录 10 D6fkjf
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除了Schott、Hoya、Ohara、Corning和Sumita的光学玻璃目录,ZEMAX还提供了红外材料、塑料和硅等天然材料的目录,双折射材料的数据,以及色散、热效应、污染/酸蚀、成本等其它数据。所有的数据都可以查看和修改,也可以添加新的数据。 .9Y,N&V<H
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斯托克斯透镜卖主目录:Coherent,CVI,Edmund Industrial Optics,Esco,Geltech,JML,LightPath Technologies,Melles Griot,Newport,NSG America,Optics for Tesearch,OptoSigma,Philips,Quantum,Rolyn,Spindler and Hoyer以及U.S.Precision。 ;F;"Uw
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ZEMAX支持自动检测面板的安装。这一功能会自动调节光学系统来安装指定卖主的工具。检测板菜单是为透镜安装人员提供的。 GkT:7`|C
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用户可以创建新的玻璃和检测板目录,或将新数据加入现有的目录。任何希望获得的目录都可以创建和保留。 yl=_ /'*
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孔隙和暗效应 W_##8[r(?
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ZEMAX有几种不同的孔隙类型。首先,是一种定义光具组光轴上光束大小的系统孔隙。这类孔隙可由入射瞳孔直径、有限或无限的F/#配合的数值孔隙和立体角,或由系统的长度确定。 u6,NQ^4
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ZEMAX能够绘出通过近轴孔阑或偏离孔阑发出的光路,这一特性对广角的或稳固的光学系统来说都是绝对需要的。ZEMAX支持环形的、环纹形的、直角的、椭圆的和网状的孔隙。 ;B'5B]A3
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任何用户定义的孔隙和相位及振幅传输都可以定义或置于系统中任意位置。传输可以随意的定义为一个任意参数,如位置、角度、波长的函数。 bHi0N@W!vG
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ZEMAX还考虑了孔隙、暗效应、边缘效应和畸变等因素在所有计算中影响。 I\BcG(hlJ
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连续光界面 Gxtb@`f
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ZEMAX所支持的连续光通过的界面包括反射、折射、衍射和线性变化的介质。以下是ZEMAX包括的界面类型:
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类型 描述 H.D1|sU
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标准型 包括平面形、球形和圆锥形透镜 ~is$Onf99#
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偶非球面型 带偶次幂的多项式非球面透镜 /%#LA
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奇非球面型 带奇次幂的多项式非球面透镜
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近轴透镜 一个理想薄透镜 Aj9Onz,Lg
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近轴圆柱型 一个理想圆柱形薄透镜 lR^OS*v
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环形型 圆柱形非球面和环形体透镜 `v1Xywg9P
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环形光栅 添加光栅的环形透镜 wz,T7L
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环形全息 添加全息图的环形透镜 n>_EEw2/
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非连续组件 :%!}%fkxH
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非连续光路追踪指的是在一系列物体中,计算光所通过的是其中哪一个物体。非连续光路的应用包括照明系统、偏离光控制、成像系统的ghost分析和非成像光学系统的普通设计。 =*icCng
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物体对界面的非连续性 &nc0stuL
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一般来说,运用相同的界面模型,连续界面的透镜设计程序也可以完成非连续光路的绘制,光束会与序列外的界面简单相交。但是,这种界面不能用来描述真实物体。对真实物体的准确描述需要运用三维固体模型。在运行非连续光路时,ZEMAX用固体模型作为光学组件,而且不只限于穿过界面的光路。 6hE. i
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和传统的透镜设计程序不同的是,ZEMAX可以在交界面处将光线分成多光路,同时跟踪反射光、折射光、散射光和衍射光,并能准确知道各路光线的能量、极化、BSDF散射分布、薄膜和多级衍射的情况。 GJUorj&
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ZEMAX中的一个非连续系统包含了一个或多个光源、物体和探测器。 /D]V3|@E
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光源 P <$)v5f
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ZEMAX包括很多光源,用户也可自行定义。 SNV[KdvP*
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物体 4k
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在ZEMAX中的每一个非连续光物体可能是三维固体或三维界面。物体在球状的等同空间中可置于任何位置。物体的位置和其旋转可以联系在一起,这样可以使我们更容易地定义复杂复合物体,从而将整个物体作为一个单位组合起来。 fkprTk^#
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非连续光学组可以放置在光学系统中的任何位置。光线进入非连续光学组,在光组中不连续地传播,直到通过一个出口离开光组,然后这束光线将会连续地通过剩余界面。 \(nb
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这种混合技术可以融合两种体系的优点:连续光路模化速度最快,而非连续光路的模化最完全。这两种模型的组合可以积累推广到任何实际的部件或系统中。 )yV|vn
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宏语言能力 hPCt-
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ZEMAX有三百种功能,可以满足大多数用户光学设计和分析的需要。但是,总还是有些分析或计算要求特殊的需要。为应付这种情况,ZEMAX支持一种称为ZEMAX程序语言(ZPL)的宏语言。 x>>#<hOz[
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ZPL的结构于BASIC相似,较为简单。ZPL有简单的BASIC命令如PRINT和GOTO,另外还有为代表ZEMAX的数据增加了一些新的关键词,如RAYTRACE和GETMTF。 c+6/@y
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ZPL支持函数调用,用户定义排列、数字和曲线变量、文字和图象输出,以及对光路绘制算法的一个简单界面。ZPL宏语言可以读写ASCII码文件格式的数据报告。当宏语言不能满足更复杂的分析时,ZEMAX支持一个如下所述的程序界面。 O'6zV"<P
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外部程序界面 ")/TbTVu
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宏语言在做快速的程序工作时很有用,但对更复杂的分析工作,ZEMAX支持一个通用的程序界面。ZEMAX被设计用于顾客-服务器结构下操作:ZEMAX作为服务器,其它视窗程序作为委托者。ZEMAX可用于载入现存的或创建的新透镜文件,并将其光学化,这些都可以通过一个外部程序的简明控制而实现。如果用户编写程序,提供一个用户定义的功能,ZEMAX功能就得到扩展,这些新功能同ZEMAX的使用界面牢固地结合在一起,在物品菜单中出现,并且如标准的ZEMAX功能一样地运行。另外,这种顾客-服务器结构还可为仅需ZEMAX界面或图解的第三方程序所用。在这些情况下,C或C++的程序和所有强大而灵活的程序发展工具也都可以调用。 `1cGb *b/
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用户报告和测绘 ^2gDhoO_
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ZEMAX支持大量功能的用户化。例如,对一个二维的格式测绘。其绘图选项可以轻易地将最少3条光线改为7条光线。修改后的功能可以各自独立地存入每个透镜文件和分析功能中。 ? m$uqi
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ZEMAX生成总括光学系统性能成绩的用户报告。这些报告一页可以显示4或6幅ZEMAX生成的图解。任何演示图解的特定选项都可以作为一个用户报告贮存,变成一个在菜单条中的选项,从而快速地生成所期望的任何一个透镜文件的报告。通用绘制功能可以展示任何透镜参数函数的计算数值图。例如,一旦被定义,这种测绘会作为一个功能存入ZEMAX,出现在菜单条上。使用这种技术不需要进行编程,新功能就可添入ZEMAX的界面。 QHt;c
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分析能力 u!k]Q#2ZR
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ZEMAX支持广泛多样的具有扩展选项的分析工具,这些选项可设置成将计算和演示的方法用户化。 "6T: &>
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