Zemax实验一答疑
ZEMAX光学设计软件应用训练实验报告讲解
东莞理工学院
ZEMAX光学设计软件应用训练实验报告
选择“analysis”，“miscellaneous”，“field curv/dist”场曲线如图所示。
牛顿式反射望远镜结构示意图
．输入数据：第一面，光阑面的曲率半径列输入-2000.0，负号表示为凹面，
列输入“MIRROR”。
选择“System”，“General”，然后在“通用数据对话框（
Box）”中输入一个200的孔径值，并单击“OK”。
ZEMAX使用的缺省值是波长
现在打开一个图层窗口，光线显示了从第一面到像平面的轨迹，此时像平面在镜面的左边。
如下图：
2．构造转折面：第一面的厚度改为-800mm。
像平面，按Insert在主面与像平面之间插入一个虚构
思考题与实践题：
1、牛顿反射式望远镜属于我们《应用光学》书本上所介绍的那种望远镜系统？
注意我们已将主反射面的距离减小到-18，第四面的半径已经被加入了一个变量标记。
新图层，检查一切是否正常。
如下图：
注意大约有4个波长的像差仍然有待改正。
现在单击第一面（光阑面）的“
设置第一面的半径为变量，再次优化（Tools，Optimization，Automatic
从主菜单，选SYSTEM，FIELDS，并将视场角的个数设置为3，输入y-
在评价函数编辑时，选Tools，Default Merit Function，并将RINGS
在遮挡器和辅助镜面之间的小缝隙纯粹是很小的一点。
这里是为了更容易让大家看到。
MTF现在已被主要是辅助镜面产生的遮挡所改变。
更新MTF窗口，看一下新的MTF，如下图：。
光学设计软件ZEMAX实验讲义
光学设计软件ZEMAX实验讲义光学设计软件ZEMAX是一款广泛应用于光学设计和仿真的工具。
它通过建立光学系统模型、进行光学分析和优化，来实现光学元件的设计和性能评估。
本实验讲义将介绍使用ZEMAX进行光学系统设计的基本流程和方法，以帮助读者快速上手使用该软件进行实验。
实验目的：1.掌握ZEMAX软件的基本操作方法；2.学习使用ZEMAX进行光学系统的建模和分析；3.能够使用ZEMAX进行光学系统的优化和性能评估。
实验仪器和材料：1.计算机（安装有ZEMAX软件）；2.光学元件（例如透镜、棱镜等）；3.光源（例如激光器、光纤等）；4.探测器（例如光电二极管、CCD等）。
实验步骤：1.启动ZEMAX软件，并加载需要的光学元件模型。
可以通过导入现有的元件文件，也可以自己创建新的模型。
2.在光学系统中定义光源和探测器。
选择合适的光源类型，并设置光源的参数，例如波长、光强等。
同样，选择合适的探测器类型，并设置其参数。
3.在光学系统中添加光学元件。
选择需要的元件类型，例如透镜、棱镜等，并设置其参数，例如焦距、角度等。
4.运行光学分析。
可以选择进行光线追迹分析，用于确定光线在系统中的传播路径和光学性能。
还可以进行波前分析，用于评估系统的像差情况。
5.进行光学系统优化。
根据实际需求，调整光学系统中的参数，例如透镜的位置、曲率等，以优化系统的性能。
可以使用自动优化功能，也可以手动调整参数进行优化。
6.进行光学系统性能评估。
通过分析光线传播路径、像差情况等，评估光学系统的性能。
可以使用图像质量指标，例如MTF（传递函数）和PSF（点扩散函数），来评估系统的成像能力。
7.导出结果。
根据需要，将优化后的光学系统结果导出为文件。
可以导出光学系统的参数、光线路径图、波前图等。
实验注意事项：1.在进行光学系统设计前，需要确保熟悉光学基础知识，并了解所使用的光学元件的特性和性能。
2.在使用ZEMAX软件时，需要注意模型的准确性和合理性。
Zemax常见问题及解答
ZEMAX常见问题总结- 2011年11月更新跟进1.Spot Diagram 图中，满足RMS光斑＞艾里斑的时候的相关①RMS半径可视为分辨率，还是艾里斑大小？②此时有3个RMS半径，取最大的就可以吧？③此时可以知道系统的最大分辨率，但是MTF图中的竖轴（清晰度）应该是无法分析出来的吧？④正常的是不是先光斑优化，通过光斑看分辨率，当分辨率满足要求的时候再进行波前优化，提高清晰度？（设计的时候一般都会给要求，例如110lp/mm@0.3）解答：1、RMS半径是指你优化好的各视场聚焦后光斑大小，用它来评估像元大小2、有几个视场就有几个RMS半径，根据不同的镜头系统，评价标准不同。
