PetroMod 10 中文教程-经典版
PetroMod软件教程
1.软件介绍
1.1 关于PetroMod
德国IES公司是全球最著名的含油气系统模拟软件开发商，其含油气系统模拟软件PetroMod是当今同类产品中最先进的软件，其软件最主要的特点表现为以下五个方面：1．该软件是目前唯一能够使多维（一维、二维、基于层面、多一维和三维）模拟在同一平台下操作，并使数据能够在多维模块中共享的含油气系统模拟软件系统。
2．IES软件能够始终处于同类产品领先水平的关键原因之一还在于，其拥有先进的油气运移模拟技术。该软件不仅为用户提供了经典的达西定律模拟器，现代的流线法模拟器，还创新地开发了兼有达西定律和流线法二者优点的组合模拟器。这算法不仅可保证油气运移的模拟精度，而且可很大程度地提高模拟的运算速度。
3．多组份、多相态油气生成、运移技术是世界含油气系统模拟技术最新的发展方向之一，IES软件已成功地将该技术融入到常规的2D和3D含油气系统模拟过程之中。
4 IES含油气系统模拟软件不仅具有十分良好的系统性，而且也有很好的灵活性。如对单目标层油气运移模拟评价，IES为用户提供了十分灵活的PetroCharge Express模块；对火成岩侵入、盐丘刺穿、胶结、液压缝等特殊地质现象IES软件都为用户提供了独特的解决工具。
5通过较灵活的可视化功能建立三维含油气系统模拟所需要的3D地质模型。
1.2 软件基本功能模块
PetroMod是IES含油气系统模拟的软件系统。PetroMod软件系统由一系列功能独特的模块组成。这些完全一体化设计的PetroMod1D,2D,3D软件包和一些独特的技术模块都可以从IES的公司网站(www.ies.de)上直接下载。为适应用户需求，我们制作了不同软件包的用户许可证，以使用户能够从IES所提供的所有软件模块中自由组合，满足其不同的工作需求。该系统包括1D软件包(用于真实井或虚拟井),2D软件包(用于骨干剖面地质模型)和3D软件包(用于单层、多层或全三维地质模型)：
1D：包括PetroMod 1D Express和PetroMod 1D
2D：包括PetroGen 2D和PetroFlow 2D
3D：包括PetroCharge Express，PetroCharge，PetroGen 3D and PetroFlow 3D
附加模块：PetroMod 2D TecLink and PetroRisk
PetroMod 1D
PetroMod 1D是新开发的一个软件包，它是IES PetroMod一体化的有机组成部分。它与IES软件包的其它模块具有同样的用户界面。任何单点（实际井和虚拟井）数据都可以由简单的表格产生或从PetroMod2D和3D模型中直接提取。各种标定数据，如热流史数据可直接运用于2D和3D模拟器中，从而使数据的标定工作在各模块中的运行非常快速。PetroMod1D还包括一系列完整的特殊模拟功能，如盐丘流动、火成岩侵入和逆冲模拟等。
PetroMod1DExpress是PetroMod1D的免费版本，但功能有一定局限。用户可以打开无数个PetroMod 1D Express窗口，作为1D模型的浏览器。
PetroFlow 2D
IESPetroFlow2D软件包与3D软件包采用了同样的多维油气运聚模拟器，即通过闪蒸计算实现全PVT控制的、三相/n-组份油气运聚模拟，并具备IES独特的达西/流线组合模拟技术。它主要应用于数据稀少区或作为快速分析的工具，如某些地区的数据仅足以构建一条单一的2D地质剖面，同时，它也可以作为常规技术运用于高密度数据区，并作为压力预测的工具。由于它与油气工业公认的地震数据库解释系统（如，Landmark 的SeisWorks和OpenWorks；GeoQuest的IESX，Charisma和GeoFrame）具有直接的二进制数据连接功能，并具有良好的时深转化功能，而且这些功能已作为同类软件的设计标准，因此PetroFlow 2D的运行极为方便和灵活。
PetroCharge
PetroCharge可使用户对3D地质模型进行多维的热史、成熟度史、压力史计算，并可以通过流线法进行油气运聚模拟。流线法油气运聚模拟技术可对模型进行多烃源岩体系、多疏导层的设定，其油气藏逸散功能与PetroFlow3D完全相同，并可通过闪蒸计算实现全PVT控制的、三相/n-组份油气运聚模拟工作。PetroCharge的一个重要用途是可作为3D模型的启动模拟工具，这样可以发挥高效的作用，因为PetroCharge的3D地质模型、数据输入模型、输出模型都与PetroFlow 3D完全等同。
PetroFlow 3D
IESPetroFlow3D具有一个全三维的温压模拟器，并为用户提供了最先进的油气运聚模拟技术，用户可运用不同模拟算法对同一模型进行模拟操作。IESPetroFlow3D的模拟算法包括流线法、达西法和达西/流线组合法。所有的油气运聚模拟工作都可以通过闪蒸计算实现全PVT控制的、三相/n-组份计算。它还包括一系列完整的特殊模拟功能，如盐丘流动、火成岩侵入和其它特殊地质作用。PetroFlow 3D包括PetroCharge、IES 多一维、流线法模拟软件包。IES最新的PetroRisk?技术可帮助用户确定输入数据对油气成藏模拟结果的非确定性效应，包括各单一油气藏形成的几率特征。
TecLink
IES开发了一个与构造恢复软件的数据连接模块(PetroMod TecLink)，它可以使IESPetroMod软件关于生成、油气运聚的完整功能很好地应用于极为复杂的构造环境中，如盐丘流动、泥底劈，张性活动，特别是极复杂的挤压构造背景中。依靠此数据连接解决方案，IES提供了唯一可将全PVT控制的、三相/n-组份油气生成和运聚模拟运用于极复杂构造背景的独特技术。ThePetroMod TecLink提供了与各主要商用构造恢复软件连接的数据接口。
PetroRisk
IES推出了一个全新的作为油气成藏风险管理系统的商业软件(PetroRisk?)，它不仅可以评价油气的充注风险，并且可以追综油气的运聚路径，预测油气成藏的几率特征。此项技术可运用于IES PetroMod1D、2D和3D全套软件包中。该系统可确定油气成藏各项地质输入数据的非确定性，定量化分析这些不确定性对成藏模拟结果的效应，并对它们进行统计评价。由此，油气勘探的风险即可在一体化的动态地质模型中得到分析，因为影响油气充注、圈闭形成和成藏关键时刻的各种变量都包含在，并相互作用于一体化的物理地质模型中。
2.操作说明
2.1一维模拟流程
PetroMod一维模拟的简单流程：
1. 建立项目所在目录；
2. 给定井位坐标；
3. 给定基本参数：包括地温、镜质体反射率及孔隙压力；
4. 给定各层位的沉积和剥蚀的厚度及年代；
5. 给定其它属性，如：岩性、油气系统事件、TOC、HI等；
6. 给定边界条件，主要为：古水深、古地热流值、古气温；
7. 模拟输出。
主要输出结果有：单井埋藏史图、热史、成熟度史、生排烃史等。
2.1.1建立PetroMod 1D模型
1D建模流程与模型所包括的参数：
1、地层沉积厚度、地质年龄，地层剥蚀厚度及剥蚀开始、结束时间
2、地层岩性特征
（1）岩性、密度
（2）岩石热导率、热容
（3）孔隙度―深度关系、孔隙度―渗透率关系
（4）毛管压力
（5）静水压力、岩石压力、破裂压力
3、烃源层特征
(1)有机碳（Toc）
(2)最大生烃潜力（HI）
4、生烃化学动力模型（Kinetics）
（1）单组分（Bulk）
（2）双组分（Kerogen-oil-gas）
（3）多组分（Compositional）
（4）杂组分（Miscellaneous）
5、成熟演化化学动力模型(Calibration-Model/Biomarker)
（1）/EASY%Ro/4
（2）/Mackenzie/3
6、沉积演化地质模型
（1）压实（Compressibility）-- (默认/孔隙度)
（2）胶结（Cementation）--（孔隙度）
（5）刺穿（Piercing）--（岩性）
●Layer/ Age/ Piercing Lithotype
（6）盐流（Salt Movement）--（厚度）
●Layer/ Age/ Thickness
（7）推覆（Thrusting）--（地层）
●Layer/ Age/ Thrusting Model->lay
7、含油气系统
（1）源岩、储层、盖层、上覆层、下伏层。
（2）圈闭形成时间、油气保存时间、油气生成运移聚集时间、关键时刻。
（3）从二维、三维模拟参数中提取
建立PetroMod 1D模型详细步骤
（一）、建立、编辑模拟井
1、打开PetroMod 1D；选择左下角Project Dir：在弹出的菜单中给定要建立的一维模拟项目内名称和存放路径。点击PetroMod1D，弹出PetroMod1D主窗口，在左侧表格下按右键——Insert well1（可更改井名如well1改为bs6，保存在pm1D下），Save All，
