zemax中公差分析PPT课件
《Zemax教程》课件
二次开发与定制功能
二次开发接口
Zemax提供二次开发接口，允许用户开发定制功能和插件，扩展 软件的功能范围。
定制界面和工具栏
用户可以根据自己的需求，定制界面的布局和工具栏，以及添加自 定义的工具和按钮。
集成第三方软件
通过二次开发接口，用户可以将Zemax与其他软件集成，实现数 据共享和协同工作。
《Zemax教程》 PPT课件
目录
CONTENTS
• Zemax软件简介 • Zemax基础操作教程 • Zemax光学设计实例教程 • Zemax光学仿真与性能评估 • Zemax高级功能教程 • Zemax常见问题与解决方案
01 Zemax软件简介
软件背景与发展历程
创立背景
为了解决光学设计中的复杂问题 ，Zemax软件于1997年诞生。
移动对象
使用鼠标拖动对象。
旋转对象
使用鼠标中键拖动对象。
缩放对象
使用滚轮或“+”和“-”按钮进行缩放。
文件类型与管理
.zmx
Zemax设计文件，包含光学系统的 所有信息。
.zdl
Zemax数据文件，包含光学系统的一 部分信息。
文件类型与管理
• .zpl：Zemax脚本文件，用于自动化任务。
文件类型与管理
发展历程
经过多年的研发和改进，Zemax 已经成为业界广泛认可的光学设 计软件。
软件特点与优势
01
02
03
高效性能
Zemax提供了强大的计算 引擎，能够快速进行光学 性能分析和优化。
用户友好
软件界面直观，易于学习 和操作，降低了使用门槛 。
全面功能
Zemax提供了从光学系统 设计到分析评估的完整解 决方案。
Zemax详细使用方法ppt_共257页
NSC with ports system例子
Ray Tracing的3种方式（III）
（3） Purely Non-sequential(aka NSC without port) •所有object都是3D shell or solids； •每个object都在一个空间坐标系中定义了其特性； •需要定义光源的发光特性和位置，定义detector收集光线； •光线一直追迹，直到它遇到下列情况才终止： Nothing， 能量低于定义的阈值。 •计算时光学元件的相对位置由空间坐标确定；对同一元件，可同时进 行穿透、反射、吸收及散射的特性计算； •无法作优化及公差分析； 这种情况下，可以对光线进行分光，散射，衍射，反射，折射。
（2）还提供了User Defined Surface。用户只需要按照它的语法规定， 用C++语言编写DLL文件与ZEMAX相连接就可以建立自己需要的面形。
The system aperture
它是很重要的一个参数，决定入瞳的大小，它决定光学系统在物 空间收集多少光线。
System aperture types
Sequential lens data-Surface data: 面的序号; 每个面的相关结构数据; 光学系统的孔径; 波长; 视场。 进行优化时,还需要： 变量; 优化函数。 For NSC without port system,还需要： 所有object的结构参数和位置参数; 所有source和detector的特性参数和位置参数; 波长。
Surface data的符号规则
• 镜头数据（Lens Data）：曲率半径、厚度、材质和其他参数。
各量符号规定：
ZEMAX主要功能介绍PPT参考课件
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)
4
ZEMAX操作界面快速扫描
顺序/非顺序模式选择
6
光学设计流程
ZEMAX主要功能
初 始
初始结构输 入与编辑
系统性能分析
优化
样板匹配与 公差分析
结
光学系统图
构
系统性能
球差色差曲线
样板匹配
计
参数输入
场曲畸变曲线 垂轴像差
设置优化操作数
设置公差分析操作数
算 或
波像差 点列图 光学传递函数
设置优化变量 优化
公差分析
选 择
系统结构 参数输入
像面照度分析 其它辅助分析
F#： 3.5
-42.885 1.48 F6
视场：2ω=56度 28.5 4.0
光阑 4.17
160.972 4.38 ZK11
-32.795
9
系统性能参数输入——孔径值
System->General
10
系统性能参数输入——孔径值
名称
说明
入瞳直径
一般L=∞
像方F#
物方NA
由孔径光阑 尺寸决定 近轴F#
f’/D， 一般L=∞
nsinu 一般L< ∞ 大小取决于 Stop的尺寸 1/（2n’tanθ)
物方孔径角 u,一般L< ∞
11
系统性能参数输入——玻璃库
ZEMAX主要功能介绍-课件PPT
全口径球差优化操作数：ZPL03.zpl
l L1
PZ1
ZPL宏语言在优化中的应用举例1 ——ZPL03.ZPL
TYPE: ZPLM MARC#: 3 ZPL03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。
主面位置
l
H l
H
(1 C ) n
A (1 B ) n
A
ZPL07.ZLP ——主面位置计算操作数
优化对话框中的ZPL07.ZPL
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
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
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)
添加结果
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
使用ZEMAX设计、优化、公差和分析
使用ZEMAX设计、优化、公差和分析使用ZEMAX?于设计、优化、公差和分析摘要光学设计软件ZEMAX?的功能讨论可藉由使用ZEMAX 去设计和分析一个投影系统来讨论，包括使用透镜数组(lenslet arrays) 来建构聚光镜(condenser)。