3、此时分辨率与MTF都可一起查看数值大小4、正确2.Spot Diagram 图中相关问题讨论①艾里斑相当于一个点成像的衍射成都最小的极限，这个极限应该是当前系统的吧？②但RMS半径是也是一点产生的各波段光的衍射极限（也应该是是当前系统产生的衍射值）？③我这么理解应该有误，因为这样的话两者是一个概念都是当前系统衍射极限，为什么会不同大小？④1.22*波长*F数，是衍射极限，在spt图中，不能是艾里斑的大小，因为艾里斑就一个圈，是RMS半径大小？对否？解答：1、一个系统对应一个艾里斑，它是描述系统在无像差时能达到的最小光斑大小2、RMS半径是几何光斑半径，不是衍射形成的3、参考1和24、这个数值就是图上黑圈的大小3.ZEMAX中如何寻找入瞳举例说明：GUASS 28的例子，在物面后加一面设负值，看第一面到第7面的3d图①此时3线在光阑后的焦点为入瞳位置？② PY（-1到+1）值是不是就是在此位置（即实际入瞳处的高度值）？③换句话说就是系统为了让此位置通过GEN设置的入瞳值大小的光斑，进而设计系统的，对吧？④此时入瞳实际位置在参考面右侧，应该为正值吧？解答：1、正确，就是指这三个视场没经过透镜时的延长线2、入瞳处算是PY的一个描述，光阑和出瞳也符合3、正确4、参考面始终为第一面顶点，在参考面右为正，左为负4.镜头中的光线瞄准的问题DOUBLE GUASS 28的例子，运用光线瞄准功能后，现有成像面不聚焦，此例子应该是成熟的设计产品，为何如此不准确？（不光线瞄准，光阑未完全利用）解答：1、这是几何算法的缺陷，虽有误差，但不用想像的那么夸大，这个误差影响非常小，一般小视场角情况可以忽略。
Zemax问题集完整编辑版
Zemax问题集第一章系统参数(System)Question 1：Lambertian scattering参数的设罝？Answer：兹说明步骤如下：1.首先，在Spot Diagram Setting的对话框中，您须把Scatter Rays勾选起来。
2.其它对话框的勾选情形如下：（因您的版本较旧，故设罝上会略有不同。
）3.输出情形如下列图示：如此一来，便可分析不同散射属性所呈现的图表。
如何将一均匀出光之点光源改为具有高斯能量分布之点光源？Answer：您需在System->General的Aperture标签中，在Apodization Type的下拉式选单中，选择Gaussian，而Apodization Factor为定义高斯的能量衰减因子。
一般可依您的需求设1~4之间，不建议设罝大于4的值，因为这会造成采样的光线数太少而无法计算出有意义的结果，您可参考Samples\Sequential\Interconnects\Ball coupling.ZMX的ZEMAX例子档。
如何将点光源更改为面光源(直径0.02mm之面光源)？Answer：您需在System->General的Aperture标签中，在Aperture Type的下拉式选单中，将Object Space NA改为Entrance Pupil Diameter，并在Aperture Value的栏中键入0.02，最后还需将OBJ的Thickness改为Infinity，表示光源为无穷远的平行光入射。
如果我想改变NA，那我需要改变那些设置？Answer：您要检查NA值（＝n ×sinθ）和您现在用的Laser 的偏角是否匹配，然后你在General中的Aperture Value 键入您计算的数值。
如果您的光线正常通过镜头，你不需要改变其它设置。
为何ZEMAX有时在Layout中所绘出的光线好像不正确；例如光线没有打到孔径光栏(Aperture Stop)?Answer：大部分光线没有打到光栏或者光线追迹怪异的原因，是由于光栏表面设在Coordinate Break的表面之后。
ZEMAX实验指导书初学的练习教程
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．经过桌面快捷图标或“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，熟悉各常见功能、操作所在菜单，了解各常见菜单的作用。
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），学会打开常见的分析功能项：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．经过主菜单-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。
Zemax常见问题及解答
ZEMAX常见问题总结 - 2011年11月更新跟进Diagram 图中，满足RMS光斑＞艾里斑的时候的相关①RMS半径可视为分辨率，还是艾里斑大小②此时有3个RMS半径，取最大的就可以吧③此时可以知道系统的最大分辨率，但是MTF图中的竖轴（清晰度）应该是无法分析出来的吧④正常的是不是先光斑优化，通过光斑看分辨率，当分辨率满足要求的时候再进行波前优化，提高清晰度（设计的时候一般都会给要求，例如）解答：1、RMS半径是指你优化好的各视场聚焦后光斑大小，用它来评估像元大小2、有几个视场就有几个RMS半径，根据不同的镜头系统，评价标准不同。
