几种常用光学设计软件详细介绍（给新手）

yukerain · 发表于 2005-3-19 00:57:00

光学设计软件介绍
 
1.Zemax.v2003.winall.cracked/EE 
ZEMAX 是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起。 ZEMAX 不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其他软件不同的是 ZEMAX 的 CAD 转档程序都是双向的，如 IGES 、 STEP 、 SAT 等格式都可转入及转出。而且 ZEMAX可仿真 Sequential 和 Non-Sequential 的成像系统和非成像系统， ZEMAX 当前有： SE 及 EE 两种版本。 

ZEMAX可应用的领域及范围： 
常规相机镜头、数位相机镜头，观景窗 …等镜头设计 
DVD 、 VCD 读写头 
投影监视器 
照明系统 
干涉仪 
LED 
Laser D iode 

ZEMAX功能说明： 
　 序列性（ Sequential ）光线追迹 
　大多数的成像系统都可由一组的光学表面来描述，光线按照表面的顺序进行追迹。如相机镜头、望远镜镜头、显微镜镜头等。 ZEMAX 拥有很多优点，如光线追迹速度快、可以直接优化并进行公差计算。 ZEMAX 中的光学表面可以是反射面、折射面或绕射面，也可以创建因光学薄膜造成不同穿透率的光学面特性；表面之间的介质可以是等向性的，如玻璃或空气，也可以是任意的渐变折射率分布，折射率可以是位置、波长、温度或其它特性参数的函数。同时也支持双折射材料，其折射率是偏振态和光线角度的函数。在 ZEMAX 中所有描述表面的特性参数包括形状、折射、反射、折射率、渐变折射率、温度系数、穿透率和绕射阶数都可以自行定义。 
非序列性（ Non-Sequential ）光线追迹 
　很多重要的光学系统不能用 Sequential 光线追迹的模式描述，例如复杂的棱镜、光机、照明系统、微表面反射镜、非成像系统或任意形状的对象等，此外散射和杂散光也不能用序列性分析模式。这些系统要求用 Non-Sequential 模式，光线是以任意的顺序打到对象上， Non-Sequential 模式可以对光线传播进行更细节的分析，包括散射光或部分反射光。在进行 Non-Sequential 追迹时，用 ZEMAX 做的 3D 固体模型的光学组件，可以是任意形状且支持散射、绕射、渐变折射率、偏振和薄膜，可用亮度学和辐射度学的单位。 
Sequential 的光源 
　在 Sequential追迹中，光源由物面上的视场或Bitmap扩展光源定义。有常规的点光源，视场点可由角度、物高、实际像高或近轴像高来定义；点光源可以用不同权重定义，还可以分别指定每个光源的渐晕，进而调整不同视场的相对照度或F/＃。ZEMAX也支持像散或椭圆形状的二极体光源及扩展光源，这些光源允许使用者用ASCII码自行定义的，它类似于Bitmap图形，或用标准的Windows BMP或JPG格式而且各个象素上的光强度可以是不同的。 
Non-Sequential 光源 
　 Non-Sequential 光源比 Sequential 光源复杂得多。 Non-Sequential 光源一般是三维的，可以定义其输出的照度（单位为瓦或流明），它可用光源发出的光线数控制光源取样，还可分开控制显示的光线数及用于分析的光线数。它可以同时使用多个光源，它们可以是相干的（需定义相干长度）或非相干的，也可以是单色的或复色的。 
 
支持的光源有：点光源（ uniform, cosine, or Gaussian）、椭圆面或实体、矩形面或实体、圆柱面或实体、半导体激光或数组、灯丝、自行定义(可以是任意的) 、以Radiant Imaging的Radiant SourceTM读取。 

玻璃、镜头和样板目录 
　 ZEMAX提供的玻璃包括有Schott, Hoya, Ohara, Corning, 和Sumita（当前不包括中国玻璃），和红外材料、塑胶和自然材料（如硅）及双折射材料。目录里包括色散、温度分析、力度/酸、成本因子和其它数据，所有数据都可以看到或是进行更改，另外可很方便地增加数据。当前存放的镜头数据厂家有: Coherent, CVI, Edmund Industrial Optics, Esco, Geltech, JML, LightPath Technologies, Linos, Melles Griot, Newport, NSG America, Optics for Research, OptoSigma, Philips, Quantum, Rolyn Optics, Ross Optical, and Spindler和Hoyer等，ZEMAX支持自动进行样板比对，使用者还可以自行创建玻璃和样板库或是针对已有的数据库中添加数据。 
优化 
　 ZEMAX使用最小阻尼二乘法，可使用默认或自定义的优化函数，也可同时对任意数量的变量优化。在ZEMAX中有20个默认优化函数，包括使光点半径或波像差的peak-to-valley或RMS最小，可以预先定义控制目标数，包括像差系数等。ZEMAX可以优化系统中任何参数，包括曲率半径、厚度、玻璃、二次项系数和非球面系数、光机周期、孔径、波长、视场等。Non-Sequential的位置和参数也可以进行优化。ZEMAX拥有全域优化的功能，可以给出一系列满足目标和限制的设计，ZEMAX支持2种全域优化：(1)search：寻找新的设计形式，进行优化，然后找寻最佳的10个设计形式，直到使用者中断计算为止。(2)hammer optimization：完全寻找当前设计形式中较好的形式，Hammer优化用在设计的最后阶段，以确定最佳可能设计形式，此二种算法使用相同的优化函数。 

