各种光学设计软件介绍学习光学必备peter.docx

i—I I I v j v i 八 i i y i n j / lj j m jy =，=光学设计软件介绍ZEMAX是美国焦点软件企业所睁开出的光学设计软件， 可做光学组件设计与照明系统的照度剖析，也可成立反射，折射，绕射等光学模型，并联合优化，公差平剖析功能，是套能够运算Sequential及 Non-Sequential的软件版本等级有SE:标准版，XE :完好版，EE :专业版〔可运算 Non-Sequential〕，是将实质光学系统的设计观点、优化、剖析、公差以及报表集成在一同的一套综合性的光学设计仿真软件 ZEMAX 的主要特点：剖析：提供多功能的剖析图形， 对话窗式的参数选择， 方便剖析，且可将剖析图形存成图文件， 比如:*.BMP, *.JPG・・・等，也可存成文字文件*.txt优化：表栏式 merit function^数输入，对话 窗式预设merit function数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差剖析：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。

CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能特别强盛，价钱相当昂贵CODE V供给了用户可能用到的各种像质剖析手段除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传达函数外，软件中还包含了五级像差系数、 高斯光束追迹、衍射光束流传、能量散布曲线、局部相关照明、偏振影响剖析、透过率计算、 一维物体成像模拟等多种特有的剖析计算功能 是世界上应用的最宽泛的光学设计和剖析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包含：变焦构造优化和剖析；环 境热量剖析；MTF和RMS波阵面根基公差剖析； 用户自定义优化；干涉和光学校订、准直；非连续建模；矢量衍射计算包含了偏振；全世界综合优化光学设计方法CODE V 是美国有名的 Optical Research Associates^ ORA?〕企业研制的拥有国际当先 水平的大型光学工程软件自 1963年起，该企业下属数十名工程技术人员已在 CODE V 程序的研制中投入了 40余年的心血，使其成为世界上剖析功能最全、优化功能最强的光学软 件，为各国政府及军方研究部门、 有名大学和各大光学企业宽泛采纳 1994年，ORA 企业聘请北京理工大学光电工程系为此中国效力中心。

与国际上其余商业性光学软件对比， CODEV的优胜性突出地表此刻以下几个方面：1. CODE V能够剖析优化各种非对称特别规复杂光学系统这种系统可带有三维偏爱 或倾斜的元件；各种特别光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率资料和阵列透镜等等 程序的非次序面光芒追迹功能能够方便地办理屋脊棱镜、 角反射镜、导光管、光纤、谐振腔等拥有特别光路的元件；而其多重构造的观点那么包含了惯例变焦镜头， 带有可换元件、可逆元件的系统， 扫描系统和多个物像共轭的系统40多年来，世界各地的用户已成功地利用 CODE V 设计研制了大批照相镜头、显微物镜、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，举不胜举近几年内，CODE V软件又被宽泛地应用于光电子和光通信系统的 设计和剖析 光学设计的第一步是要为系统确立合理的初始构造为此 CODE V 供给了独有的“镜头魔棒〃功能，用户只要输入所要设计的系统的使用波段、相对孔径、视场、变倍比 等参数，软件即可从自带的专利库中找出对应的构造以供选择2・CODE V软件中优化计算的评论函数能够是系统的垂轴像差、波像差或是用户定义 的其余指标，也能够直接对指定空间频次上的传达函数值进行优化。

经过改进的阻尼最小二乘优化算法用拉格朗日乘子法供给既方便又精确的界限条件控制 除了程序自己带有大批不同的优化拘束量供采纳外， 用户还能够依据需要灵巧地定义各种新的拘束量 别的，过去的优化算法没法战胜存在于光学系统构造参量的高度非线性解空间中的大批局部极小， 故此自动设计的结果是一个与初始参数靠近的像质相对较好的构造， 而不必定是全局最优设计 为解决这一问题，ORA企业在CODE V软件中参加了强盛的全局优化功能 〔Global Synthesis这种被该企业严格保密的算法不单能够跳出局部极小连续在解空间中找寻更佳设计， 并且可以在优化结束时将找到的知足设计要求的各种完好不一样的构造形式一一列出供使用者依据 实质需要选择这是目前生界上独一证明可行并已适用化的全局优化程序， 其优化能力在国际上遥遥当先四年一届的国际光学设计会议是本事域影响最大的专业技术商讨会，在 90年月以来的近几届会议中，组织者每次都向世界上各有关单位和专家发出一个设计比赛题 目，而每届收到的参赛结果的前几名都是用 CODE V软件优化设计出来的， 充足说明CODEV的优化功能已经成为世界各地光学设计专家的得力工具3・CODE V供给了用户可能用到的各种像质剖析手段。