简介 ZEMAX 以非序列性 (non-sequential) 分析工具来结合序列性 (sequential) 描光程序的传统功能，且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软件包，并具有研究成像和非成像系统中的杂散光 (stray light) 和鬼影 (ghosting) 的能力，从简单的绘图(Layout)一直到优化和公差分析皆可达成。
根据过去的经验，对于光学系统的端对端 (end to end)分析往往是需要两种不同的设计和分析工具。
一套序列性描光软件，可用于设计、优化和公差分析，而一套非序列性或未受限制的 (unconstrained) 描光软件，可用来分析杂散光、鬼影和一般的非成像系统分析，包括照明系统。
序列性描光程序这个名词是与定义一个光学系统为一连串表面的工具有关。
所有的光线打到光学系统之后，会依序的从一个表面到另一个表面穿过这个系统。
在定义的顺序上，所有的光线一定会交到所有的表面，否则光路将终止。
光线不会跳过任何中间的表面；光线只能打在每一个已定义的表面一次。
若实际光线路径交到一个表面上超过一次，如使用在二次描光 (double pass) 中的组件，然后在序列性列表中，必须再定义超过一次的表面参数。
大部份成像光学系统，如照相机镜头、望远镜和显微镜，可在序列性模式中完整定义。
对于这些系统，序列性描光具有许多优点：非常快、非常弹性和非常普遍。
几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。
在成像系统中，序列性描光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。
序列性描光的缺点，包括无法追迹所有可能的光路径 (即鬼影反射) 和许多无法以序列性方式来描述的光学系统或组件。
ZEMAX进行MTF的公差分析
ZEMAX进行MTF的公差分析!MTF的公差分析从波前差开始就像优化一样，最好从波前差开始公差分析。
如果你的初始公差太宽松，波前差比直接用MTF公差要快，而且更精确。
最好的，在你开始公差分析之前，打开一个MTF曲线，然后使用公差编辑器中的“覆盖MC 曲线（Overlay MC Plots）”开关。
当生成蒙特卡洛文件是，ZEMAX会自动覆盖MTF曲线，所以你可以看到性能的变化。
这对所有的分析功能都有效，不仅仅是MTF，它是一个神奇的工具，能获得您想要的公差。
例如，如果你需要MTF在50周期/mm时提高40%，如图所示，我们原离所需的性能。
总之，使用波前公差标准和覆盖的MTF曲线是开始MTF公差分析的好方法。
你甚至可以编写一个公差脚本对波前差进行公差分析，但报告最终的MTF性能。
注意，不要限于下拉列表中的公差标准。
你可以编写你自己的标准并编写脚本组合多个标准。
快速，精确的MTF计算在公差分析进行时，你需要直接转化到MTF公差分析，以尽可能使获得的结果与你在车间测试的结果相近。
ZEMAX使用相同的MTF操作数进行公差分析和优化。
在ZEMAX的2007年5月的版本中，我们将ZEMAXMTF操作数的计算时间减少了100%，在某些情况下更多。
这可以使你能对双高斯镜头进行完整的MTF公差分析，有100个公差，5个视场位置，三个波长并包括严格的补偿器优化，例如，在单CPU的膝上型电脑上，4分钟内进行严格的MTF分析，每个公差只需2秒钟，没有一级近似。
2007年5月版本中的另一个重要功能是ZEMAX中的公差也支持多线程，所以当你的电脑中的CPU增多时，公差分析所花的时间减少。
ZEMAX支持多达16个CPU。
记住TOLRTOLR操作数能很容易指定某一性能作为评价函数的一部分。
只要设置你的加工公差，然后设置你要的公差步骤。
TOLR操作数返回归一化的系统性能，期望的性能改变，以及期望的构建镜头性能，所以你可以优化最后的产品而不是设计中的中间步骤。
《Zemax光学设计软》PPT课件
Rings：设置某个波长的每个 例如：系统设置了一个中心视场，2
视场追迹的光线环数
个离轴视场，三个波长，按照Ring－
Arms：设置每个追迹环上的 3，Arms＝6来计算，对于对称系统追
光线数
迹的总光线为：3×（3＋3×3＋3×3）
＝63条光线。对于非对称系统，追迹
的总光线为：3×（3×（3×6））＝
一面。
精选ppt
23
步骤五、输入glass和各面Radius 和Thickness。在STO面的Glass中写 入BK7。2面的Radius设为100，透镜厚度设为4，像距设为100。注 意，Radius的符号。
精选ppt
24
现在镜头的输入资料已大致完毕。怎麼检验 你的设计是否达到要求呢？
精选ppt
例如：Grid＝4×4，表示每个视 场每个波长追迹16条光线。
注意：这种计算方法的精度和速 度都比Gaussian quadrature 差。一般不使用。
精选ppt
4×4
36
现在看一下Default Merit Function的设置结果
DMF的作用是将RMS wavefront error 减至最低 。但是，这些设置还不够，至少还要 设置焦距参数。EFFL＝100
ZEMAX 中如何进行公差分析