3、此时分辨率与MTF都可一起查看数值大小4、正确Diagram 图中相关问题讨论①艾里斑相当于一个点成像的衍射成都最小的极限，这个极限应该是当前系统的吧②但RMS半径是也是一点产生的各波段光的衍射极限（也应该是是当前系统产生的衍射值）③我这么理解应该有误，因为这样的话两者是一个概念都是当前系统衍射极限，为什么会不同大小④*波长*F数，是衍射极限，在spt图中，不能是艾里斑的大小，因为艾里斑就一个圈，是RMS半径大小对否解答：1、一个系统对应一个艾里斑，它是描述系统在无像差时能达到的最小光斑大小2、RMS半径是几何光斑半径，不是衍射形成的3、参考1和24、这个数值就是图上黑圈的大小中如何寻找入瞳举例说明：GUASS 28的例子，在物面后加一面设负值，看第一面到第7面的3d图① 此时3线在光阑后的焦点为入瞳位置② PY（-1到+1）值是不是就是在此位置（即实际入瞳处的高度值）③ 换句话说就是系统为了让此位置通过GEN设置的入瞳值大小的光斑，进而设计系统的，对吧④ 此时入瞳实际位置在参考面右侧，应该为正值吧解答：1、正确，就是指这三个视场没经过透镜时的延长线2、入瞳处算是PY的一个描述，光阑和出瞳也符合3、正确4、参考面始终为第一面顶点，在参考面右为正，左为负4.镜头中的光线瞄准的问题DOUBLE GUASS 28的例子，运用光线瞄准功能后，现有成像面不聚焦，此例子应该是成熟的设计产品，为何如此不准确（不光线瞄准，光阑未完全利用）解答：1、这是几何算法的缺陷，虽有误差，但不用想像的那么夸大，这个误差影响非常小，一般小视场角情况可以忽略。
ZEMAX实验
（1）Huygens PSF 表示了像面上点扩散函数的二维分布情况，并说明了点像的分布范围， 图中左下方给出了斯特列尔比（STREHL RATIO）S.D.。
（2）Diffraction Encircled Energy 为包围圆能量图，横坐标为圆半径，纵坐标为在对应圆范围内光能量占总光能
左图为像散场曲曲线，右图为畸变曲线 纵坐标为视场 横坐标左图是场曲，右图是畸变的百分比值。 （4）子午光束与弧矢光束垂轴像差曲线(Ray Fan)（快捷钮 Ray） 横坐标表示光束孔径高度，纵坐标表示垂轴像差 EY 表示δy′(子午)，EX 表示δz′(弧矢)。 （5）垂轴色差（倍率色差）(Lateral Color)
一般小视场光学系统（2ω<80°） 0、0.707、1.0 中等视场光学系统（80°<2ω<140°） 0、0.5、0.707、0.866、1.0 大视场光学系统（2ω>140°） 0、0.3、0.5、0.7、0.85、1.0
视场权重：默认为 1，最后根据需要不断修改。
（4）Wav(Wavelength Data 波长) 波长对话框用于设置波长、权重和主波长。ZEMAX 也提供已经选择好的波长，可以通过
下拉菜单选择。（select 一般选 Fdc 的 visible）
例： 牛顿望远镜
牛顿式由一个抛物面主镜和一块与光轴成 45°的平面反射镜构成，如图所示。抛物面能 使无限远的轴上点在它的焦点Ｆ′成一个理想的像点。第二个平面反射镜同样能理想成像。
焦距 f=1000mm D/f=1/5（即 D=200） R 拦=40mm
一、实验目的 了解 zemax 评价函数的功能，掌握常用的评价函数
Zemax问题集3
Zemax问题集第三章对象型态(NSC Objects)Fiber与Fiber间的间距最小可到多少? 127um的间距做的到吗?Answer：可由例子Sample\Non-sequential\Fibers\Core clad fiber.zmx去改。
在这个例子中，可多建一个fiber在原fiber的上面，光路暂不讨论，Y Position设为6.127mm以符合127um的需求，所以要求是可行，至于最小可到多少，ZEMAX在透镜编辑栏(LDE)中，可显示的Decimals的最小位数为14位，可依此为参考依据，基本上这个budget应可符合您的各种需求。
最大可显示的Decimals可在File\Preferences\Editors中的Decimals 的下拉式选单中去选择。
Core，cladding可设罝不同大小吗?Answer：在改建的这个Sample中来看，core与cladding的折射率不同是利用选择不同玻璃材料的方式，core是K5，折射率为1.52249，cladding是FK3，折射率是1.4645。