公差分析 
　 ZEMAX默认的公差分析项目包括：曲率半径、厚度、条纹、位置、倾斜、离轴、局部误差、折射率、Abbe数等，还可以自行定义公差，包括非球面系数、离心/倾斜、solve和参数公差等。定义的补偿器包括：焦距、倾斜、任意组件或表面或组的位置，还可以选择公差评价标准，有RMS spot radius、RMS wavefront error、MTF、 boresight error或是更复杂的自定义标准。 Sensitivity 分析 
　可单独考虑每个定义的公差，可将参数调整到公差范围的极限，然后确定每补偿器的最佳值，最后可将每个公差的贡献列表输出。 
Inverse Sensitivity 分析 
　在定义系统最低效能后， inverse sensitivity分析叠代计算每个参数的公差容限。 
Monte Carlo 分析 
　 Monte Carlo分析非常有用，功能也非常强大，因为它同时考虑所有公差的影响。透过定义的公差生成一些随机系统，取用适当的统计模型，调整所有的补偿器，使每个参数随机扰动，然后评估整个系统性能的影响。 

变焦和多重结构 
　 ZEMAX支持变焦镜头分析和设计，可设计变焦镜头、扫描镜头、多光路系统、透镜数组、干涉仪、分光镜等，可对多重结构同时进行优化，各结构是可有相同或不同的优化函数、变化和约束条件也可是相同或不同的。 
物理光学传播 
　 Physical Optics Propagation (POP)不是用光线追迹而是用绕射计算的方法计算光线在光学系统中的传播，并考虑透镜孔径的绕射和光束在透镜之间的传播情况，它可用单位面积的能量来定义光束，输出包括辐射和相位面的图形、截面图、能量分布和光纤耦合，也可计算不在光轴上的倾斜光束。 
温度分析 
　有些光学系统用在很广的温度范围或不在常温下使用时，需要考虑温度和压力的影响。 ZEMAX使用非线性温度模型，而不是简单的dn/dt近似。ZEMAX可以指定或优化温度膨胀系统的透镜或组件之间的间距，玻璃目录包括温度和压力数据，以支持温度效应分析计算，可以精确地仿真光学面的温度膨胀特性。 
巨集 
　 ZEMAX支持巨集语言，称为ZPL，其结构有点像BASIC，也支持函数调用、自定义数组、数字和字串、文本和图形输出等。针对更复杂的分析功能，ZEMAX支持延伸功能程序界面，叫Extensions，可在外部程序的控制下进行光线追迹、分析和优化，可用C或C++语言编写。 
偏振光追迹 
　 ZEMAX具有全面的偏振光追迹和分析能力，可以任意定义输入光线的偏振态，ZEMAX可考虑穿透、反射、吸收、偏振态、衰减和延迟。偏振光追迹可要求计算面和体材料的效应，面效应决定于面上的光学薄膜特性。 
薄膜模型 
　 ZEMAX具有薄膜的建模能力，可定义多层金属或介电质膜。薄膜可以用在介电质或金属基底上，可以由任意层数、任意材料组成，每种材料可以由复折射率定义。 
扩展光源分析 
　在设计成像系统时，点光源能够精确描述很多方面的成像质量，但是扩展光源对观察畸变 (特别是非径向畸变)很有用，用来检查像的方向、分色及定量观察整个系统的性能。ZEMAX支持二种扩展光源：ASCII格式的光源，是一些简单的形状，如字母、方块等，也支持彩色的Windows BMP和JPG格式的光源，它可以对光源进行缩放、旋转，也可以放在视场中的任何地方。 
材料建模 
　 ZEMAX中有详细的体吸收模型，包括任意波长、任意厚度的玻璃穿透率，体吸收会使光线衰减，衰减的程度决定于光线的光程、材料特性和波长，所有材料都可以定义吸收或穿透特性。 
偏振数据 
　 ZEMAX可以定义偏振与非偏振入射光束，可在3D空间中追迹电场矢量，包括每个面的交点处之S和P分量，其偏振分析结果可以是表格数据或图形数据。 
双折射材料 
　 ZEMAX可仿真双折射单轴晶体，如方解石。其介质的有效折射率是角度(与面法线及晶轴的夹角)的复函数，因此这些材料的光线追迹相当复杂，ZEMAX可全面地以3D处理传播的光线，可正确计算任何入射角、任意晶轴方向的任何偏振态之相位，也可考虑偏振穿透率，另外o光和e光的路径也可计算，其中还包含双折射材料库，任何色散的新材料都可以自定义。 
 