然后分别设置每个井的各项参数。（作为模拟井输入，无法确定准确的实际坐标、完钻深度，一般情况下，以标定井的形式输入。）
（设标定井：点——在出现的PetroWells树型窗口选well，在下方窗口List栏输入井名（如Test），点——在左边树型窗口选Test——Save——左下方选Edit，输入X、Y Depth——Apply——关闭并重打开PetroMod——拖到左侧，save ）
（二）、输入地质数据的基本信息：
1、输入层位
自下而上（从深到浅排序）输入顶、底层位名。如果模型已关闭，那么选择File ——Open——选择Pm1D下存储的井名；若模型打开状态，直接选择另一口井。弹出上表，在Name一列的下方按实际地层的年代顺序输入层位深度或厚度（只需输入一项，另一项自动计算。如输入深度，自动计算厚度；反之亦然），其中最上面的层位为地表层（不可更改）。输入每套地层沉积的起、止时间（From、To）。
如果地层存在剥蚀，还需输入剥蚀发生的开始、结束时间。剥蚀列（Colum）可以通过选择工具栏的在表格中显示。再点击一次，表格中的剥蚀列隐藏。
建立层位模型时要对重点层系（生、储、盖层）进行劈分，程序缺省的劈分方式为等厚劈分，而实际情况并非如此，因此要作出需劈分层段内砂岩组/泥岩段的厚度图，再内插。插入新增列，点击菜单中的按钮，添加所需选项。
（2）输入岩性信息
每套地层的岩性设定后，程序的岩性库自动指定了每种岩性的信息，如孔隙度、渗透率、密度等。输入各层位的岩性类型，保存。
地层岩性也可以用户自己编辑，选择工具栏的岩性编辑器图标，弹出下面表格
点击加新的岩性组(软件默认四种基本岩性组),给出New Group的名字，确认。此时，上述表格的Group空格变成新定义的组名，其相应的热传导率等参数自动出现。
点击混合岩性图标（兰色圆圈），出现添加混合岩性表格，选择新建混合岩性
给出新建混合岩性的名称，确认。然后在下面的表格中分别输入组成混合岩性的各组分的名称和百分含量，确认。此时，在第一个表中的Table中出现新建岩性的各种参数，也可在第一个表兰色圆圈右侧的下拉箭头中选择新建的混合岩性名称，可以看到其各种参数曲线。
（3）输入岩相（缺省状态为隐藏，点击图标出现），1D中各地层的相编号自动产生且不能编辑。如果模拟的井是从2D/3D中输入的，选择Import，在Import data from
：选择井数据存放的位置，确定后则相名称和颜色与2D/3D中设定的一致。
（4）设置含油气系统
点击含油气系统图标PSE（Petroleum System EssentialElements），出现PSE 一列（缺省状态该列为隐藏），在每套地层对应的表格中双击，在弹出的菜单中根据实际情况设置各地层分别属于源岩、储层、盖层还是上覆/下伏层。
（5）设置烃源层性质
烃源层性质包括有机碳（Toc），最大生烃潜力（HI）和化学动力方程（Kinetic）。点击图标，出现Toc、HI和Kinetics列。在烃源岩层对应的表格列中，Toc /HI 直接敲入数值，双击烃源岩层对应的Kinetics列，在弹出的菜单中选择化学动力方程。
化学动力方程（Kinetic）可以用户自己定义。点击工具栏的化学动力方程图标，弹出下表
左侧树型窗口每项前面的加号，弹出一系列子项，选其中一项，根据实际资料可以更改初始反应。
选上表的组分图标，弹出下表，设置组分，也可选Options——Mix Compentss——在弹出的表格新建混合组分名称，输入各组分名称和百分含量，保存。
（6）特殊层位的设定（发生刺穿、逆冲、盐活动、胶结等）
假如Layer2层发生了盐活动，在输入的表格中选择Layer2，右侧Layer Properties 下方的Selected Layers中出现Layer2，点它；再在右侧Salt Movement前方框中点击；出现下表，在表格中输入盐体活动开始的时间/厚度和结束的时间/厚度，Ok，Apply，
输入完成后，右侧出现相应的曲线，如果有错误，可以更改表格，也可以在右侧曲线上点左键选中曲线出现一个节点，拖到满意的位置释放，逐点更改曲线直到满意。此时左侧表格中数据随之改动。
如果其它层位发生了胶结、刺穿、断裂等作用，可以照此方法进行相应设置。
点击输入埋藏史（下表红色圆圈），显示模型的埋藏史图，检查地层间关系是否正确。
2.1.2设定边界条件
包括的参数
1、古水深（PWD）―时间
●古岩相
●古化石
2、沉积水表面温度（SWIT）―时间
●年平均地表温度统计。
●利用Wygrala(1989)研究成果，自动生成某一地区的SWIT。
3、古热流（HF）―时间
设定边界条件详细步骤
选PetroMod1D主窗口下的输入边界条件，打开边界条件设置窗口，
将鼠标移到右侧PWD位置，鼠标变成十字型；点击the graphic panel，激活显示；点击趋势线，变成亮黄色，趋势线上方出现一个结点（小的十字正方形），左键选中并拖到需要的位置；编辑时可显示X、Y坐标（年代和PWD值）；保存模型。年代和PWD值随时可以通过选中并拖动结点或输入数值方式改动。
1、古水深（PWD）―时间
●古岩相
●古化石
2、沉积水表面温度（SWIT）―时间
点击，打开全球平均地表温度窗口；select the switch on；设置井所在全球位置（如Northern，Europe）和纬度；自动生成不同时期的温度曲线。计算结果未考虑古水深，古水深应在计算前先行设置。
●年平均地表温度统计。
●利用Wygrala(1989)研究成果，自动生成某一地区的SWIT。
3、古热流（HF）―时间
同PWD trend的设置。
通过选择主菜单工具栏的Input Boundarys Manager图标，在弹出的菜单中，边界条件可以从2D/3D输入，也可以输出到2D/3D。
2.1.3标定井建立与标定数据输入
（一）、标定井建立与标定数据输入
作用：对模拟结果进行验证
1、标定井建立
在PetroMod1D主菜单的工具栏中选择标井编辑器图标，弹出PeroWells编辑窗口，如下表：
（井数据可以从File/Import中输入；也可以自己建立。）
在左下侧的List右侧表格中键入新建的井集名称，如bs6；点击新建图标。井集bs6出现在左上侧的Wells下。
选择左上侧Wells下的某个井集（如bs6），点击左下侧的Edit，弹出新表格，键
入井名、颜色、符号、坐标等参数，建立了bs6下的各井参数。
2、标定数据输入
选择上表的左上侧Wells下的某个井集（如bs6）前面的加号，弹出子项（井名如1）；再选择1前面的加号，又出现一系列子项；如选择其中的Caliabration Data——在下方的表中Group 右面的下拉箭头中存在一系列数据（如Temperture，HC Zones，Caliabration等），每一种数据之下又存在相应的数据（如Group选Temperture再点其下的Temperture前的方框），Temperture增加到左上表Caliabration Data下。点击Caliabration Data下的Temperture，Edit，弹出表格输入实际参数（可以直接键入数值；可以用Excel表格输入；可以从外部文件输入；也可以调整表格需要输入的列；还可以更改单位英尺——米或米——英尺；对某一部分单元格内容进行修改等操作）确认—>保存。
其余参数设置相同。
2.1.4一维模拟与输出
（一）输出控制面板：Calculate
（二）模拟内容
1、压实
2、温度
3、油气生成潜力
4、油气区（未熟、生油、生气、过熟--时间-深度空间分布）
5、标定
6、源岩特征
7、运移特征
（三）一维模拟与输出操作步骤
1、点击输出，模拟自动开始运算。放大选图标；设置输出控制面板选图标。常用的摸板：
Temp_R0_bh:
Temp_R0:
Pressure:
含油气系统模板（PetroSys）：
左侧上下分别为T—Depth和Ro—Depth曲线，右侧为地层埋藏史（迭加了温度）。在右侧图形中任意位置点击右键：
a）可以设置X轴（Age）、Y轴（Burial depth）的标注间隔、单位；
b）也可以设置图形上Ro值的界限（如设定Ro=0.5和Ro=0.7），埋藏史图上显示Ro=0.5和Ro=0.7的两条线，分别指示了地层低成熟和开始成熟、生烃的深度及年代。
c）可以设置图形上迭加的标定参数。如右键——在弹出的菜单中选择Overlay/ HC Zones/Zone_Tissot_et_al(1988)_T2；再点源岩图标，在输入表格中设置的烃源岩迭加在埋藏史图中。
d）可以更改埋藏史图上的颜色
e）在模板下双击Trap Formation或Seal Rock等任意一项，弹出的菜单中可以对圈闭的形成时间、储/盖层性质等进行设置。
2.1.5输出
(一)设置输出显示
1、调整面板大小
2、增加埋藏史图表的横向刻度
3、建立一个附加模板
2.1.6模拟结果标定与模拟参数修改
1、加载标定数据
