ZEMAX 培训课件

System aperture types
Field 设置
Field points 示例
Wavelengths


ZEMAX 最多允许定义12个波长（单位为微米） 必须指定主波长，权重可以不同。
透镜参数输入
透镜符号规则
Surface type


双击Surf:type栏即可设定
提供近70种光学面型，包括：平面、球面、非球面、 光锥面、轮胎面、二元光学面、双折射、全息衍射元 件、波带片及光栅（变周期和固定周期）„„ 提供用户自定义光学面：用户按语法规定，以C++语
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。最初是为美国NASA卫星计划开 发，后由美国Lambda Research Corporation公司商品化，开 始走向市场，它是结合真实固体模型来作光学分析的。

LightTools 美国ORA公司推出的非成像系统设计软件，具有光学精度的 交互式三维实体建模软件体系，包括核心模块、照明模块和 资料交换三个主要模块。

如果两种格式都支持，则一般先图形输出， 如果需要显示text的内容，需要点击菜单 栏中的“Text”；
Graphic and Text windows图例
有些功能只支持图形, 有的图形和文本都支持；
Graphic and Text windows图例
点击Text菜单栏，可以显示图形窗口中的文本信息。
Dialog boxes：编辑和回顾其他窗口或系统
的数据、报告错误信息等。
Editors

Lens Data Editor：输入各项透镜数据


Merit Function Editor：优化函数设定
Multi-Configuration：多重结构参数定义
Tolerance Data Editor：公差分析函数设定
Curvatures Solves
Thickness Solves
Glass Solves
Analysis 分析功能

ZEMAX提供了丰富的像质评价指标： 1）评价小像差系统的波像差、圆内能量集中度 2）评价大像差系统的点列图、弥散圆、MTF、PSF 3）评价几何像差，可给出Seidel和ZERNIKE系数 可以进行扩展光源的分析
关于 Solves

Solves 是ZEMAX中可以主动调整特定值的功能 可以为下列参数指定solve
1）curvatures（曲率）
2）thicknesses（厚度） 3）glasses（玻璃）
4）semi-diameters（口径）
5）parameters

在希望设置solve功能的栏中点右键或双击左键即可
应用广泛、市场占有率高 三种不同的版本
ZEMAX-SE（标准版）
ZEMAX-EE（专业版） ZEMAX-XE（完整版）
ZEMAX 主要功能
(1)分析 提供多功能的分析图形，对话窗参数选择，可将分析图形存 成图形文件(BMP、JPG)，也可存成文本文件。 (2)优化 表栏式merit function参数输入，对话窗预设merit function 参数；提供多种优化方式：Local Optimization局部优化可以 快速找到佳值，Global/Hammer Optimization则可找到全局最 优的参数。 (3)公差分析 表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数。 (4)报表输出 多种图形报表输出，可将结果存成图形文件或文本文件。

数据输出

Reports菜单栏可输出图形和文本数据到剪贴板，再到 其它Windows应用程序，如：Excel、Word等； Tool菜单栏中的Export Data命令可输出至CAD程序：支 持DXF/IGES/STEP/SAT/STL(3D solids/lines)格式；

Text windows菜单功能
Text：产生图形所对应的文本数据； Zoom：对图形放大和缩小控制 Update：更新窗口中的数据； Setting：设置窗口的属性； Print：打印窗口的内容； Windows：


Copy clipboard:将内容拷贝到剪切板中；
Save: 保存ASCII TXT文件； Lock:锁定窗口；
Optimization 最优化

Optimization是ZEMAX最重要的功能之一。 ZEMAX的最优化方式有两种 1）Local Optimization：局部最优化，可以快速找到佳值 2）Global/Hammer Optimization：全局最优化，运算时间长 优化前需设定变量(Variable parameters)，光学系统中的任 意参数都可以设定为变量，包括曲率、厚度、光学材料、 conic constants, tilt angles,甚至视场及波长。 用Operands（操作数）定义Merit function，通过比较MF 值来评价系统的好坏。 一般用迭代（iterative）的方法，为变量选定起始点和优化 算法，迭代地改变变量值，以找出最小的MF值。