除了常用的三级像差、垂轴像 差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传达函数外，软件中还包含了五级像差系数、高斯 光束追迹、衍射光束流传、能量散布曲线、局部相关照明、偏振影响剖析、透过率计算、一 维物体成像模拟等多种特有的剖析计算功能4・CODE V拥有世界上最初进、最完好的公差剖析子程序，能够针对均方根波像差、 衍射传函、主光芒畸变或用户定义的评论指标进行公差分派 在公差计算中能够使用像面位移、倾斜、垫圈厚度等各种赔偿参教来模拟系统装校过程中的调整同时，供给了与 Zygo或Wyko干涉仪的接口假如与上述干涉仪联用，能够实现对复杂光学系统的计算机辅助及时 装调其余与系统制造有关的功能包含自动对样板、国际标准和中国国标加工图纸绘制、本钱估量等5・CODE V内包含了与光学设计有关的各种功能子程序，如多层膜设计、照明系统设计、变焦系统凸轮设计、系统整体光谱响应剖析等等， 是一个集大成的大型光学工程软件包6・CODE V软件带有一个功能强盛的宏语言，叫做 Macro-PLUS 这是一个可在软件内部使用的现代高级编程语言， 用户能够用它依据需要对软件进行扩大和改正； 接见程序中的各种数据；定义自己的变量、 数组和函数；设计各种新的运算功能； 实现独到的文字和图形输出；以致进行磁盘读写等等， 进而使用户获取最大限度的灵巧性。

CODE V供给了一个不停增添的宏程序库别的， CODE V还能够经过IGES或DXF图形文件实现与机械 CAD软件的接口针对不一样用户的需要，CODE V供给图形界面和指令模式两种能够同时使用的运行方 式软件配有详细的用户指南〔共三卷，此中含有大批应用实例〕 ；方便的屏幕提示和大批精良的、可直接用于设计报告的图形输出，使用特别方便从 版起，北京理工大学协助ORA企业将中国玻璃库的国标数据参加了 CODE V软件，用户能够直接调用是一套标准建构系统及最正确化的光学软件 最主要地，他是用来决定光学系统中最正确组件的大小和外型，如照相机、客户产品、通信系统、军事 曲卜层空间应用以及科学仪器等除此以外、他也常用于仿真光学系统性能以及睁开出一套对光学设计、 测试和制造的特意软件工具1. OSLO 概括OSLO 是 Optics Software for Layout and Optimization® 写OSLO 主要用于照相机、通信系统、 军事 空间应用、科学仪器中的光学系统设计，特别当需要确立光学系统中光学元件的最正确大小和外形时， 该软件能够表达出强盛的优势别的，OSLO也用于模拟光学系统的性能，并且能够作为一种开发软件去开发其余专用于光学设计、测试和制造的软件工具。

2・OSLO 的设计能力几乎任何一个波及到光波流传的光学系统都能够使用 OSLO进行设计，以下是一些典型的应用比如：•惯例镜头 Conventional Lenses•缩放镜头Zoom Lenses•高斯光束激光腔 Gaussian Beam/Laser Cavities•光纤耦合光学 Fiber Coupling Optics•照明系统 Illumination Systems•非连续流传系统 Non-Sequential Propagation Systems•偏振光学 Polarization-Sensitive Optics•高分辨率成像系统 High-Resolution Imaging Systems别的，OSLO还能够设计拥有梯度折射率表面、 非球面、衍射面和光学全息、透镜矩阵、干涉丈量仪等光学系统 OSLO 不适于波导设计，也不适于眼镜设计3 • OSLO 的主要特点OSLO 是一个拥有上千条内部命令和函数的特别大的程序，并且， OSLO的可履行模块能够被用户按规那么进行改正和从头编译，因此，其功能特别强盛以下是 OSLO 的一些整体特点归纳：拥有透镜和材质数据库 Lens and Material Databases拥有特别表面数据 Special Surface Data缩放和多配置系统 Zoom and Multiconfiguration Systems透镜矩阵和非连续组件 Arrays and Non-Sequential Groups特别孔径 Special Apertures公差和元件数据 Tolerance and Element Data偏振和光学薄膜 Polarization and Thin Film Coatings光芒追迹Ray tracing衍射和局部相关 Diffraction and Partial Coherence优化方法 Optimization Methods偏差剖析 Tolerance Analysis激光、光纤和高斯光束 Lasers, Fibers, and Gaussian Beams照明系统 Illumination Analysis完满透镜 Perfect Lenses and Eikonals4 • OSLO 与其余软件的比较只管大部分光学设计软件拥有必定的相像性， 可是在功能上和设计方法上仍是存在很大的差异。

OSLO 在光学设计的“竞争〃中已经成为一个主流的光学设计软件固然 OSLO 的历史能够追忆到二十世纪六十年月初期，可是它在实质上是一个面对对象的 windows 程序，具有独一的内置应用程序管理器 /编译器，在桌面计算机上能够供给特别高的性能5 • OSLO 的主要长处以设计者为导向的设计风格 OSLO 侧重交互性的光学设计，在设计过程中，计算机向设计者供给简单理解的反响信息 这使得设计者能够及时作出弃取决定， 选 最正确的解决方案OSLO在使用交互性控制方面是独到的，使得它的用界面尽可 能的直功能大并且精确度高 OSLO 使用先的光学 技，包含多重化和公差方法，高性能非 光追迹和随机的光源建模与剖析OSLO是第一个出在桌面算机上使 用的格的光学 件，并且与其余件对比更获取广的展OSLO能在世界范内成主的工具的一个主要原由是，它很简单依据用 需要行定制，并且能将程序改成特别的需要是因OSLO使用先的件技，将Windows的功能 技 算域事上，OSLO供给的CCL言相于 Sun企业的Java言或Microsof的Visual Basi以。