（1）Input模式下，在右下模板Well Data选中标定井拖入Auto calibration Data 模板内。
（2）在Output模式下,选中要标定的模拟成果图，点击右键，选中标定井。
2、模拟参数修改与重新模拟
3、
2.1.7风险分析
加载（Load 1D model）
1、加载标定数据
2、定义输入风险参数
3、设定数据区间
4、风险模拟与风险解释
5、输出结果
2.2二维模拟流程
Petrobuilder2D主菜单及工具栏其它选项操作
主菜单操作
在Tables下有5个选项:Depth/Thickness、Erosion、Facies Assignment、Block Assignment、Area of Interset。
A）Depth/Thickness——Grid Option：对网格进行内插、进行X方向内插、进行Depth 方向内插、去除深度值的0值4项操作。
Depth/Thickness——Edit：
B）Erosion
C）Block Assignment
D）Area of Interset
上面5个选项分别弹出相应的菜单中Edit下的菜单：
Paste（Add）：
Paste（Substract）：
Paste（Complete）：
Slect Inverse：
Slect Value for Selected Rows：
(2)Option
拷贝图象到剪贴板；从剪贴板拷贝图象；劈分/合并层位——左下角弹出菜单中设置哪个层要进行劈分，劈分成几个层位，各层所占比例等参数。
（3）Windows
Depth，Age（Layer based），Event Steeping三种显示。其中Age（Layer based）的主窗口中各层位变成等厚、水平分布。
工具栏其它选项操作：
（1）去除交叉点Remove Intersections（Upwards）
Remove Intersections（downwards）
（2）静水压实（Hydrostatic compaction）
（3）Sort Horizons in Depth Direction
（4）岩性显示：选择此图标，在二维剖面的每个层位迭加上设置的岩性符号。
（5）显示沉积表面
2.2.1建立简单模型
1．产生新项目存放的路径
双击快捷键，弹出PetroMod主窗口，点击工具栏2D选项，在出现的窗口左下脚左键点Project Dir；又出现Select Project Path菜单，在下方点，弹出的窗口键入新项目存放的路径，OK。
2．建立简单的2D模型（SeisStrat2D方法）
通过PetroMod主菜单的工具栏Database——SeisStrat2D——Sketch，弹出SeisStrat2D主界面
3．建立简单的2D模型（Petrobuilder2D方法）
PetroMod主窗口，点击2D/Petrobuilder，打开Petrobuilder 2D窗口。File—New，出项四个选项，可以加载Seg-Y、Ies Seismic、ASCII和Sketch/Layer Cake Model四种形式的文件。根据数据源的类型选择相应的加载方式。
ASCII 2D Model，出现的菜单有4个选项：
General ModelName Units Option
数据存放目录改变网格数目（Filter、Projection distance 、
Switch H/F）
选不同时期对应的剖面文件
OK（数据加载到Petrobuilder2D）
详细操作步骤
（一）、建立二维格架剖面
打开PetroMod——Petrobuilder2D——File——New——Sketch/Layer Cake，出现New Section 窗口，Geneal——选Sketch模型（数字化层位建立模型）；Layer Cake Model（产生等厚模型）。其它参数按实际填写。
点击2D/Petrobuilder，File——New——Ascii，出现下面窗口：
选择输入单个剖面（也可以输入多条古发育剖面），选文件存放的路径、格式后，左侧面板出现相应文件，选到右侧面板中；点Model Name后键入模型名称，OK。开始加载数据。
注意：Option下的选择：
Filter下有两种方式：Angle（degree）
Model Name键入模型名称，OK。建立了一个二维格架剖面。打开了Petrobuilder2D主界面，如下：
（1）调整剖面比例
在Petrobuilder2D主窗口左面的树型窗口中，点Annotations，出现标注窗口，调节剖面最大、最小深度，标注的字体大小等。
（2）改变背景颜色和剖面长度
在左侧树型窗口选Backgroud，下方出现的小窗口中，下拉箭头可以选择Image或No Backgroud，点Color出现的颜色表中，可以选择背景的颜色。
（3）检查模型正确与否
在Petrobuilder2D主窗口左面的树型窗口中，Block_0下Initial Horizons和Initial Faults下分别列出了加载的层位和断层。在左边树型窗口中，点击Model——点Block-0前的“+”号，可以看到加到模型中的初始未进行网格化的层位；点某一层位，右测主窗口中相应层位变亮（该操作为交互式的）。在右侧图形窗口中，可以点左键选择层位或断层；按下Ctrl键，可同时选择多个层位或断层，相应的左侧窗口Block_0下的层位变成黄色。
尤其注意被断层打断的层位，它由若干线段组成，检查层位输入是否正确。
在右测主窗口中点右键——点Regrid Current Section，检查层位。如果发现错误，点工具栏的显示初始层位图标，再将左边工具栏下迭加方式选为None，重新显示了原始的剖面。
如果打开一个模型，需要在Pm2d文件夹下去寻找已经建立的模型。
（4）平滑层位（Snap-Continue）和指定线段给某个层位
剖面上的所有层位要求从左延续到右侧，对于没有延伸到右侧的层位需做如下处理：在树型窗口或右面主窗口中，选择中间尖灭的层位如Horizon3，右面主窗口中右键/Snap-Continue/Right，再点击上覆层位如Horizon4，上覆层位变成一系列右箭头方式；右面主窗口中右键，弹出的窗口选Snap/Split Line Menu/Apply，则如Horizon3处理
(完整word版)基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计
光学软件设计 实验报告： 基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计 姓名： 学号：2011146211
一、实验目的 学会使用ZEMAX软件对多重结构配置的激光束扩大器进行优化设计。 二、实验要求 1、掌握使用多重结构配置。 2、进一步学习构建优化函数。 三、实验内容 设计一个激光扩束器，使用的波长为1.053um，输入光束直径为100mm，输出光束的直径为20mm，且输入光束和输出光束平行。要求只使用两片镜片，设计必须是伽利略式的（没有内部焦点），在镜片之间的间隔必须不超过250mm，只许使用1片非球面，系统必须在波长为0.6328um时测试。 1、打开ZEMAX软件，关闭默认的上一个设计结果，然后新建一个空白透镜。 2、在IMA面（像平面）前使用insert插入4个面，输入相关各面的厚度、曲率半径和玻璃类型值。 3、点击Gen设置入瞳直径为100，点击Wav设置波长为 1.053微米。
4、在主菜单Editors里构建一个优化函数，将第一行操作数类型改为REAY，surf输入5，Py输入1，taiget输入10，weight输入1。 5、在评价函数编辑窗中选工具—默认优化函数。选reset，将“开始在”的值设置为2，
确定。 6、点击Opt进行优化，优化后生产OPD图。
7、将第一面的conic设置为变量（control+z）。再次进行优化，重新生产OPD图并观察。 8、将三个曲率和圆锥西数的变量状态去掉。 9、点击Wav重新配置光波长，将之前的1.053改为0.6328，确定后再次更新OPD图并分析。
10、将第二面的厚度250mm设为可变，然后再次点击Opt优化，重新生成OPD图。此时去掉第二面的可变状态。 11、从主菜单—编辑中调出多重结构编辑窗，在这个窗口的编辑菜单中选“插入结构”来插入一个新的结构配置，双击第一行第一列，从下拉框中选wave，在同样的对话框里为wavelength选择1，确定。在config1下输入 1.053，在config2下输入0.6328。
照相物镜基于ZEMAX课程分析方案实例
应用光学课程设计 课题名称：照相物镜镜头设计与像差分析 专业班级：2009级光通信技术 学生学号： 学生姓名： 学生成绩： 指导教师： 课题工作时间：2018.6.20至2018.7.1
武汉工程大学教务处
