Ansys Zemax to narzędzie, które umożliwia modelowanie układów optycznych. Oprogramowanie pozwala zaprojektować złożone układy oraz przeprowadzać analizy strukturalno-termo-optyczne. Umożliwia zamodelowanie dowolnego układu, przeanalizowanie jego działania, zoptymalizowanie go i przyjęcie odpowiednich tolerancji wykonania.

Zemax znajduje zastosowanie w firmach, które zajmują się projektowaniem oraz produkcją sprzętu optycznego, takiego jak kamery, lunety, mikroskopy, czy precyzyjne urządzenia pomiarowe. Gotowe projekty można eksportować do innych narzędzi (np. Ansys Speos) oraz do formatów CAD.

Modelowanie układów optycznych

Ansys Zemax umożliwia dokładną analizę i wizualizację biegu promieni świetlnych przez układ oraz wyznaczenie kluczowych parametrów optycznych. Program oferuje zestaw narzędzi pozwalających w prosty sposób wyznaczyć i czytelnie przedstawić wielkości, opisujące jakość odwzorowania przez zamodelowany układ optyczny.

Ansys Zemax umożliwia:

• modelowanie układów optycznych zarówno w trybie sekwencyjnym, gdzie promienie świetlne przechodzą kolejno przez poszczególne powierzchnie, jak i niesekwencyjnym, przeznaczonym do układów, w których promienie mogą nie wchodzić w interakcje ze wszystkimi powierzchniami, lub robić to wielokrotnie;
• obsługę powierzchni sferycznych, elementów załamujących i odbijających światło, a także obiektów takich jak idealne soczewki cienkie, elementy dyfrakcyjne czy hologramy;
• modelowanie pomiędzy powierzchniami różnych ośrodków. Mogą to być zarówno popularne materiały optyczne, zebrane w katalogach Ansys Zemax, jak i materiały zdefiniowane przez użytkownika. Możliwe jest również modelowanie ośrodków dwójłomnych, jak i takich, o gradientowym rozkładzie współczynnika załamania;
• tworzenie w ramach jednego projektu kilku konfiguracji modelowanego układu, co jest szczególnie przydatne w przypadku analizy układów o zmiennym powiększeniu lub ogniskowej.

Bieg promieni przez obiektyw zamodelowany w trybie sekwencyjnym

Bieg promieni przez układ pryzmatów zamodelowany w trybie niesekwencyjnym

Analiza biegu promieni i jakości obrazowania

Zemax pozwala na śledzenie biegu wiązek promieni świetlnych przez układ. W zależności od rozpatrywanej sytuacji możliwe jest zdefiniowanie kąta wiązki względem osi optycznej, położenia punktu przedmiotowego, z którego wychodzi wiązka, lub położenia obrazu.

Umożliwia także wygodną analizę jakości odwzorowania przez zamodelowany układ optyczny (rys. 2). Posiada narzędzia, dzięki którym można wyznaczyć i czytelnie przedstawić opisujące analizowane odwzorowanie wielkości (np. rozmiar i kształt plamki rozmycia, funkcja przenoszenia kontrastu, aberracje promienia, czy frontu falowego). Możliwe jest też zasymulowanie odwzorowania dowolnego obrazu przez zamodelowany układ.

Optymalizacja układu optycznego

Moduły optymalizacji umożliwiają dobór parametrów układu pod zadane wymagania, dotyczące zarówno konkretnych aspektów jakości odwzorowania, jak i wymiarów poszczególnych elementów.

Użytkownik może skorzystać z narzędzi do ręcznej optymalizacji, które umożliwiają obserwowanie wpływu zmiany poszczególnych parametrów na odwzorowanie. Dostępne jest również stworzenie, za pomocą edytora, funkcji celu, opisującej pożądane cechy układu i wykorzystanie automatycznej optymalizacji do szukania takich wartości zmiennych parametrów, przy których przyjmie ona minimalną wartość.

Tolerancja elementów układu optycznego

Zemax pozwala również w prosty sposób ustalić wpływ dokładności poszczególnych parametrów na jakość odwzorowania. Umożliwia to ustalenie optymalnych tolerancji wykonania i złożenia poszczególnych elementów układu. Oprogramowanie pozwala ustalić tolerancje wykonania układu w taki sposób, by niedokładność wykonania lub złożenia zaprojektowanego układu, nie psuły jakości odwzorowania bardziej niż akceptuje to użytkownik.

Pozwala także sprawdzić, jaki wpływ na wybraną wielkość określającą jakość odwzorowania, mają przyjęte dokładności poszczególnych parametrów układu i znaleźć te, w przypadku których jest on największy. Umożliwia również zapisanie w postaci osobnych plików modeli wykonanych z różną dokładnością poszczególnych parametrów, w celu ich dokładniejszej analizy.