ZEMAX Users' Knowledge Base - /kbHow to Analyze Your Tolerance Results/kb/articles/109/1/How-to-Analyze-Your-Tolerance-Results/Page1.html By Dan HillPublished on 19 June 2006Many times it is useful to analyze your tolerances in detail. In ZEMAX's tolerance analysis, you may save the tolerance results for each Monte Carlo file, or you may save each tolerance in the sensitivity analysis indidvidually in ZEMAX file format. This article describes how to take a closer look at what ZEMAX does internally to model each and every tolerance in your design.IntroductionZEMAX offers a built-in tolerancing feature which you may use to perform a complete and accurate tolerance analysis of your optical system.Although ZEMAX performs the calculation of each tolerance “behind the scenes,” ZEMAX also gives you the option to view what it is doing more closely; the operation of the tolerance feature is not always transparent.There are two different methods to saving the modifications that ZEMAX made to your lens file to calculate the change in criteria as a function of the specified tolerance(s).The first option may be defined in the Tolerance Data Editor as a tolerance control operand. The SAVE tolerance control operand can be used after any tolerance you would like to inspect in more detail. For example, suppose that you had a tolerance operand TEDX (tolerance on element decenter in X) in the Tolerance Data Editor. After reviewing the resulting sensitivity analysis, the results did not appear to make sense.As a result, you may edit the Tolerance Data Editor by adding a SAVE command after the TEDX operand. The next time the tolerance analysis is run, ZEMAX will save the file used to compute the TEDX tolerance, which you may view as a ZEMAX lens file.Applying the SAVE Tolerance Control OperandTo demonstrate, consider a single element for which you would like to know how the RMS Spot Radius changes for a tilt tolerance about the X axis.TETX is the operand for tolerance on element tilt about the X axis. In this case, the single element has a tilt tolerance of +/- 0.5 degrees.Running the tolerance with the following settings (note that Paraxial Focus is set as the compensator):FILE:Single Element Lens.ZMX (attached to last page of article)2011In the Sensitivity Analysis of the tolerance output, we can see the criteria value as well as the change in criteria as a function of our TETX tolerance.In this case, the tilt did not affect the RMS Spot Radius very much, but we can review what ZEMAX has done more closely by saving the file ZEMAX internally constructed to perform this perturbation.In the Tolerance Data Editor, under the TETX line, insert a SAVE tolerance control operand.2011The SAVE command allows you to save the