在ZEMAX中，若要定义NSC的Fresnel对象，请问有无相关例子可供参考?Answer：关于定义NSC的Fresnel对象，ZEMAX本身有提供一些既有例子，路径在Samples->Non-sequential->Faceted object，目前共有5个相关文件可供参考，分别为：Fresnel lens cylinder structure.zmx、Fresnel lens from table.zmx、Fresnel lens ideal.zmx、Fresnel lens radial structure.zmx、Fresnel lens unfaceted table.ZMX。
Question 4：在ZEMAX中，有无MEMS的例子，Manual中的说明在那里呢？Answer：Sequential的例子在ZEMAX\Samples\Sequential\Miscellaneous\MEMS DLL Sample.ZMX。
zemax常见问题及解答(1)
ZEMAX常见问题总结 - 2011年11月更新跟进1.Spot Diagram 图中，满足RMS光斑＞艾里斑的时候的相关①RMS半径可视为分辨率，还是艾里斑大小？②此时有3个RMS半径，取最大的就可以吧？③此时可以知道系统的最大分辨率，但是MTF图中的竖轴（清晰度）应该是无法分析出来的吧？④正常的是不是先光斑优化，通过光斑看分辨率，当分辨率满足要求的时候再进行波前优化，提高清晰度？（设计的时候一般都会给要求，例如110lp/mm@0.3）解答：1、RMS半径是指你优化好的各视场聚焦后光斑大小，用它来评估像元大小2、有几个视场就有几个RMS半径，根据不同的镜头系统，评价标准不同。
3、此时分辨率与MTF都可一起查看数值大小4、正确2.Spot Diagram 图中相关问题讨论①艾里斑相当于一个点成像的衍射成都最小的极限，这个极限应该是当前系统的吧？②但RMS半径是也是一点产生的各波段光的衍射极限（也应该是是当前系统产生的衍射值）？③我这么理解应该有误，因为这样的话两者是一个概念都是当前系统衍射极限，为什么会不同大小？④1.22*波长*F数，是衍射极限，在spt图中，不能是艾里斑的大小，因为艾里斑就一个圈，是RMS半径大小？对否？解答：1、一个系统对应一个艾里斑，它是描述系统在无像差时能达到的最小光斑大小2、RMS半径是几何光斑半径，不是衍射形成的3、参考1和24、这个数值就是图上黑圈的大小3.ZEMAX中如何寻找入瞳举例说明：GUASS 28的例子，在物面后加一面设负值，看第一面到第7面的3d图① 此时3线在光阑后的焦点为入瞳位置？② PY（-1到+1）值是不是就是在此位置（即实际入瞳处的高度值）？③ 换句话说就是系统为了让此位置通过GEN设置的入瞳值大小的光斑，进而设计系统的，对吧？④ 此时入瞳实际位置在参考面右侧，应该为正值吧？解答：1、正确，就是指这三个视场没经过透镜时的延长线2、入瞳处算是PY的一个描述，光阑和出瞳也符合3、正确4、参考面始终为第一面顶点，在参考面右为正，左为负4.镜头中的光线瞄准的问题DOUBLE GUASS 28的例子，运用光线瞄准功能后，现有成像面不聚焦，此例子应该是成熟的设计产品，为何如此不准确？（不光线瞄准，光阑未完全利用）解答：1、这是几何算法的缺陷，虽有误差，但不用想像的那么夸大，这个误差影响非常小，一般小视场角情况可以忽略。
实验一 双镜片 zemax学习
实验名称：双镜片一、学习内容：画出layouts和field curvature plots,定义edge thickness solves, field angles等。
一个双镜片是由两片玻璃组成，通常粘在一起，所以他们有相同的curvature。
借着不同玻璃的dispersion性质，the chromatic aberration可以矫正到first order，所以剩下的chromatic aberration主要的贡献为second order，于是我们可以期待在看chromatic focal shift plot图时，应该呈现出parabolic curve的曲线而非一条直线，此乃second order effect的结果（当然其中variation的scale跟first order比起来必然小很多，应该下降一个order）。
设计一个在光轴上成像，focal length为100mm的光学系统，用两块玻璃来设计。
二、实验步骤：1、参数设置：选用BK7和SF1两种镜片，wavelength和aperture如同习作一所设，既然是doublet，你只要在练习一的LDE上再加入一面镜片即可。