课程设计摘要<中文） 在光学工程软件ZEMAX 的辅助下, 配套采用大小为1/2.5 英寸的CCD 图像传感器,设计了一组焦距f '= 12mm的照相物镜, 镜头视场角 33.32°, 相对孔径D/f’=2. 8, 半像高3.6 mm ,后工作距 9.880mm，镜头总长为14.360mm。使用后置光阑三片物镜结构，其中第六面采用非球面塑料，其余面采用标准球面玻璃。 该组透镜在可见光波段设计，在Y-field上的真值高度选取0、1.08、1.8、2.5452，总畸变不超过0.46%，在所选视场内MTF轴上超过60%@100lp/mm,轴外超过48%@100lp/mm，整个系统球差-0.000226，慧差-0.003843，像散0.000332。完全满足 设计要求。 关键词：ZEMAX；物镜；调制传递函数 ABSTRACT By the aid of optical engineering software ZEMAX，A focal length f '= 12mm camera lens matched with one CCD of 1/2.5 inch was designed。Whose FOV is 33.32°, Aperture is 2. 8，half image height is 3.6 mm，back working distance is9.880mm and total length is 14.360 mm. Using the rear aperture three-lens structure，a aspherical plastic was used for the sixth lens while standard Sphere glasses were used for the rest lenses。The group Objective lenses Designed for the visible light，Heights in the true value as Y-field Defined as 0、1.08、1.8、2.5452，total distortion is less than 0.41%，Modulation transfer function of shade in the selected field of view to meet the axis is greater than 60% @ 100 lp / mm, outer axis than 48% @ 100 lp / mm，The sum of the whole system spherical aberration -0.000226，Coma is -0.003843，Astigmatism is 0.000332。Fully meet the design requirements. Keyword：ZEMAX；Camera lens；Modulation transfer function 引言----
ZEMAX实验指导书(初学的练习教程)
实验一光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作 一、实验目的 学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。 二、实验要求 1、掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。 2、掌握ZEMAX软件的用户界面。 3、掌握ZEMAX软件的基本使用方法。 4、学会使用ZEMAX的帮助系统。 三、实验内容 1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示： 图：ZEMAX用户界面 2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。 3．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口。 4．调用ZEMAX自带的例子（根目录下Samples文件夹），学会打开常用的分析功能项：草图（2D草图、3D草图、实体模型、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、
点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。 5．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。 6．掌握镜头数据编辑窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。 7．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。 8．通过主菜单-帮助下的操作手册调用帮助文件，学会查找相关帮助信息。 四、实验仪器 PC机
实验二基于ZEMAX的简单透镜的优化设计 一．实验目的 学会用ZEMAX对简单单透镜和双透镜进行设计优化。 二．实验要求 1.掌握新建透镜、插入新透镜的方法； 2.学会输入波长和镜片数据； 3.学会生成光线像差（ray aberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spot diagram）、产生图层和视场曲率图； 4.学会确定镜片厚度求解方法和变量，学会定义边缘厚度解和视场角，进行简单的优 化。 三．实验内容 （一）. 用BK7玻璃设计一个焦距为100mm的F/4单透镜，要求在轴上可见光范围内。 1. 打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新建一个新的空白透镜。 2. 在主菜单-系统-光波长弹出的对话框中输入3个覆盖可见光波段的波长，设定主波长。同样在系统-通用配置里设置入瞳直径值。 3. 在光阑面的Glass列里输入BK7作为指定单透镜的材料，并在像平面前插入一个新的面作为单透镜的出射面。 4. 输入相关各镜面的厚度和曲率半径。 5. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。 6. 利用Solve功能来求解镜片厚度，更新后观察各分析图的相应变化。 7. 利用主菜单-工具-优化-优化来对设计进行优化，更新后观察各分析图的相应变化。 8. 调用并建构优化函数（Merit Function），在优化后更新全部内容，然后观察各分析图的相应变化。 9. 分别调用点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）来观察最优化后的成像质量。 10. 将此设计起名保存，生成报告。 （二）. 以前一个实验内容设计优化后的单透镜为基础，添加一块材料为SF1玻璃的透镜来构建双透镜系统，进一步优化成像质量。 1. 插入新的平面作为第二块透镜的出射面，输入相关镜面的厚度、曲率半径以及玻璃类型值（BK7、SF1）。 2. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。 3. 沿用前例的优化函数，在优化更新后观察各分析图的相应变化，并分别对比单透镜时的点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）的相应变化，观察双透镜此时的成像质量。 4. 利用利用Solve功能来求解镜片边缘厚度，更新后更新后观察各分析图的相应变化。
1807中文说明书简易操作手册
1807中文说明书简易操作手册 1：在主机安装完毕后，按住（PWR）键三秒开机，完成后，在显示VFO（430.000）的情况下可以进行你需要的任何一项操作。 2：设置手动自动下差：在显示VFO的模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第四项菜单（ARS），轻按（MHZ SET）键进入第四项主菜单选择开关手动自动下差（ON/OFF），设置完毕后轻按（MHZ SET）键退出菜单。 3：设置差频：在显示VFO模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第43项（RPT）菜单，轻按（MHZ SET）键进入此项菜单设置上下差频（-RPT，+RPT，OFF） 4：设置差频数值：在显示VFO模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第46项（SHIFL）菜单，轻按（MHZ SET）键进入此项菜单后（7.6MHZ）设置差频值，机器默认数值为7.6MHZ，旋动（DIAL）旋纽设置你需要的差频值，设置完毕后轻按（MHZ SET）键推出主菜单。 