previous tolerance to a ZEMAX Lens File with the specified “File #.” A file will be saved for both the maximum and minimum tolerance. The file names will be TSAV_MIN_xxxx.ZMX and TSAV_MAX_xxxx.ZMX for the min and max tolerance analysis, respectively, where xxxx is the integer number specified in the Int1 column. In this case, the integer number is 5, so the minimum tolerance file will be TSAV_MIN_0005.ZMX. Note that the saved file is saved into the same directory as the current lens file. Run the tolerance analysis once more with the SAVE operand in place (use the same tolerance settings).Once the analysis is complete, open the TSAV_MIN_0005.ZMX file from the appropriatedirectory. Note the modifications made to the Lens Data Editor. To tilt the element about the X axis, ZEMAX inserted a pair of Coordinate Break Surfaces with the appropriate solves and values. ZEMAX even places text in the Comment column to indicate which tolerance each surface represents. Also note the marginal ray height solve on surface 6. Remember, wechose to have Paraxial Focus as our compensator when performing the tolerance analysis! With this choice, ZEMAX compensates for tolerance perturbations by moving the imagesurface in such a way that the perturbed system has the same amount of paraxial defocus as the original system. Thus, the marginal ray height solve on surface 6 brings surface 7 to paraxial focus, and the thickness of surface 7 maintains the paraxial defocus present in the original system.2011With this capability, we can clearly review what ZEMAX has done to ensure any given tolerance is performed the way we expect. Most importantly, we can thoroughly investigate any tolerance which we find to produce curious results.In the saved file, it is also possible to review the merit function which ZEMAX constructed to evaluate the RMS Spot Radius criteria. The Merit Function Value is equivalent to the criteria value reported in the tolerance output:2011Saving Monte Carlo Tolerance FilesMuch like the SAVE tolerance control operand (which is useful for evaluating one tolerance at a time), you may also save each individual Monte Carlo file generated during the tolerance analysis. This option exists in the Tolerancing dialog. In the top-most portion of the dialog, you may choose to specify how many Monte Carlo runs to perform as well as how many of these Monte Carlo files you would like to save for viewing after the analysis is complete.The benefits to saving the Monte Carlo files are the