Zemax软件设计教程_2

序列模式下光线追迹（ray tracing）的特点： •以光学面（surface）为对象来构建光学系统模型； •光线从物面开始（常为surface 0） •按光学面的顺序计算（surface 0,1,2…），对每个光学面只计算一次； •每个面都有物空间和像空间； •需要计算的光线少，计算速度快； •可进行analysis,Optimization及Tolerancing
打开Analysis >Detectors > Detector Viewer
注意！ layout 和detector viewer 进行的是独立的计算 只有进行追迹后才能显示
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Ciomp.CAS
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在NSC Shaded Model Layout 中设置栏中点选 “Color pixels by last analysis”
一、序列模式介绍
序列模式下layout参数设置对话窗口
以zemax自带镜头为例 Samples > Sequential > Objectives > Double Gauss 28degree field.zmx
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一、序列模式介绍
Spot diagram
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在Detector Viewer中的setting里确认如下设置，得到探测器上的辐 照度分布
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将其和序列模式下的轴上Spot Diagram图进行对比， 可看出序列模式和非序列模式几何光线追迹的差别， 我们发现两者形式相同。
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为了观察光束会聚情况，我们再加入一个探测器。
Ref Object: 4 Z position: 650 Material: Blank X Half Width: 100 Y Half Width: 100 # X Pixels: 150 # Y Pixels: 150 Color: 1
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更新3D layout
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此时的光源方向为Z向，我们希望设置它为X向，需将其进行旋转
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是分析光学系统几何像差常用的工具
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一、序列模式介绍
注意： 通过移动鼠标位置 可以看到不同位置 处的数据值 这在分析菜单栏都 是普遍适用的
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一、序列模式介绍
MTF 分析
Samples > Sequential > Objectives > Cooke 40 degree field.zmx
更新3D Layout
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第三步，加入探测器部件 重复上一步的过程设置如下参数
Z position = 60.177 X half Width = 0.01 Y half Width = 0.01 # X Pixels = 100 # Y Pixels = 100
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二、将序列转换为非序列
在对序列元件进行优化、分析、公差计算后，通常 会将序列元件转换为非序列元件，进行进一步的光机分析。例如杂散光分析。
ZEMAX提供了一个方便的转换工具： Tool>Miscellaneous>Convert to NSC Group
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打开新建立的Detector Viewer 为了说明反射引起的能量损失 在Detector Control中点选Use Polarization
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STOP只在序列追 迹中起作用，首 先，将STOP移出 我们需要转换的 元件
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在对话窗口中选择我们希望 转换的表面，现在为2~7面
得到包含非序列元 件的混合模式
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继续另一个例子，将光学系统转换成完全的非序列模式
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在这一部分，我们将学会用非序列模式建立如下的光学系统
包含： filament source parabolic reflector plano-convex lens rectangular lightpipe
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打开Analysis>Layout> NSC 3D Layout
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进一步创建光源，重复上一步中的操作选择Source Filament
输入如下参数： Z position: 50 (focus of the parabolic reflector) # Layout Rays 20 # Analysis Rays 5000000 Length: 20 Radius 5 Turns 10
下一步，创建探测器，重复之前的步骤
Z position: 800 Material: Blank X Half Width: 150 Y Half Width: 150 # X Pixels: 150 # Y Pixels: 150 Color: 1
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一、序列模式介绍
适用于传统成像系统设计，包括摄影物镜、望远镜、显微镜、 光谱仪等。
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一、序列模式介绍
序列模式下ZEMAX界面如图
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在编辑窗口插入若干表面 将第一个表面设置为抛物面反射镜 点选Standard Surface并输入以下参数
Material: Mirror Radius: 100 Conic: -1 (parabola) Max Aper: 150 Min Aper: 20 (center hole in the reflector)
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一、序列模式介绍
参数设置中第一项“Pattern”定 义光瞳面上的光线分布模式，默认 为六角形（Hexapolar）， 还可以设置为方形或随机。
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一、序列模式介绍
Ray and OPD fan
Samples > Sequential > Tilted systems & prisms > Tilted mirror.zmx
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Samples > Sequential > Telescopes > Unobscured Gregorian.zmx
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一、序列模式介绍
Extended source modeling 几何像分析可用于建模扩展光源， 分析要用的分辨率， 显示成像物体的外形， 提供像方位的直观感受。
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一、序列模式介绍
Off-axis systems
我们还将进行光线追迹分析光学系统不同位置处的光照度分布
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打开ZEMAX，选择非序列模式 在System>Wavelengths中 设置波长为0.587 µ m
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在System>General Unit 选项卡中进行如下设置
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再来对比一下序列模式和非序列模式下的衍射计算 将光源及探测器参数做如下修改
Source # Analysis Rays: 3000 (reduced to speed up the detector trace) Detector Data Type: 1 PSF Wave#: 2
点选YES键
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转换成完全的非序列模式后，将不再出现LDE窗口，而是非序列元件 编辑窗口（Non-sequential Component Editor）
打开3D Layout，如右图
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第二步，插入一个非序列光源 双击Object Type，在出现的 对话框中，Type一栏中选择 Source Ellipse点击OK
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进一步设置该表面的参数
Z position = -10 (平行光入射，位置在第一片镜左侧即可) # Layout Rays = 10 # Analysis Rays = 100000 X Half Width = 5 Y half Width = 5
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加入平凸透镜，在编辑窗口做如下修改
Ref Object: 3 Z Position: 10 Material: N-BK7 Radius 1: 300 Clear 1: 150 Edge 1: 150 Thickness: 70 Clear 2: 150 Edge 2: 150
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Samples/Sequentia/lObjectives/Cooke 40 degree field.zmx
目标： 将1~6面转换成非序列元件； 在原像面位置加入一个非序 列的探测器； 加入一个非序列的光源表示 物空间的轴上光束
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打开Analysis>Detector>Detector Viewer 此时，输出为空白窗口，需要进行一次光线追迹 打开Analysis>Detector>Ray Trace / Detector Control
点击Clear detector清除当前的数据 之后点击 Trace， ZEMAX将追迹我们设置的100000条光线
ZEMAX光学软件培训课程 (第二讲)
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CIOMP.CAS
主要内容
一．序列模式介绍 二．将序列转换为非序列 三．建立非序列模型 四．单透镜设计 五．离轴抛物面设计
六．ZPL设计语言及实例
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一、序列模式介绍
将Detector Viewer 设置为coherent irradiance.
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三、建立非序列模型
•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,要进行公差分析必须实用macro； 这种情况下，可以对光线进行分光，散射，衍射，反射，折射。