所以打开一中的LDE，在STO后再插入一个镜片，标示为2，或者你也可以在STO 前在插入一面镜片标示为1，然后在该镜片上的surface type上用鼠标按一下，然后选择Make Surface Stop，则此第一面镜就变成STO的位置。
在第一、第二面镜片上的Glass项目键入BK7即SF1，因为在BK7和SF1之间并没有空隙，所以此doublet为相粘的二镜片，现在把STO和第二面镜的thickness都fixed为3，仅第3面镜的thickness为100且设为variable，既然要最佳化，还是要设merit function，注意此时EFFL需设在第三面镜上，因为第3面镜是光线在成像前穿过的最后一面镜，又EFFL是以光学系统上的最后一块镜片上的principle plane的位置起算。
zemax实验
zemax实验（1）镜头参数输入：在zema某中，对镜头参数输入有如下约定：1）透镜表面个数（面数）2）符号规则：曲率半径r：如曲率中心位于镜片表面右侧，则曲率半径为正；反之为负厚度d：如下一表面位于当前表面的右侧，则两表面之间的厚度为正；否则为负(2)Gen(GeneralLenData通用)这个按钮用于调用系统数据对话框，它用来定义作为整个系统的公共数据，而不是仅仅与单个面有关的数据。
常用的选项有以下几个：1)Aperture(孔径)系统孔径表示在光轴上通过系统的光束大小。
要设置系统孔径，需要定义系统孔径类型和系统孔径值。
ApertureType：EntrancePupilDiameter(入瞳直径)ImageSpaceF/#(像空间F/#)ObjectSpaceNumericalAperture(物空间数值孔径)FloatByStopSize(随光阑浮动)Para某ialWorkingF/#(近轴工作F/#)ObjectConeAngle(物方锥角)2)RayAiming(光线校准)如果光线校准关闭，ZEMA某将会以光线充满入瞳为来确定进入系统的光线方向以及能量大小。
当RayAiming分别为Para某ial和Real时，光线分别按照近轴和实际光线追迹方式。
光线充满光阑Stop面。
某Rayaiming使用前应通过Analyi——Fan——PupilAberration先查看一下入瞳象差某当系统的F/#较小时，使用Para某ialRayAiming会引起较大的误差，应使用RealRayAiming。
（3）Fie(FieldData视场)视场对话框可以确定视场点。
视场可以用Angle(角度)、ObjectHeight(物高)、Para某ialHeight(近轴像高)、RealImageHeight(实际像高)这几种方式描述，具体情况根据系统特点选择。
设计视场的选择一般小视场光学系统（2ω<80°）0、0.707、1.0中等视场光学系统（80°<2ω<140°）0、0.5、0.707、0.866、1.0大视场光学系统（2ω>140°）0、0.3、0.5、0.7、0.85、1.0视场权重：默认为1，最后根据需要不断修改。
Zemax常见问题及解答
ZEMAX常见问题总结- 2011年11月更新跟进Diagram 图中，满足RMS光斑＞艾里斑的时候的相关①RMS半径可视为分辨率，还是艾里斑大小？②此时有3个RMS半径，取最大的就可以吧？③此时可以知道系统的最大分辨率，但是MTF图中的竖轴（清晰度）应该是无法分析出来的吧？④正常的是不是先光斑优化，通过光斑看分辨率，当分辨率满足要求的时候再进行波前优化，提高清晰度？（设计的时候一般都会给要求，例如）解答：1、RMS半径是指你优化好的各视场聚焦后光斑大小，用它来评估像元大小2、有几个视场就有几个RMS半径，根据不同的镜头系统，评价标准不同。
3、此时分辨率与MTF都可一起查看数值大小4、正确Diagram 图中相关问题讨论①艾里斑相当于一个点成像的衍射成都最小的极限，这个极限应该是当前系统的吧？②但RMS半径是也是一点产生的各波段光的衍射极限（也应该是是当前系统产生的衍射值）？③我这么理解应该有误，因为这样的话两者是一个概念都是当前系统衍射极限，为什么会不同大小？④*波长*F数，是衍射极限，在spt图中，不能是艾里斑的大小，因为艾里斑就一个圈，是RMS半径大小对否？解答：1、一个系统对应一个艾里斑，它是描述系统在无像差时能达到的最小光斑大小2、RMS半径是几何光斑半径，不是衍射形成的3、参考1和24、这个数值就是图上黑圈的大小中如何寻找入瞳举例说明：GUASS 28的例子，在物面后加一面设负值，看第一面到第7面的3d图① 此时3线在光阑后的焦点为入瞳位置？② PY（-1到+1）值是不是就是在此位置（即实际入瞳处的高度值）？③ 换句话说就是系统为了让此位置通过GEN设置的入瞳值大小的光斑，进而设计系统的，对吧？④ 此时入瞳实际位置在参考面右侧，应该为正值吧？解答：1、正确，就是指这三个视场没经过透镜时的延长线2、入瞳处算是PY的一个描述，光阑和出瞳也符合3、正确4、参考面始终为第一面顶点，在参考面右为正，左为负4.镜头中的光线瞄准的问题DOUBLE GUASS 28的例子，运用光线瞄准功能后，现有成像面不聚焦，此例子应该是成熟的设计产品，为何如此不准确（不光线瞄准，光阑未完全利用）解答：1、这是几何算法的缺陷，虽有误差，但不用想像的那么夸大，这个误差影响非常小，一般小视场角情况可以忽略。