5：设置亚音编码：在显示VFO模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第49项（SQLTYP）菜单，轻按（MHZ SET）键进入此项菜单设置你需要的编码，一般选择（TONE）编码（TONE/TSQL/DCS/RVTN/OFF） 6：设置亚音数值：在显示VFO模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第52项（）菜单，轻按（MHZ SET）键进入此项菜单后（100MHZ）设置亚音，旋动（DIAL）旋纽进行设置你需要的亚音值。 7：储存频道：在显示VFO的模式下，用手咪输入你想要的频点，然后按住（MW D/MR）键，直至屏幕右下角出现数字（0），如果此数字一直在闪烁，表示此频道为空，然后旋动（DIAL）纽选择频道号码，选定后轻按（MW D/RW）键，完成频道存储。 8：频道模式与频率模式的转换：按（MW D/MR）可以进行转换。 9：发射功率调节：轻按（A/N LOW）键，发射功率分别是LOW1（5W），LOW2（10W），LOW3（25W），LOW4（50W）之间顺序转换。 10：机器复位操作：同时按住（REW）（LOW）（D/MR）键，开机，然后按（D/RW）键，机器将恢复到出厂的设置。 11：自动关机设置：在显示VFO的模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第1项（APO）菜单，轻按（MHZ SET）键进入第一项主菜单选择（30MIN，1H，3H，5H，8H）关机时间。 2：屏幕亮度调节：在显示VFO的模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第16项（DIMMER）菜单，轻按（MHZ SET）键进入主菜单选择（OFF，1-10）屏幕亮度。然后轻按（MHZ SET）退出菜单。 13：键盘锁定：在显示VFO的模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋
用 MATLAB 连结 Zemax OpticStudio 之一：连线与基本操作
摘要：此系列文章共有三篇。 第一篇中，我們會示範如何利用MATLAB連結ZOS-API，並說明相關操作重點。 第二篇中，我們會重點提示撰寫時，幾個常見語法問題。 第三篇中，我們提供幾個有用的範例檔，說明幾個常見應用如何撰寫。 作者：Michael Cheng 發布時間：March 13, 2017 簡介 關於ZOS-API本身，請參考知識庫內另一篇「https://www.360docs.net/doc/3c6335213.html,簡介」。 MATLAB在透過ZOS-API連結OpticStudio時，主要有兩種模式：Standalone (獨立運作) 以及Interactive Extension (互動擴展)。 使用Standalone模式運作時，MATLAB會以背景模式連結到OpticStudio，然後所有動作都在Windows背後進行，過程中不會看到OpticStudio主視窗開啟。 反之，使用Interactive Extension模式運作時，必須先開啟OpticStudio，然後使用者需要先在OpticStudio開放連結，讓MATLAB能夠順利接入並控制，控制過程中OpticStudio不能手動操作，直到使用者手動在OpticStudio取消互動模式，取回控制權。 以下將分別說明如何用兩種不同模式連線。 使用Standalone模式連線 首先是到OpticStudio中點選Programming > MATLAB > Standalone Application，以產生樣板程式碼。 Click To Enlarge 點擊後，可以看到系統會自動建立一個範例的.m檔，並且打開存放的資料夾，如果電腦中有安裝MATLAB，則會自動被開啟，並顯示範例的.m檔。
ZEMAX的基础学习
zemax的基础学习 MTF一般都是大于0的，所以MTF曲线坐标都是第一期限。但有时候也会出现负值，这种情况表示像的亮度起伏与原物体相反，发生对比反转，也就是相位错动了半个周期，黑的变白，白的变黑。 如何查看高斯光束的光斑大小及能量分布在physical analysis>>pop setting>>display中可以看 中文的翻译是：image space f# 表示的是有效焦距和有效孔径的比paraxial working f# 表示的是2tanU的倒数，其实只有在物距在无限远的时候才和前边的一样working f# 表示的是2SinU的倒数。 主光线是在stop光阑中心点的斜线角度。物上视场点－入瞳中心－像面的光线，如果没有渐晕，它也会通过光栏的中心， 放大镜只能放大线性的东西”这种结论。 我今天突然在ZEMAX中发现我如果做短焦的时候，比如f=2.8，看到lens data editor中相面的尺寸小于在Report/prrscription data/paraxial Image Heigh 中的象高？？请问有谁知道这个是如何产生的，为什么有这种现象☆这有什么奇怪的，难道你的系统没有畸变吗是啊，好象一个是像面上的实际像高，一个是近轴（理想）像高畸变是有正负的呀我知道了，那lens data editor中相面的尺寸是实际通光孔径，而Report/prrscription data/paraxial Image Heigh 只是理想象高，所以我觉得设计时应该以lens data editor中相面的尺寸为准，大家说对吗？错，一个点通过系统之后不可能还是一个点，是一个有大小的斑，从lens data editor中看到的数据只是最大像高的数值，不能代表实际成像的大小。在设计的时候多考虑，软件是工具而已。那斑竹说实际的相面尺寸应该看哪里啊，看你成像点的扩散程度由于像差的原因，实际最佳像面上每一像点（斑）大小都不一致，由于轴外（垂轴）像差的关系lens data editor中的尺寸一般系统应该够了。 傅立叶变换透镜的4F系统的两个镜头的像质应该如何评价？是以单独的镜头为准还是合成的串联系统呢？☆可以以单独的镜头分析，两个的分析分别要在频域和时域进行但是最总的系统是否符合你的要求就一定要以整个系统为分析的对象了。 zemax中的ray fan和spot diagram的含义【标题】 zemax中的ray fan和spot diagram的含义 【版权声明】 欢迎相互传阅和交流！请将此文用于非盈利的技术交流；不可显性或隐形用于商业目的。欢迎对文中内容进行批评指正和修改。但修改后内容仍需保留版权声明部分并能免费用于技术交流。zhangxi@https://www.360docs.net/doc/3c6335213.html, 【正文】 ray fan 在zemax中有一个重要的分析手段，就是显示ray fan图。显示ray fan可以通过多种方式，比如菜单analysis－fans－ray aberration显示；也可以通过直接点击在菜单栏目上的Ray按钮。 ray fan表示是光学系统的综合误差。 它的横坐标是光学系统的入瞳标量，因此总是从－1到＋1之间。显然0的位置对应就是光轴在入瞳中心的焦点。纵坐标则是针对主光线（发光点直穿光阑中心点的那条光线）在像面上的位置的相对数值。 由于我们在计算光路的时候，通常仅仅考虑两类光线，子午面和弧矢面。这样对于不同的面，就有两种不同rayfan显示。
ZEMAX中文使用说明书
目录 第1章引言 第2章用户界面 第3章约定和定义 第4章 教程 教程1：单透镜 教程2：双透镜 教程3：牛顿望远镜 教程4：带有非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统 教程5：多重结构配置的激光束扩大器 教程6：折叠反射镜面和坐标断点 教程7：消色差单透镜 第5章 文件菜单 (7) 第6章 编辑菜单 (14) 第7章 系统菜单 (31) 第8章 分析菜单 (44) §8.1 导言 (44) §8.2 外形图 (44) §8.3 特性曲线 (51) §8.4 点列图 (54) §8.5 调制传递函数MTF (58) §8.5.1 调制传递函数 (58) §8.5.2 离焦的MTF (60) §8.5.3 MTF曲面 (60) §8.5.4 MTF和视场的关系 (61) §8.5.5 几何传递函数 (62) §8.5.6 离焦的MTF (63) §8.6 点扩散函数（PSF） (64) §8.6.1 FFT点扩散函数 (64)