是一个虚拟的平面，根据当前系统定义一个新的坐标系 需要六个参数来描述： - 偏移（X/Y-decenter） - 倾斜（tilt about X/Y/Z）
- 顺序（order 0或非0）
Order＝0： decenter X/Y 、tilt Z/Y/X； Order≠0： tilt X/Y/Z、decenter X/Y
ZEMAX 概述
ZEMAX

特点
美国 ZEMAX（原Focus）公司开发、将实际光学系统的设计概 念、优化、分析、公差及数据输出集成为一体的综合性光学 设计仿真软件。 可建立反射、 折射、衍射及散射等光学模型； 有丰富的资料库(ZEBASE)，有镜头、光学材料及样板数据；



界面直观、简单易学、系统要求低

CODE V 是Optical Research Associates公司开发的大型光学设计 软件，历史最悠Software for Layout and Optimization的缩写， 最初是美国Rochester大学为教学而编制，后来由美国 Lambda Research Corporation 公司推向市场。
Graphics windows菜单功能
Update：更新窗口中的数据； Setting：设置窗口的属性； Print：打印窗口的内容；
Windows：



Annotate：往图形上加lines,boxes,text； Copy clipboard: 将内容拷贝到剪切板中； Export: 将内容转换为WMF，EMF，JPG，BMP文件保存； Lock: 锁定窗口； Clone: Clone窗口； Aspect ratio: 设置窗口的长宽比； Active cursor: 对图形窗口显示鼠标所指位置的数据； Configuration: 选择要显示哪个结构的数据； Overlay：不同图形重叠显示；

Focal Length及OPD Mode参数的设定： 1）OPD Mode =0适用于小像差系统（<5 Wave） 2）OPD Mode =1适用于光束有像差且F/#低（fast
beam）系统，或者是非共轴系统

OPD Mode =1时的计算速度比OPD Mode =0慢得多
Coordinate Break



Merit function优化函数
Tolerancing 公差分析

ZEMAX可以对光学面和群组的 参数进行公差分析 它提供了两种公差分析模式： 1）sensitivity(灵敏度)：给 定结构参数的公差范围，计算 评价公差对像质的影响 2）inverse sensitivity（反 向灵敏度） ：给出评价标准 量的允许变化范围，反算出结 构参数的公差。
包括了当今所有光学设计软件
按光学系统分类
1、成像系统设计软件：CODEⅤ / ZEMAX / OSLO 只解决光信息的传递，不关心实际光能量的分布； 2、非成像系统设计软件：Light Tools / TRACEPRO / ASAP 只关心实际光能量的分布，不解决光信息的传递；
两类设计软件的比较
项目 建模方式 计算方式 成像设计软件 非成像设计软件 序列元件（光学面） 非序列元件（实体） 考虑光学面顺序 不考虑元件的顺序
非成像光学软件

ASAP

是Advanced Systems Analysis Program（高级系统分析程 序）的缩写，由美国 BRO（Breault Research Organization） 公司推出，是世界上最早的非成像光学软件。分析功能强大， 是光学系统定量分析的业界标准。 TRACEPRO

像质评价结果表现形式多种多样，既有各种直观 的图形表示方法，也有详细的数据报表。
像质评价指标

Layout：系统2D及3D图形 Fans：扇形图（几何像差/
Spot Diagram：点列图/弥散斑
MTF：调制传递函数 PSF：点扩展函数 Wavefront：波像差 Illumination：照度分析 Miscellaneous：场曲/畸变/球差/色差等几何像差 像差系数：Seidel和ZERNIKE系数 Coating：镀膜分析
ZEMAX
算法简介
Ray tracing方式
Ray tracing方式
ZEMAX 用户界面
ZEMAX 界面类型
ZEMAX有4种主要类型的用户界面

Editors：定义和编辑光学面和其他数据； Graphic windows：显示图形数据； Text windows：显示文本数据；