实验一_光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作
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a)掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。
b)掌握ZEMAX软件的用户界面。
c)掌握ZEMAX软件的基本使用方法。
d)学会使用ZEMAX的帮助系统。
e)学会使用ZEMAX初步仿真光路图。
三．实验内容（一）界面及基本操作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1.1 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. 熟悉使用各个常用的快捷按钮。
4．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口（镜头数据编辑、优化函数、多重数据结构）。
5．调用ZEMAX 自带的例子（例如根目录下samples\tutorial\tutorial zoom2.zmx 文件），学会打开常用的分析功能项：草图（2D 草图、3D 草图、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。
6．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。
7．掌握镜头数据编辑（LDE ）窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。
8．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。
9．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。
（二） 仿真光路图根据已拟好的设计草图，在ZEMAX 中实现光路仿真，包括光路系统整体设置、创建光学元件、透镜（组），元件间大致间距等。
1.光路系统的整体设置，包括此光学系统所适用的波长、入瞳直径、视场等，在主菜单-系统里有相应的各个设置。
2.创建光学元件、透镜（组），就是将设计草图中的各种光学元件用ZEMAX 的方式去仿真实现。
ZEMAX 仿真的基本元素是面和面间距，仿真创建各种元件基本都以具体设置每个面和面间距的参数来实现。
ZEMAX实验(一)
实验（一）ZEMAX基本操作和单透镜设计及优化一、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。
设计一个单透镜并对其进行优化。
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、学会使用ZEMAX的帮助系统，执行简单光学最佳化。
三、实验内容1.设计目标：用F/4单透镜，要求在轴上可见光范围内，focal length为100mm,用BK7镜片来做。
2.设计步骤1. 打开ZEMAX软件，调处lens data editor（LDE）。
2. 在主选单system下，选中wavelengths，第一列键入0.486 ，以microns 为单位，第二、三列键入0.587及0.656，然后在primary wavelength （主波长）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。
3. 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.4. 回到LDE，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。
5.输入镜片的材料为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4mm ，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。