§8.6.2 惠更斯点扩散函数 (67) §8.6.3 用FFT计算PSF横截面 (69) §8.7 波前 (70) §8.7.1 波前图 (70) §8.7.2 干涉图 (71) §8.8 均方根 (72) §8.8.1 作为视场函数的均方根 (72) §8.8.2 作为波长函数的RMS (73) §8.8.3 作为离焦量函数的均方根 (74) §8.9 包围圆能量 (75) §8.9.1 衍射法 (75) §8.9.2 几何法 (76) §8.9.3 线性/边缘响应 (77) §8.10 照度 (78) §8.10.1 相对照度 (78) §8.10.2 渐晕图 (79) §8.10.3 XY方向照度分布 (80) §8.10.4 二维面照度 (82) §8.11 像分析 (82) §8.11.1 几何像分析 (82) §8.11.2 衍射像分析 (87) §8.12 其他 (91) §8.12.1 场曲和畸变 (91) §8.12.2 网格畸变 (94) §8.12.3 光线痕迹图 (96) §8.12.4 万用图表 (97) §8.12.5 纵向像差 (98) §8.12.6 横向色差 (99) §8.12.7 Y-Y bar图 (99) §8.12.8 焦点色位移 (100) §8.12.9 色散图 (100) §波长和内透过率的关系 (101) §玻璃图 (101) §系统总结图 (101)
ZEMAX光学设计超级学习手册-第1章
第1章ZEMAX入门 ZEMAX是一款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有3种版本：ZEMAX-SE（标准版）、ZEMAX-XE（扩展版）、ZEMAX-EE（工程版），其中ZEMAX-EE的功能最为全面。 ZEMAX的界面设计得比较简洁方便，稍加练习就能很快地进行交互设计使用。ZEMAX的大部分功能通过都能选择弹出或下拉式菜单来实现，键盘快捷键可以用来引导或略过菜单，直接运行。本章将要讲述ZEMAX中的有关约定的解释，界面功能的习惯用法，以及一些常用窗口操作的快捷键。一旦学会了在整个软件中通用的、简单的习惯用法，ZEMAX用起来就很容易了。 学习目标： （1）了解界面主窗口菜单的各项功能。 （2）熟练运用快捷工具栏。 （3）熟练掌握大量光学行业中约定的解释，如优化、公差分析等。 （4）熟练掌握各对话窗口的操作，如镜头数据、波长数据等。 1.1 ZEMAX的启动与退出 安装ZEMAX软件后，系统自动在桌面上产生了ZEMAX快捷图标。同时，“开始”菜单中也自动添加了ZEMAX命令。下面讲解ZEMAX的启动与退出。 1．ZEMAX安装成功后，需要启动ZEMAX，才能使用该软件进行设计工作。ZEMAX 的启动有4种方式。 （1）选择“开始”菜单命令启动。 选择“开始→ZEMAX”命令，启动ZEMAX，如图1-1所示。 （2）选择桌面快捷方式图标。 安装完成，系统会在桌面上自动创建ZEMAX的快捷方式图标，双击图标便可启动ZEMAX，如图1-2所示；右键单击快捷方式图标后单击“打开”也可以启动，如图1-3所示。 如果桌面上没有快捷方式图标，可以从“开始”菜单中找到相应的程序命令发送到桌面快捷方式，如图1-4所示。
光学系统设计zemax初级教程
光学系统设计（Zemax初学手册） 内容纲目: 前言 习作一：单镜片(Singlet) 习作二：双镜片 习作三：牛顿望远镜 习作四：Schmidt-Cassegrain和aspheric corrector 习作五：multi-configuration laser beam expander 习作六：fold mirrors和coordinate breaks 习作七：使用Extra Date Editor, Optimization with Binary Surfaces 前言 整个中华卫星二号「红色精灵」科学酬载计划，其量测仪器基本上是个光学仪器。所以光学系统的分析乃至于设计和测试是整个酬载发展重要一环。 这份初学手册提供初学者使用软件作光学系统设计练习，整个需要Zemax光学系统设计软件。它基本上是Zemax使用手册中tutorial的中文翻译，由蔡长青同学完成，并在Zemax E. E. 7.0上测试过。由于蔡长青同学不在参和「红色精灵」计划，所以改由黄晓龙同学接手进行校稿和独立检验，整个内容已在Zemax E. E. 8.0版上测试过。我们希望藉此初学手册（共有七个习作）和后续更多的习作和文件，使团队成员对光学系统设计有进一步的掌握。（陈志隆注） (回内容纲目) 习作一：单镜片(Singlet)
你将学到：启用Zemax，如何键入wavelength，lens data，产生ray fan，OPD，spot diagrams，定义thickness solve以及variables，执行简单光学设计最佳化。 设想你要设计一个F/4单镜片在光轴上使用，其focal length 为100mm，在可见光谱下，用BK7镜片来作。 首先叫出ZEMAX的lens data editor(LDE)，什么是LDE呢？它是你要的工作场所，譬如你决定要用何种镜片，几个镜片，镜片的radius，thickness，大小，位置……等。 然后选取你要的光，在主选单system下，圈出wavelengths，依喜好键入你要的波长，同时可选用不同的波长等。现在在第一列键入0.486，以microns为单位，此为氢原子的F-line 光谱。在第二、三列键入0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.486的位置，primary wavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics，即 first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes 等。 再来我们要决定透镜的孔径有多大。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data，在aper value上键入25，而aperture type被default为Entrance Pupil diameter。也就是说，entrance pupil的大小就是aperture的大小。 回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源，STO即aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按鼠标，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA 就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面 (surface)，于是在STO栏上，选取insert cifter，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ为0，STO为1，而IMA为3。 再来如何输入镜片的材质为BK7。在STO列中的glass栏上，直接打上BK7即可。又孔径的大小为25mm，则第一面镜合理的thickness为4，也是直接键入。再来决定第1及第2面镜的曲率半径，在此分别选为100及-100，凡是圆心在镜面之右边为正值，反之为负值。而再令第2面镜的thickness为100。 现在你的输入数据已大致完毕。你怎么检验你的设计是否达到要求呢？选analysis中的fans，其中的Ray Aberration，将会把transverse的ray aberration对pupil coordinate 作图。其中ray aberration是以chief ray为参考点计算的。纵轴为EY的，即是在Y方个的aberration，称作tangential或者YZ plane。同理X方向的aberration称为XZ plane 或sagittal。 Zemax主要的目的，就是帮我们矫正defocus，用solves就可以解决这些问题。solves 是一些函数，它的输入变量为curvatures，thickness，glasses，semi-diameters，conics，以及相关的parameters等。parameters是用来描述或补足输入变量solves的型式。如curvature的型式有chief ray angle，pick up，Marginal ray normal，chief ray normal，Aplanatic，Element power，concentric with surface等。而描述chief ray angle solves
光学设计软件zemax中文教程
注：此版本ZEMAX中文说明由光学在线网友elf提供！ 目录 第1章 引 第2章 用户界面 第3章 约定和定义 第4章 教程 教程1：单透镜 教程2：双透镜 教程3：牛顿望远镜 教程4：带有非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统 教程5：多重结构配臵的激光束扩大器 教程6：折叠反射镜面和坐标断点 教程7：消色差单透镜 第5章 文件菜单 (7) 第6章 编辑菜单 (14) 第7章 系统菜单 (31) 第8章 分析菜单 (44) §8.1 导言 (44) §8.2 外形图 (44) §8.3 特性曲线 (51) §8.4 点列图 (54)