same to that of the SAVE tolerance control2011operand. However, the Monte Carlo analysis simulates the effect of all perturbationssimultaneously. Thus, the saved files will contain the modified Lens Data Editor with possibly many changes/additions (depending upon the number of tolerance operands you have for your system).Saved Monte Carlo files are also saved to the directory of the nominal lens file and any number of Monte Carlo files may be saved. The lens files are named MC_T000x.zmx, where x is the value 1 through the maximum number of specified Monte Carlo files to be saved.In most cases, it isn ’t necessary or desirable to review each individual saved Monte Carlo file. You may use the Monte Carlo Analysis output to help pick out any specific trial that you would like to later review in ZEMAX format:2011Summary and ReferencesWhen tolerancing and optical system, it is very important that you analyze and understand the results of the tolerance analysis. Sometimes, a certain tolerance or Monte Carlo run might produce suspicious results, requiring further in-depth analysis. The SAVE tolerance control operand and the ability to save Monte Carlo files make this job much easier and give you full access to what ZEMAX has done to the compute the tolerance analysis.REFERENCESZEMAX Optical Design Program User's Guide, ZEMAX Development Corporation2011。
zemax软件培训PPT课件
第26页/共183页
Fie
ZEMAX支持4种不同视场形式： Field angle: XZ和YZ平面上主光线与Z轴的夹角。常用于无限共轭系统。 Object height: 物面上X，Y高度。常用于有限共轭系统。 Paraxial Image height: 像面上的近轴像高。用于需要固定像的大小的设计中（只 用于近轴光学系统中） Real image height: 像面上实际像高。用于需要固定像幅的设计中（如camera lenses）。
可进行优化和公差分析
非序列模式
以object为对象建模 不限制光线与面相交的顺序
光线与同一个面可相交多次 光线可以分裂
镜面反射和漫反射 可以全反射
在object外的光线也可进行光线追迹 object的位置由全局坐标确定 所有空间都是等价的 计算的光线多，计算速度慢
不能使用优化和默认的公差分析（可 用Macros分析公差）
ZEMAX有三种版本：ZEMAX-SE（标准版）、ZEMAX-XE （扩展版）、ZEMAX-EE（工程版）。只有ZEMAX-EE的功 能最为全面。
第1页/共183页
ZEMAX应用
ZEMAX可以用于相机镜头、望远镜、显微镜、 照明系统、显示系统、干涉仪、光通讯器件等 各种光学系统的设计和仿真
第2页/共183页
ZEMAX简介
ZEMAX是一个使用光线追迹的方法来模拟折射、反射、衍 射、偏振的各种序列和非序列光学系统的光学设计和仿真软件。
ZEMAX的光学设计功能体现在使用序列模式设计传统的光 学成像系统，优化成像系统的像差，分析和评价成像的质量， 给光学系统分配合适的公差等方面。
ZEMAX的仿真功能体现在使用非序列模式、物理光学传播、 热分析等功能模拟和仿真实际的光学系统方面。
Zemax软件设计教程(共85张PPT)
Wav
ZEMAX最多允许定义12个波长，必须指定参考波长，可以根据不同波长的重要
性，设定不同的权重。
波长的单位为微米。
Select-〉功能可以选择多种默认的波长
Lens Data Editor
一定存在的3个表面：OBJ、STO和IMA
对于后者，除了图形窗口，如果你要查看文本窗口的内容，点击菜单栏中的 “Text”
Dialog boxes
用来编辑其他窗口或系统的数据，比如General，Field Data， Wavelength Data，Glass Catalog，Lens Catalogs……
序列模式
这种模式下的光学设计和仿真可按照下列步骤进行：
在这里定义和编辑优化函数
• Multi-Configuration Editor
给变焦距透镜和其它的多结构系统定义参数变化表