 
ZEBASE
Zemax镜头数据库
 
 
OSLO.v6.24.winall.licensed/Premium
OSLO 是一套处理光学系统的布局和优化的代表性光学设计软件。最主要的，它是用来决定光学系统中最佳的组件大小和外型，例如照相机、客户产品、通讯系统、军事 /外太空应用以及科学仪器等。除此之外，它也常用于仿真光学系统性能以及发展出一套对光学设计、测试和制造的专门软件工具。

OSLO的应用范围与领域： 
　照相机 / 高解析成像系统 
常规镜头 / 变焦镜头 / 透镜数组 
高斯光束 / 激光腔 
光纤耦合光学 
非序列传播系统 
感光偏振光学 
渐变式折射率表面 / 非球面 / 绕射表面 
干涉变形 
光学检测仪器 
天文望远镜 
通信系统、军事、太空运用 
精密医学设备 :胃镜、内视镜 

　 
OSLO功能说明： 
　 以设计者为导向的设计 
　 OSLO强调相互应用的光学设计，计算机对设计者提供一个令人简易瞭解的返回消息，这允许设计者对于做一个关键性的应用，提供了较好的解释， OSLO在交互设计控制的使用上是独一无二的，它的使用者界面越做越好。 
提供能力及准确性 
　 OSLO使用高级的设计技术，包括多样的最佳化及公差分析方法，高实行的非序列描光和推测来源模型的制造和分析。OSLO是第一套在桌上型计算机上使用的严谨光学设计程序，然而它已经广泛的被发展超过其他软件。 
适应性 
　一个最初的理由OSLO变成导致在这世界的设计者选择这个工具是由于它容易简单去定做和适合程序的特性需要。OSLO利用高级软件的技术带领窗口进入技术演算能力范围内。事实上，OSLO提供CCL语言在应用上可比较Sun's Java 或 Microsoft's Visual Basic软件超过简易微软语言支持其他光学设计软件。 

　 
OSLO的特色 
　 OSLO 是一套包含有几百个内建指令和功能的强大软件，OSLO模块常因使用者做更新和修补，这里不可能将所有OSLO软件可以做的功能全部详细编列出来，以下提供一般OSLO特色的概观，但这并不是完全详尽的目录。 
 
透镜和材质数据库 
特殊表面信息 
变焦和多结构系统 
数组和非序列群 
特殊孔径 
公差和组件信息 
极化和薄膜镀膜 
光线追迹 
绕射和非同调 
优化方法 
公差分析 
激光、光纤和高斯光束 
照明分析 
完美透镜和 Eikonals 
 
TracePro.v324.winall.licensed/Expert 
TracePro 是一套能进行常规光学分析、设计照明系统、分析辐射度和亮度的软件。它是第一套以符合工业标准的 ACIS(固体模型绘图软件)为核心所发展出来的光学软件，是一个结合真实固体模型、强大光学分析功能、信息转换能力强及易上手的使用界面的仿真软件，它可将真实立体模型及光学分析紧紧结合起来，其绘图界面非常地简单易学。
 
TracePro 是一套能进行常规光学分析、设计照明系统、分析辐射度和亮度的软件。它是第一套以符合工业标准的 ACIS(固体模型绘图软件)为核心所发展出来的光学软件，是一个结合真实固体模型、强大光学分析功能、信息转换能力强及易上手的使用界面的仿真软件，它可将真实立体模型及光学分析紧紧结合起来，其绘图界面非常地简单易学。 TracePro 提供四种版本可依照不同的需要与预算来决定，并可根据需要来直接升级： 
RC ：只能仿真反射式光学机构。 
LC ：可以分析较少对象数及光源数的系统。 
Standard ：标准配备，可分析大部分照明及光学系统。 
Expert ：增加 RepTile 功能，方便设计多且重复的对象。 
TracePro 多变化的应用领域： 
导光管（ light pipes ）、背光板 (Backlight Light) 、前光板等等 
相机系统、投影显示系统 
杂散光分析 
汽车照明系统（ automotive lighting ）：前头灯、尾灯、内部及仪表照明 
照明灯具、照明应用或 LED 设计及应用 
红外线成像系统（ infrared imaging systems ） 
薄膜光学（ tissue optics ） 