§8.5 调制传递函数MTF (58) §8.5.1 调制传递函数 (58) §8.5.2 离焦的MTF (60) §8.5.3 MTF曲面 (60) §8.5.4 MTF和视场的关系 (61) §8.5.5 几何传递函数 (62) §8.5.6 离焦的MTF (63) §8.6 点扩散函数（PSF） (64) §8.6.1 FFT点扩散函数 (64) §8.6.2 惠更斯点扩散函数 (67) §8.6.3 用FFT计算PSF横截面 (69) §8.7 波前 (70) §8.7.1 波前图 (70) §8.7.2 干涉图 (71) §8.8 均方根 (72) §8.8.1 作为视场函数的均方根 (72) §8.8.2 作为波长函数的RMS (73) §8.8.3 作为离焦量函数的均方根 (74) §8.9 包围圆能量 (75) §8.9.1 衍射法 (75) §8.9.2 几何法 (76) §8.9.3 线性/边缘响应 (77) §8.10 照度 (78) §8.10.1 相对照度 (78) §8.10.2 渐晕图 (79) §8.10.3 XY方向照度分布 (80) §8.10.4 二维面照度 (82) §8.11 像分析 (82) §8.11.1 几何像分析 (82) §8.11.2 衍射像分析 (87) §8.12 其他 (91) §8.12.1 场曲和畸变 (91) §8.12.2 网格畸变 (94) §8.12.3 光线痕迹图 (96)
ZEMAX仿真实例详解
第四章设计教程 简介 这一章将要教你如何使用ZEMAX，这一章的每一节将会让你接触一个不同的设计问题。第一个设计例子是非常简单的，如果你是一个有经验的镜片设计师，你也许觉得它并不值得你去费心，但是，如果你花费一点点时间去接触它，你可以学到如何运行ZEMAX，然后你可以继续你自己特别感兴趣的设计。 前几个例子中，提供了一些关于镜片设计理论的教程内容，用来帮助那些对专用术语不是很了解的人。但在总体上来说，这本手册，以及其中的这些特例，目的都不是要将一个新手培养成为一个专家。如果你跟不上这些例子，或者你不能理解程序演示时与计算有关的数学知识，可以参考任何一本“简介”这一章中所列出的好书。在开始课程之前，你必须先通过正当手段安装ZEMAX。 课程1：单透镜（a singlet） 你将要学到的：开始ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（ray fan），光程差曲线（OPD），和点列图（Spot diagram），确定厚度求解方法和变量，进行简单的优化。 假设你需要设计一个F/4的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7玻璃，你该怎样开始呢？ 首先，运行ZEMAX。ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。你可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸，以适合你自己的喜好。LDE由多行和多列组成，类似于电子表格。半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。 LDE中的一小格会以“反白”方式高亮显示，即它会以与其他格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。如果没有一个格子是高亮的，则在任何一格上用鼠标点击，使之高亮。这个反白条在本教程中指的就是光标。你可以用鼠标在格子上点击来操纵LDE，使光标移动到你想要停留的地方，或者你也可以只使用光标键。LDE的操作是简单的，只要稍加练习，你就可以掌握。 开始，我们先为我们的系统输入波长。这不一定要先完成，我们只不过现在选中了这一步。在主屏幕菜单条上，选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”。 屏幕中间会弹出一个“波长数据（Wavelength Data）”对话框。ZEMAX中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供你选择。用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，将会增加两个波长使总数成为三。现在，在第一个“波长”行中输入486，这是氢（Hydrogen）F谱线的波长，单位为微米。 ZEMAX全部使用微米作为波长的单位。现在，在第二行的波长列中输入587，最后在第三行输入656。这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作，转到适当的区域，然后键入数据。在屏幕的最右边，你可以看到一列主波长指示器。这个指示器指出了主要的波长，当前为486微米。在主波长指示器的第二行上单击，指示器下移到587的位置。主波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。ZEMAX一般使用微米作为波长的单位“权重（Weight）”这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如RMS点尺寸和STREHL率。现在让所有的权为1.0，单击OK保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。 现在我们需要为镜片定义一个孔径。这可以使ZEMAX在处理其他的事情上，知道每一个镜片该被定为多大。由于我们需要一个F/4镜头，我们需要一个25mm的孔径（100mm 的焦距除F/4）。设置这个孔径值，选择“系统”中的“通常（General）”菜单项，出现“通
ZEMAX中文说明书
目录 第1 章引言 第2 章用户界面 第3 章约定和定义 第4 章教程 教程1：单透镜 教程2：双透镜 教程3：牛顿望远镜 教程4：带有非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统教程5：多重结构配置的激光束扩大器教程6：折叠反射镜面和坐标断点 教程7：消色差单透镜 第 5 章文件菜单 (7) 第 6 章编辑菜单 (14) 第7 章系统菜单 (31) 第8 章分析菜单 (44) §8.1 导言 (44) §8.2 外形图 (44) §8.3 特性曲线 (51) §8.4 点列图 (54) §8.5 调制传递函数MTF (58) §8.5.1 调制传递函数 (58) §8.5.2 离焦的MTF (60) §8.5.3 MTF 曲面 (60) §8.5.4 MTF 和视场的关系 (61) §8.5.5 几何传递函数 (62) §8.5.6 离焦的MTF (63) §8.6 点扩散函数（PSF） (64) §8.6.1 FFT 点扩散函数 (64) §8.6.2 惠更斯点扩散函数 (67) §8.6.3 用FFT 计算PSF 横截面 (69) §8.7 波前 (70) §8.7.1 波前图 (70) §8.7.2 干涉图 (71) §8.8 均方根 (72) §8.8.1 作为视场函数的均方根 (72) §8.8.2 作为波长函数的RMS (73) §8.8.3 作为离焦量函数的均方根 (74) §8.9 包围圆能量 (75) §8.9.1 衍射法 (75) §8.9.2 几何法 (76)
§8.9.3线性/边缘响应 (77) §8.10 照度 (78) §8.10.1 相对照度 (78)
望远镜、显微镜组装与设计和zemax使用光学课程设计
长沙学院 光学工程CAD设计 课程设计说明书 题目光学课程设计 系(部) 电子与电气工程系 专业(班级) 光电信息工程（2013级2班）姓名 学号 指导教师孙利平、周远、谭志光、刘莉起止日期2015.6.22—2013.6.25
长沙学院课程设计鉴定表
目录 一、望远镜的设计与组装 (3) 1、项目设计目的 (3) 2、望远镜的基本原理 (3) 3、设计任务 (4) 设计与组装一个开普勒望远镜 (4) 设计与组装一个伽利略望远镜 (4) 设计和组装一个带正像系统的开普勒望远镜 (4) 4、数据记录 (4) （1）测得透镜焦距 (4) （2）开普勒望远镜的组装 (4) （3）开普勒望远镜特性参数测量 (4) 5、照片展示 (5) 6、可用器材 (5) 二、显微镜的设计与组装 (6) 1、项目设计目的 (6) 2、望远镜的基本原理 (6) 3、显微镜的设计及数据记录 (7) ①视放大率 (7) ②系统总长度不能大于光学平台的长度 (7) ③要给出设计值和实测值 (7) ④用手机拍一幅从目镜后拍出的微尺放大图 (7) 4、设计思路 (8) 5、可用器材 (8) 三、Zemax的光学设计 (8) 1、选定光学设计题目 (8) 2、学习zemax的使用 (8) 3、使用zemax软件设计光学器件 (10) ①设计单透镜 (10) ②设计牛顿望远镜 (12) ③设计施密特---卡塞格林系统 (14) 结束语 (16) 参考文献 (16)