• Tolerance Data Editor
定义和编辑公差
• Extra Data Editor
一个扩展的透镜数据编辑器，为那些需要很多参数才能定义的表面准备的，比如表面类型 Binary 2
中的θ是实际边缘光线与光轴的夹角
Fie
ZEMAX支持4种不同视场形式： Field angle: XZ和YZ平面上主光线与Z轴的夹角。常用于无限共轭系统。 Object height: 物面上X，Y高度。常用于有限共轭系统。 Paraxial Image height: 像面上的近轴像高。用于需要固定像的大小的设计中（只用于近轴 光学系统中） Real image height: 像面上实际像高。用于需要固定像幅的设计中（如camera lenses）。
zemax基本介绍和操作PPT学习课件
以object为对象建模 不限制光线和相交的顺序 光线与同一面或物可多次相交
光线会分裂 镜面反射和漫反射
可以是全反射 在object外的光线也进行追迹 object的位置由全局坐标确定
所有空间是等价的 分析的光线多，计算速度慢
不能做优化和公差分析
2
2020/3/4
Ray Tracing
• 点列图的均方根半径值越小，成像质量越好。
RMS半径：先把每条光线和参考点 之间的距离的平方，求出所有光线 的平均值，然后取平方根
重庆大学 - 光学CAD
21
RMS半径
2020/3/4
OPD fan图
• OPD fan：是光线的光程和主光线的光程之差
重庆大学 - 光学CAD
22
2020/3/4
其它像差曲线
统的数据，或者报告错误信息等。
重庆大学 - 光学CAD
6
2020/3/4
编辑视窗（Editor Window）
• 6种不同的编辑器（Editors）：
镜头数据编辑器（Lens Data Editor），评价函数编辑器（Merit
Function Editor）、多重组态编辑器（Multi-configuration Editor）、
操作符名称
操作符所处的位置序号
所需参数
目标值
权重因子 目标值
32
2020/3/4
优化方法
• Optimization • 一般选择自动优化
重庆大学 - 光学CAD
33
2020/3/4
16
波长设置
• System-wavelength 目视光学系统 F光（ 486.3nm）和 C光（ 656.28nm） 计算和校正色差，对 D光（ 587.56nm ） 校正单色像差
《zemax教程》PPT课件
光学系统仿真流程
建立光学系统模型
根据实际需求，选择合适的光学元件和参数 ，构建光学系统模型。
设置仿真参数
确定仿真波长、光源类型、探测器参数等， 以模拟实际光学系统的工作环境。
运行仿真
通过光线追迹算法计算光线在光学系统中的 传播路径和成像质量。
结果分析
对仿真结果进行分析，包括光斑形状、能量 分布、像差等，评估光学系统性能。
非球面设计流程
详细阐述非球面设计的步 骤，包括初始结构选择、 优化算法设置等。
非球面设计实例
通过具体案例展示如何在 zemax软件中进行非球面 设计，并分析设计结果。
多层膜系设计技术
多层膜系基本概念
解释多层膜系的构成、工作原理及在光学系统中的应用。
多层膜系设计方法
介绍多层膜系设计的常用方法，如等效折射率法、传输矩阵法等。
zemax软件应用领域
照明设计
灯具、光源、反射器等
成像系统
相机、望远镜、显微镜等
非成像系统
投影仪、激光器等
光纤通信系统
光纤、光缆、光器件等
zemax软件特点与优势
强大的光学设计能力
支持多种类型的光学系统设计，包括成像 和非成像系统，能够实现复杂的光学模拟 和分析。
友好的用户界面
界面简洁直观，易于上手，同时提供详细 的帮助文档和教程，方便用户学习和使用 。
处理
03
可在Matlab中调用Zemax进行光学仿真和优化
与专业光学设计软件集成方法
01
通过Zemax的OpticStudio API与其他光学设计软件进行 集成
02
可实现与其他光学设计软件的 数据交换和共享
03
可在其他光学设计软件中调用 Zemax进行联合设计和仿真
ZEMAX公差分析
1 思路
对 本 样 例 镜 头 ， 用 Zemax 公 差 计 算 功 能 时 应 遵 循 如 下 原 则 ： （ 1） 因 为 F=2～ 8 口 径 均 比 F=1.2 口 径 的 传 函 高 很 多 ， 因 此 应 以 F=1.2 口 径 传 函 为 准 考
核传函变化量。 （ 2） 在 F=1.2 口 径 的 传 函 中 ，应 要 求 0W,0.7W 的 传 函 ，而 0 W 传 函 比 0 .7 W 传 函 高 很 多 ，
首先介召公差计算的总体思路： 在光学设计中给所有工艺允许的总公差是： 使最差情况下的传函由于工艺因素 的 总 下 降 量 不 大 于 0.15 lp/mm（ 下 降 后 的 传 函 仍 有 MTF=0.15，以 便 CCD 仍 能 分 辩 它 对 应 的 空 间 频 率 ），对 于 本 系 统 就 是 在 F=1.23 光 圈 、1H，0.7H 口 径 下 允 许 鉴 别 率 总 下 降 量 不 大 于 0.15 lp/mm。 公差分配的环节有： 半 径 、 厚 度 1（ 透 镜 厚 度 ）、 厚 度 2（ 透 镜 气 隙 ）、 玻 璃 折 射 率 、 玻 璃 色 散 、 中 心 偏 1 （ 加 工 偏 心 ）、 中 心 偏 2 （ 装 配 偏 心 ）、 余 量 上面的公差余量是为了在实际的工艺实施中，由于工艺原因必需放宽公差时，总公 差允许量不致于超。 在计算公差时，先按经验以工艺上最宽松的条件给出各结构参量的公差预定值，这 样作是为了先考核最差情况对总公差的影响。当总公差不超时，也不能以此作为公差分 配的最终结果，因为在工艺允许的条件下，应尽量提高成象质量，因此应减少对总公差 影响大的诸结构公差，这样才能最有效的提高成象质量。