TracePro功能说明： 
 TracePro提供多样的功能供您解决照明设计及光学分析的问题： CAD 绘图界面：包括 zoom 、 pan 以及 rotate 、 render 、 wireframe 。 
无限多窗口编辑模式。 
广泛的几何模型 --- 任何的 CAD 固体模型可以转入 TracePro 并做光线仿真。 
CAD 当案的转换 --- 可转入 SAT 、 IGES 及 STEP 文件。 
【 Healing 】指令能让您可以修复从其他 CAD 转入后几何图形的缺陷。 
镜头设计文件（ OSLO 、 Code V R 、 ZEMAX R 、 ACCOS V R 及 Sigma ）的转入 
三种视野编辑模式（ Silhouette 、 wireframe 及 rendered ）。 
布林运算：交集、相减及联集。 
对象（ Object ）编辑功能：移动、旋转、尺寸缩放、剪下、复制、贴上及插入。 
表面（ Surface ）编辑功能：延伸及旋转。 
广泛的宏指令（ Scheme ）。 
变化的 Monte Carlo 描光方式： ray splitting 及 importance sampling 。 
多种 Properties 数据库，包括内建及使用者自动功能提供定义对象特性： 
【 Material 】包括：光学玻璃、红外线材料、塑胶 … 等。可更改波长及温度所影响的变化。 
【 Bulk Scatter 】包括 biological tissue 模型。 
【 User-defined Bulk Scatter 】 let you program your own models in a DLL . 
【 Surface 】包括 BRDF 及 BTDF 散射模型。可更改波长、入射角度及温度所影响的变化。 
【 Gradient Index 】同通用模型可根据波长及温度定义。 
【 Thin Film Stack 】可创建多层光学薄膜模型。 
【 RepTile? 】可方便设计重复且微小的结构如监视器的应用及 Fresnel lenses 。 
Aperture diffraction model for stray light predictions 。 
利用使用者自建的方式来设置 Diffraction gratings ，可以更改入射角、波长和温度。 
两种描光模式提供选择。 
使用 Stokes vectors 及 Mueller matrices 来创建偏振模型（ Polarization modeling ）。 
强大且广泛的光源设置： 
使用 Grid sources 创建平行光源。 
在对象的表面上创建 Surface sources ： 
 
可以指定 flux （ lumens or watts ）或 illuminance/irradiance （ lux or watts/m平方 ) 
可以设置 Blackbody/Graybody 。 

可以转入 Radiant Imaging ProSource R source 文件。 
可以将 TracePro 的计算结果保存成文件，并当成一光源文件。 
利用 Image file （ bmp, gif, jpg, or tif ）当成光源。 
图形及表格输出： 
Illuminance/Irradiance distribution。 
Candela/Intensity distributions。 
Polarization state plot。 
Flux report。 
Incident Ray。 
Ray History。 
Ray Path。 
强大的Monte Carlo描光： 
 光学仿真软件的重要性就是要使实际物体与仿真结果中光线的分布与强度一致。 TracePro 采用 Monte Carlo 方法描光，使任何的几何物体都能正确的分析出来。 

使用简单的图形窗口界面 
 TracePro 可以在 Windows 系列的系统下运行，使用界面与通用窗口界面相似。它的多任务作业窗口不仅可以让使用者在一个程序里编辑多个模型以外，更可以同时看到这些模型。使用者还可利用 CAD 软件或是镜头设计软件来创建模型后转入 TracePro 来进行光学仿真。 
ACIS核心提供了多沟通能力： 
 由于 TracePro 是 ACIS 的核心，所有由固体模型程序所绘出的形状都可以在 TracePro 中进行描光，包括 NURBS surfaces 。 TracePro 支持了由 ACIS-based 发展的应用软件，可允许创建的实体模型，可以至 http://www.spatial.com/ 查询利用 ACIS 或是可支持的应用程序，也可以利用 IGES 、 STEP 或是 VDAFS 的信息交换标准格式来读取 non-ACIS-based 的固体模型， TracePro 亦可以读取常用的光学设计软件的文件，将透镜准确、真实且无误差的创建出来。

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