光设ZEMAX-实验讲义
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第一章ZEMAX软件简介 . (1)1.1 简介 (1)1.2 用户界面 (1)1.3 主视窗的操作（Main Windows Operations） (2)1.4 光学系统的建立 (3)1.4.1 设计要求 (3)1.4.2 初始结构 (3)1.4.3 其他光学特性参数输入方法 (4)1.4.4 ZEMAX中像质评价方法 (9)第二章ZEMAX优化与操作符 (21)2.1 Merit Function（评价函数）的构成要素 (21)2.2 评价函数的“默认”（缺省）构成方法 (21)2.3 修改成自定义评价函数法 (24)第三章像差设计在ZEMAX中的实现 (31)3.1 Default Merit Function和现有像差控制符的局限性 (32)3.1.1 轴上点的像差操作符的局限性 (32)3.1.2 轴外物点的像差操作符的局限性 (32)3.2 常见像差控制在评价函数中的实现 (33)3.2.1 轴上球差、色差的控制操作符 (33)3.2.2 轴外初级像差的控制操作符 (34)3.2.3 轴外物点视场孔径高级像差的定义及其控制操作符 (38)3.3 像差设计举例 (39)第四章像差设计实例 (49)4.1 望远镜物镜或准直物镜的设计 (49)i / 60ii / 60第一章ZEMAX软件简介1.1 简介ZEMAX Optical Design Program（ZEMAX）是由美国ZeMaX Development Corporation公司开发的专用光学设计软件包，软件逐步升级，我们使用的版本是2007。
ZEMAX是Windows平台上的视窗式的用户界面，操作习惯和快捷键风格如同Windows。
Zemax实验指导
实验十一学系统设计软件Zemax应用——单透镜设计设计性实验一、实验目的掌握zemax光学设计软件的使用，能进行光学器件的设计和仿真，理解各种光学设计的基本分析原理，了解像差的基本概念、意义。
二、实验内容设计一个校正球差的消色差双胶合镜，作为望远镜物镜。
R=10 cm，c1=0.002957 cm-1，c2=-0.020184 cm-1，c3=-0.00771 cm-1。
厚度t1=1.9 cm，t2=1.3 cm。
玻璃选择：第一透镜选BaK1 （1.5725、57.55），第一透镜选BaSF2 （1.66446、35.83）。
如图所示。
三、实验仪器计算机、自由空间光学系统设计软件Zemax。
四、实验原理几何光学设计主要采用光线追迹法（Ray tracing）来分析光线在光学系统中的传输路径。
通过光线追迹法可以确定系统的一些基本参数，如焦距、光阑，入射光瞳、出射光瞳、入射窗、出射窗等。
通过光线追迹法还可以分析系统像差。
五、实验步骤步骤一：创建设计建立新文件，并保存。
步骤二：系统参数设置1 将单位设置为毫米，将入射光瞳半径设置为100毫米。
方法：System-General。
如下图。
2 对计算视场进行设计，设置了两个视场，本系统中视场的影响不大，因为物处于无穷远。
方法：System-Fields。
如下图。
步骤三：面输入输入三个面，如图所示。
插入光学面的方法为：Edit-Insert Surface或Edit-Insert After。
编辑好透镜数据之后可以查看透镜的光学结构，方法为：Analysis-Layout-2D Layout。
步骤四：系统参数计算计算系统数据的方法：Report-System Data。
结果一般如下图所示。
我们记录几个数据：EFL、BFL、入瞳直径、出瞳位置与直径。
计算光线追迹数据的方法：Analysis-Calculations-Ray trace。
我们只查看近轴光线数据，一般如下图所示。
Zemax问题集6
Zemax问题集
第六章
公差
(Tolerancing)
在分析一非球面广角镜头时，在进行公差分析会产生如下所示的错误信息，所有设罝皆使用默认值，请问为什么会这样呢？
Answer：
您所提供的镜头，在第一个表面上产生了全反射（如下图所示，当您设罝Default Merit Function时就会出现此错误信息），因为公差分析时ZEMAX无法计算系统的MF Value，所以无法进行公差分析。
你可以使用Field Data视窗内的「Set Vig」来排除产生全反射的光线。
采样设为1的话公差分析是否会与采样高时所跑的公差分析会有落差。
Answer：
采样被用来设置在计算公差评价函数时要追迹多少条光线。