因 此 应 以 0.7W 视 场 传 函 为 准 考 核 传 函 变 化 量 所 允 许 的 半 径 公 差 。 （3） 在 计 算 传 函 时 ， 应 以 MTF=0.3 为 基 准 考 核 传 函 的 空 间 频 率 。 （ 4） 正 态 分 布 的 蒙 特 卡 罗 数 应 取 20 以 上 ， 我 们 取 50（ 此 数 越 大 ， 得 到 的 公 差 计 算 结 果
ZEMAX公差分析
（ 5） 用 传 函 计 算 公 差 时 ， 各 结 构 变 量 公 差 预 定 值 的 给 定 ， 可 参 考 “ 各结构公差计算时预定 公差的给定原则” 给 出 。
（ 6） 为 了 加 速 公 差 计 算 ，应 以 光 学 设 计 中 有 象 质 要 求 的 各 种 情 况 下 ，传 函 最 低 的 的 情 况 ， 计算公差的允许值。
二 公差分配
1 思路
对 本 样 例 镜 头 ， 用 Zemax 公 差 计 算 功 能 时 应 遵 循 如 下 原 则 ： （ 1） 因 为 F=2～ 8 口 径 均 比 F=1.2 口 径 的 传 函 高 很 多 ， 因 此 应 以 F=1.2 口 径 传 函 为 准 考
核传函变化量。 （ 2） 在 F=1.2 口 径 的 传 函 中 ，应 要 求 0W,0.7W 的 传 函 ，而 0 W 传 函 比 0 .7 W 传 函 高 很 多 ，
系统光学参量允许偏差计算
(Zemax 公差计算实例)
******************************
一 公差分配思路
原准备用 ODP841 进行公差分配计算，但该软件是用于几何传函的计算，对小象 差 系 统 计 算 的 结 果 比 Zemax 中 的 MTFT 好 的 多 ， 这 是 因 为 没 考 虑 衍 射 效 应 对 象 差 的 干 扰 。我 们 设 计 的 系 统 鉴 别 率 是 很 高 的 。因 此 用 ODP841 计 算 偏 差 很 大 。故 采 用 Zemax 计 算。
这 是 光 学 零 件 表 面 公 差 中 的 偏 心 （ 平 行 ） 允 许 公 差 ， 给 出 0.05mm 偏 心 允 许 预 定 值 。
光学设计软件ZEMAX简介课件
精
3
ZEMAX界面
精
4
ZEMAX是焦点公司的产品，在大陆的代理 商是讯技光电科技(上海)有限公司。
共有三个版本 Zemax-se (标准版) Zemax-xe (完整版) Zemax-ee (专业版)
精
5
ZEMAX能够辅助你设计光学系统，但不 能教你如何去进行镜头或光学系统的设计， 更不能自动智能设计。
Sequential or Mixed Sequential/Non-Sequential Mode
序列和混合序列与非序列模式（共轴模式）
Non-Sequential Mode 非序列模式（非共轴模式）
精
37
共轴模式（常用）
以光学面来建构模型。 计算时考虑光学面之顺序。 各光学面只计算一次。 计算速度快,时间短。 可作优化计算(Optimization) 及
精
13
精
14
镜头数据
面形 注释 曲率半径 厚度 材质 孔径 镀膜
精
15
练习
目的：练习如何建立初始结构、设定视场和 工作波长。
题目：建立一个单透镜，入瞳直径20mm， 两个面的曲率半径分别为50mm，-70mm， 中心厚度为4mm
视场0，7，10度
波长：可见光
玻璃材料：BK7
精
32
标题栏及快捷键
文件：用于镜头文件的打开、关闭等。 编辑：用于调用其它的编辑窗口。 系统：用于确定整个光学系统的属性。
精
33
分析：此功能不是用于改变镜头数据，而是根 据这些数据进行数字计算和图像显示分析。
工具：用来改变镜头数据，可以从总体上对系 统进行计算。包括优化、公差、样板匹配等。
《zemax实验》课件
与Code V的比较
总结词：用户界面友好性
Code V的用户界面相对较为复杂，学习曲线较陡峭。相比之下，Zemax的用户界面更加直观和易于使用，对于初学者和新手 更加友好。
与Code V的比较
总结词：开放性
Code V具有较强的开放性，与其他CAD和光学仿真软件具有良好的兼容性和数据交换能力。Zemax 也支持与其他软件的互操作性，但相对而言Code V的开放性更高。
实验步骤
步骤一
打开Zemax软件，创建新项目 ，设置光学系统参数。
步骤二
在软件中导入光源、镜头、探 测器等光学元件的参数。
步骤三
进行光学系统性能仿真，模拟 不同波长、不同角度的光线通 过光学系统的情况。
步骤四
采集数据，对仿真结果进行分 析和比较。
实验结果分析
结果一
分析不同波长、不同角度 的光线通过光学系统后的 能量分布情况，评估光学 系统的性能。
结果二
根据仿真结果，优化光学 系统参数，提高光学系统 的性能。
结果三
将仿真结果与实际测量结 果进行比较，验证仿真模 型的准确性。
03 Zemax光学设计实例
简单透镜设计
总结词
介绍简单透镜设计的原理和步骤，包 括焦距、光焦度、透镜形状等参数的 计算和优化。
优化设计
通过Zemax软件的光学优化功能，对 透镜参数进行优化，提高成像质量。
Zemax的学习曲线可能相对较陡峭，但一 旦熟悉其功能和操作，用户可以获得更高级
的光学设计和分析能力。
05 Zemax实验的注意事项 和常见问题
注意事项
软件安装与运行
确保计算机满足Zemax软件的最低系统要求 ，正确安装并激活软件。
实验环境设置
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
•降低某些参数的范围
.
33
.
34
.
35Байду номын сангаас
.
36
蒙地卡罗统计结果
.
37
公差摘要
.
38
•TWAV：默认对任何条纹误差的测试波长
•四个面的曲率半径 •四个面的面不平整度
•两个组件和一个间隙的厚度误差
•两个玻璃的折射率或阿贝数的误差
•四个面皆有的两个方向的离轴和倾斜
•两个组件皆有的两个方向上的离轴和倾斜
.