一、望远镜的设计与组装 1、项目设计目的 掌握望远镜的原理及特性，并在此基础上通过自组望远镜来提高学生的动手能力以进一步加深对望远系统的理解。 2、望远镜的基本原理 存在两类最简单的望远镜，分别为开普勒望远镜的伽利略望远镜。 开普勒望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成，如下图。 远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合，光学间距为0。在公共焦平面上可置分划板以测量像的尺寸和位置。平行光射入平行光射出。开普勒望远镜可观测到远处倒立的像。 伽利略望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凹透镜作为目镜组合而成，如下图。 物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合，光学间距为0。平行光射入平行光射出。伽利略望远镜可观测到远处正立的像。 两种望远镜的视放大率都可表示为： 式中为物镜焦距，为目镜焦距，为入瞳口径，为出瞳口径。两种望远镜物镜均为正透镜，即，开普勒望远镜目镜为凸透镜，即，故开普勒望远镜的视放大率，即成倒像。伽利略望远镜目镜为凹透镜，即，故伽利略望远镜的视放大率，即成正像。
ZEMAX操作说明第二章
【ZEMAX光学设计软件操作说明详解】 第二章用户界面 概述 本章介绍了对ZEMAX用户界面进行操作的一些习惯用法，以及一些常用的窗口操作的快捷键。一旦您学会了在整个程序中通用的简单的习惯用法， ZEMAX用起来就很容易了。在线教程中，也有逐步学习ZEMAX使用方法的例子。 视窗的类型 ZEMAX有不同类型的窗口，每类窗口完成不同的任务。这些类型有： 1、主窗口：这个窗口有很大的空白空间，顶端有标题栏，菜单栏 和工具栏。菜单栏中的命令通常与当前的光学系统相联系，成为一个整体。 2、编辑窗口：有六种不同的编辑1）透镜数据编辑；2）绩效函数 编辑；3）多重结构编辑；4）额外数据（ZEMAX-EE）；5）公差数据编辑；和非顺序组件编辑（ZEMAX-EE）。 3、图形窗口：这类窗口用作呈现图像数据，例如：系统图；光线 扇形图（Ran fan）；光学传递函数（MTF）；曲线（Dot Spot）…… 等等。 4、文本窗口：用来列出文本数据，例如：指定数据、像差系数、 计算数据等。 5、对话窗口：对话框是弹出窗口，不能改变大小。对话窗口用来
改变选项和数据，如：视场；波长；孔径光阑；表面类型等。 在图像和文本窗口中，对话框也被广泛地用来改变选项，比如改变系统图中光线的数量。除了对话框，所有窗口都能通过使用标准鼠标这键盘按钮进行移动和改变大小。如果你对这些方法不熟悉，请参考有关Windows使用的书籍或者Windows的说明书。 主窗口的操作方法 主窗口栏有几个菜单标题。大部分菜单标题与这本手册后面的章节标题相对应。从这些章节能够找到使用每一菜单项的具体方法。以下是菜单的标题： File：用于镜头文件的打开、关闭、保存、重命名； Editors：用作调用（显示）其他的编辑窗口； System: 用于确定整个光学系统的属性； Analysis：分析中的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。包括：系统图（Layout）、Ray fans，Spot diagrams，Diffraction calculations and more。Tools：工具中的命令是可以改变镜头数据的，也可以从总体上对系统进行计算。包括：Optimization，tolerancing，test plate fitting and more。 Reports：提供透镜设计的相关文档。包括系统数据概要；表面数据以及图像报告等。 Macros：用来编辑和运行ZPL macros。
ZEMAX光学设计软件操作说明详解_光学设计
ZEMAX光学设计软件操作说明详解 介绍 这一章对本手册的习惯用法和术语进行说明。ZEMAX使用的大部分习惯用法和术语与光学行业都是一致的，但是还是有一些重要的不同点。 活动结构 活动结构是指当前在镜头数据编辑器中显示的结构。详见“多重结构”这一章。 角放大率 像空间近轴主光线与物空间近轴主光线角度之比，角度的测量是以近轴入瞳和出瞳的位置为基准。 切迹 切迹指系统入瞳处照明的均匀性。默认情况下，入瞳处是照明均匀的。然而，有时入瞳需要不均匀的照明。为此，ZEMAX支持入瞳切迹，也就是入瞳振幅的变化。 有三种类型的切迹：均匀分布，高斯型分布和切线分布。对每一种分布（均匀分布除外），切迹因素取决于入瞳处的振幅变化率。在“系统菜单”这一章中有关于切迹类型和因子的讨论。 ZEMAX也支持用户定义切迹类型。这可以用于任意表面。表面的切迹不同于入瞳切迹，因为表面不需要放置在入瞳处。对于表面切迹的更多信息，请参看“表面类型”这一章的“用户定义表面”这节。 后焦距 ZEMAX对后焦距的定义是沿着Z轴的方向从最后一个玻璃面计算到与无限远物体共轭的近轴像面的距离。如果没有玻璃面，后焦距就是从第一面到无限远物体共轭的近轴像面的距离。 基面 基面（又称叫基点）指一些特殊的共轭位置，这些位置对应的物像平面具有特定的放大率。基面包括主面，对应的物像面垂轴放大率为＋1；负主面，垂轴放大率为－1；节平面，对应于角放大率为+1；负节平面，角放大率为－1；焦平面，象空间焦平面放大率为0，物空间焦平面放大率为无穷大。 除焦平面外，所有的基面都对应一对共轭面。比如，像空间主面与物空间主面相共轭，等等。如果透镜系统物空间和像空间介质的折射率相同，那么节面与主面重合。 ZEMAX列出了从象平面到不同象方位置的距离，同时也列出了从第一面到不同物方平面的距离。 主光线 如果没有渐晕，也没有像差，主光线指以一定视场角入射的一束光线中，通过入瞳中央射到象平面的那一条。注意，没有渐晕和像差时，任何穿过入瞳中央的光线也一定会通过光阑和出瞳的中心。 如果使用了渐晕系数，主光线被认为是通过有渐晕入瞳中心的光线，这意味着主光线不一定穿过光阑的中央。如果有瞳面像差（这是客观存在的），主光线可能会通过近轴入瞳中心（如果没有使用光线瞄准）或光阑中央（如果使用光线瞄准），但一般说来，不会同时通过二者中心。如果渐晕系数使入瞳减小，主光线会通过渐晕入瞳中心（如果不使用光线瞄准）或者渐晕光阑中心（如果使用光线瞄准）。 常用的是主光线通过渐晕入瞳的中心，基本光线通过无渐晕的光阑中心。ZEMAX不使用基本光线。大部分计算都是以主光线或者中心光线作为参考。优先使用中心光线，因为它是基于所有照射到象面的光线聚合效应，而不是基于选择某一条特殊光线。 坐标轴（系）
Zemax的应用作业
光学课小实验 ——了解和简单使用ZEMAX 初次使用光学设计软件Zemax 看了网络教程之后，必须要先了解几个光学英文术语。 Surface 光学面layout 系统图wavelength 波长OBJ光源STO孔
径光阑 IMA 成像平面thickness厚度chief Ray 主光轴radius 半径semi-diameter半径 curvature曲率optical path difference（OPD）光程差ray fan垂轴像差曲线 OPD fan 波像差. refractive index折射率focal length焦距aperture孔径 我就不把网上的教程再重复一遍了，下面按照我的理解随便写一下。 开始。打开软件后看到Lens Data Editor,这个就是编辑透镜组数据的。首先看到OBJ,STO,IMA. OBJ和IMA之间肯定要加点东西才能成为透镜组啊，所以我们要插入透镜。同时，前提要选好光波长，system-wavelength，我在第一栏键入0.5，单位是微米。下面看看孔径的大小设置，由于我决定设计的透镜焦距是100mm,根据它给的那个什么公式F/#,#=4，得到孔径大小为25mm,所以system-general，键入aperture value为25mm(这里真没懂。。)，默认aperture type为entrance pupil diameter(入瞳直径)。 下面，开始造透镜了，选中STO，在LDE上找到INSERT surface,看到编号为2的一栏。STO的半径radius设为100，注意有符号区分，正的是凸，负的是凹。把编号2的radius设为-100，再设一下thickness，我设为4.材料根据需要设置，有BK7,SF1,SF2等等。每个透镜的semi-diameter是自动生成。双击表格里的数据，会出现solve对话框。可以设置数值，fixed是给定值，你想它是几就是