采样越高，追迹的光线越多，得到的结果越好，但运行的时间也将增加。
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Zemax实验一答疑
1.视场设置
1.1 Angle(Deg)：角度，直接设定物方光束主光线与光轴的角度，多用于无限共轭平行光条件下（物处于无限远处）；
注：在zemax中表示为x-fields角αx和y-fields角αy，计算公式如下，tanαx=cosα/cosγ；tanαy=cosβ/cosγ
cosα、cosβ、cosγ分别是光线在x、y、z轴的方向余弦，α、β、γ分别为光线与x、y、z轴的方向角，如图所示：
图1 方向余弦图2 α=90°
cosα=a
r =
√a2+b2+c2
;cosβ=b
r
=
√a2+b2+c2
;cosγ=c
r
=
√a2+b2+c2
αx=0，则tanαx=0，及α=90°，光线在zy面内，tanαy=b/c，αy角为主光线和z轴的夹角，因此在zemax视场（fields）设置中，角度一般在y-fields中设置具体角度值，同时x-fields设置为0，其也对应子午面中的夹角，同理在x-fields中设置具体角度值，同时y-fields设置为0，其对应弧矢面。
1.2Object Height:物高，设定被成像物体的尺寸大小，此时系统必须
为有限共轭才可用（物距非无限远）。
大多有限远物体成像系统常
用这种视场类型。
1.3Para. Image Height：使用近轴光束定义系统成像的像面大小，当
设计的系统有固定的像面尺寸时使用此类型，如常见的CCD或COMS成像，由于接收面尺寸固定，可直接使用近轴像高来确定像面大小，软件会自动计算视场角度。
近轴像高使用近轴计算方法计算，忽略系统畸变影响。
适用于视场角度较小的系统。
1.4Real Image Height：实际像高，同近轴像高类似，区别在于实际
像高使用实际光线计算像面尺寸，考虑畸变影响。
适用于大视场广角系统。
yout-settings设置
Layout窗口的settings设置主要是用来设定layout显示的一些相关信息：
1：用来设置光学系统在layout里面显示的曲面
显示曲面1-5
显示曲面1-2 2：用来设计光学系统中显示的光线个数
显示3条光线
显示6条光线
3：用来设定追迹的波长
如果在波长设置时，设定了多个波长，则在追迹时可以追迹一个波长也可以追迹全部波长
4：用来设定追迹的场
如果在视场设置时，设定了多个视场，则在追迹时可以追迹一个视场也可以追迹全部视场
5：用来设定光线的颜色区分
可以设定不同视场的光线的颜色不同；也可以设定不同的光线的颜色不同
3.关于实验一题目二中像差曲线的调取
Ray Fan图：
场曲和畸变图：
球差图：
像差曲线的解读，我会在下次理论课时给大家讲解
4.实验一题目一的光阑问题
建立一套由两片平凸透镜组成的氦氖激光（632.8nm）扩束系统。
玻璃材料为BK7，光阑面的直径为3mm，视场为0°。
光学结构如下：
光光光
d=16 d=6
要求：
1．给出透镜编辑器的数据图、光学系统图。
2. 将第一个透镜的前表面设为光阑面，再根据题目的参数，给出
透镜编辑器的数据图、光学系统图；对比光阑面在不同位置时，光学
系统的差异。
镜头数据如图所示：
孔径类型设置为：Float by stop size（后面会有解释）
然后就可以调整光阑面的不同，来观察不同光阑位置是，光学系统的差异，具体如下：
选择曲面1为STO时的光学系统图为：
此处可以尝试改变曲面1的Semi-Diameter，观察光阑大小对入射光线的限制
选择曲面2为STO时的光学系统图为：
曲面3为STO时的光学系统图为：
注：孔径类型的区别
Entrance Pupil Diameter（入瞳直径）：可用来直接确定进入系统的光束直径的大小，适用于大多数无限共轭系统。
如果在题目一种，将孔径类型设置为：Entrance Pupil Diameter，那么如何改变光阑的位置，都不影响进入系统的光束，并且透镜的半径（Semi-Diameter）应设置为“自动”，由设置的入瞳直径自动调整。
Image Space F#（像空间F数）：用于直接确定像空间的F数值，当系统焦距已知的情况下，可同入瞳直径相互转换。
Object Space NA(物空间数值孔径)：常用于有限共轭系统，如：显微系统、投影系统等，通过直接定义物点发光角度约束进入系统的光束大小。
Float By Stop Size(随光阑尺寸漂移)：用于系统中孔径光阑固定的情况，如有的系统光阑大小为定值，可使用这种类型来计算入瞳的大小。
在题目一中，采用的就是这种孔径模式，可以看出不同的光阑位置，约束进入系统的光线不同。