12
9）灵敏度分析 ---定义各个缺陷对系统性能的影响
一系列独立的公差估计： •半径的改变
在真实系统中，误差与公差范围有着统计 分布的关系，蒙地卡罗是将随机数引入的 方法。
每个参数所受的影响都是独立的：
.
29
•事先定义参数的范围 •合适的统计分布 •优化对系统的干扰会整个加总 •某些误差对其它误差有补偿的作用
.
30
19）蒙地卡罗统计
.
31
.
32
20）进一步分析 进一步限制参数范围以达到较高比率的 成功案例是必须的。
•厚度的改变
•倾斜或离轴的改变
•每一个在操作数，补偿部分会修正标
准值至最小
.
13
10)初步公差分析
公差分析模式：灵敏度法sensitivity 标准：RMS光斑半径 Comp:paraxial focus
.
14
.
15
11)公差分析结果
.
16
•第一部分描述所有的公差操作数 •参数的该变量 •标准值 •标准值该变量与微小值的关系 •焦点补偿的该变量
.
23
•修正公差范围
.
24
.
25
17）设置限制条件
---反最大值模式
•规定公差起始值，如zemax默认公差
•选择反最大值模式inverse limit •最大值：0.003855mm
.
26
•修正公差范围
.
27
.
28
18）蒙地卡罗分析
统计分析提供有灵敏度或反灵敏度是假设 每个参数对允许的最大值有干扰，而且误 差皆是独立的。
D 周围所引起的公差
材料的热胀冷缩，温度、压力、湿度对折 射率的影响，系统遭冲击或振动锁引起的 对位问题，机械应力
E 剩下的设计误差
.
4
4）设置公差
•定义绩效函数：如RMS光斑大小，RMS 波前误差，MTF需求，使用者自定义的绩 效函数
•定义允许的系统性能偏离值
•规定公差起始值让制造者可轻易达到要求 •补偿群常被使用在减低公差上
注意：依据每个操作数独立公差分析的结果
.
17
.
18
12）统计分析 下列灵敏度分析是统计上的资讯： •微小的RMS光斑半径
•基本的标准值 •估计改变量
•估算RMS光斑半径
结论：默认公差的范围太宽松
.
19
13)反灵敏度分析
反灵敏度分析常用在限制公差参数的范 围以控制系统性能最大的降幅。
反灵敏度的方法： •反最大值的模式
•公差分析有三种分析方法：灵敏度法、
反灵敏度法、蒙地卡罗. 法
5
5）公差操作数 •TRAD,TCUR,TFRN:表面焦度的误差
•TTHI：组件或空间厚度的误差
•TCON：conic常数的误差 •TSDX，TADY：表面离轴的误差（长度） •TSTX，TSTY：表面倾斜的误差（角度） •TIRR：表面不平整度的的误差 •TIND，TABB：折.射率，阿贝数的误差6
.
2
3）误差来源
A 制造公差
不正确的曲率半径，组件过厚或过薄，镜 片外型不正确，曲率中心偏离机构中心， 不正确的conic值或其它非球面系数
B 材料误差
折射率准确性，折射率同质性，折射率
分布，阿贝数（色散）
.
3
C 组装公差（整群组件） 组件偏离机构中心，组件在z轴上的位置误 差，组件与光轴有倾斜，组件定位错误
•反增加量的模式
.
20
14）个别分析视场角/组态 •未选取，平均所有的视场角及组态 •选取，每个视场角及组态独立计算
.
21
15）限制公差范围 假设需求的RMS光斑大小不能较正常的 差150% 正常的绩效函数值：0.003542mm
设置的绩效函数须小于0.005313mm
.
22
16）设置限制条件 ---反增加量模式 •规定公差起始值，如zemax默认公差 •选择反增加量的模式inverse increment •增加量：0.00031mm
6）双胶合透镜的公差分析 Samples\tutorial
folder\tutorial tolerance.zmx
.
7
.
8
7)制造与组装公差 Editors-tolerance data Tools-default tolerance
.
9
.
10
.
11
8)误差描述
•COMP：定义表面4的厚度作为补偿部分
zemax中公差分析 1）概论
公差分析：系统地分析些微扰动或 色差对光学设计性能的影像。
目的：定义误差的类型及大小，并将 之引入光学系统中，分析系统性能是 否符合需求。
.
1
2）公差
•选取合适的性能规格 •定义最低的性能容忍极限
•定义所有可能的误差来源（如单独的组 件、组件群、机械组装等等）
•指定每一个制造和组装可允许的公差极限