ZEMAX软件基础介绍
ZEMAX软件基础介绍教学文案
Z E M A X软件基础介绍Zemax软件的介绍ZEMAX是美国 Radiant Zemax 公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。
ZEMAX 有三种不同的版本：Standard 标准版（原SE）；Professional 专业版（原EE）；Premium 旗舰版（原IE）。
1主要特色1.1分析提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP， *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt。
1.2优化表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用，诸如Local Optimization可以快速找到佳值，Global/Hammer Optimization可找到最好的参数。
1.3公差分析表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义。
1.4报表输出多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。
2应用领域含括Projector，Camera，Scanner，Telescope，光纤耦合，照明系统、夜视系统等。
Zemax 软件的界面1 Zemax 软件的工作窗口Figure 1 Zemax 默认的工作窗口 2 Zemax 透镜数据编辑器（LDE ）2.1 表面类型Zemax 在标准面型下有平面、球面和二次曲面等选项。
LDE 的Surface Type （表面类型）栏分为两列，左边一列分为OBJ 、STO 和IMA 三行，它们分别对应物面、光阑面和像面；右边一列的三行是左边三种表面的类型。
默认的表面类型是标准型，用Standard 表示。
OBJ 即物面被默认为0面。
表格 1 不同表面的二次曲面系数菜单栏工具LDE表面类型 曲率半径 厚度玻璃 半口径2.2表面的曲率半径Zemax中面的曲率半径有正负之分。
ZEMAX培训教程
ZEMAX培训教程Zemax是一款广泛用于光学设计和仿真的软件工具，可以帮助光学工程师和设计师在光学系统的设计过程中进行建模、优化和分析。
对于那些初次接触Zemax的用户来说，一个系统完整的培训教程是非常重要的。
本文将详细介绍Zemax的基本功能和操作流程，以帮助初学者快速上手并开始使用Zemax进行光学设计。
首先，我们来了解一下Zemax的基本概念和术语。
Zemax使用术语束源、光学元件、检测功率等来描述光学系统。
束源是输入到光学系统中的光束，可以是平行光束、点源光束或者成角度分布的光束。
光学元件则是光学系统中的各种元件，比如透镜、棱镜和反射镜等。
检测功率是用于测量光学系统输出光束的参数，比如点扩散函数（PSF）或横截面。
在使用Zemax进行光学设计之前，需要先了解一下Zemax的界面和基本操作。
首先，打开Zemax软件后，会看到一个包含菜单栏、工具栏和图形区域的界面。
菜单栏包含了各种菜单选项，可以通过点击菜单选项来执行相应的操作。
工具栏则包含了常用的工具按钮，可以通过点击按钮来执行相应的操作。
图形区域则用于显示光学系统的模型和仿真结果。
在完成光学系统的建模后，可以进行光学系统的模拟和分析。
Zemax提供了丰富的仿真功能，可以计算和显示光学系统的各项性能指标。
比如，可以计算光学系统的传输矩阵、MTF曲线和PSF图像等。
可以通过菜单选项或者工具按钮来执行相应的仿真操作，并在图形区域中显示仿真结果。
在进行光学系统的优化时，可以使用Zemax提供的优化功能来寻找最佳的设计参数。
可以选择不同的优化算法，并设置一些优化的参数。
Zemax会自动调整光学元件的参数，并计算和显示优化结果。
可以通过菜单选项或者工具按钮来执行相应的优化操作，并在图形区域中显示优化结果。
除了基本的建模、仿真和优化功能，Zemax还提供了一些高级功能和扩展模块，可以进一步扩展和增强其功能。
比如，可以使用ZOSAPI接口来开发自定义应用程序，并与其他软件进行集成。
《zemax软件培训》课件
Zemax提供了多种高级优化算法，如非线性优化、遗传算 法、模拟退火等。这些算法在处理复杂的光学系统优化问 题时具有更高的效率和可靠性。
性能评估与验证
在进行优化设计时，需要建立合理的性能评估指标，并对 优化结果进行实验验证，以确保设计方案的可行性和有效 性。
多光线追迹
01 02
多光线追迹概述
03
CHAPTER
Zemax软件高级应用
像差理论
像差理论概述
像差是光学系统设计和分析中的 重要概念，它描述了光线通过光 学系统后产生的各种畸变。了解 像差理论对于优化光学系统性能
至关重要。
常见像差类型
包括球差、彗差、场曲、畸变等 ，这些像差类型对成像质量的影 响各不相同，了解其产生原因和
特性是进行像差校正的基础。
像差校正方法
Zemax提供了多种像差校正方法 ，如优化算法、离散对数优化等 ，可以根据实际需求选择合适的 校正方法，以达到更好的成像效
果。
高级优化技术
多目标优化
在光学系统设计中，往往需要同时考虑多个性能指标，如 成像质量、系统尺寸、成本等。多目标优化技术可以帮助 我们在多个目标之间找到最佳的平衡点。
在Zemax中，可以通过设置多个子光线来执行多光线追迹。合理的子光
线数量和分布方式可以提高计算精度和效率。
光线追迹分析
光线追迹分析概述
光线追迹分析是评估光学系统性能的重要手段，通过模拟光线在系统中的传播过程，可以 深入了解系统的成像规律和性能特点。
光线追迹参数设置
在进行光线追迹分析时，需要合理设置参数，如光线数量、采样点数、折射率等。这些参 数的选择直接影响分析结果的准确性和可靠性。
调整光路
对光路进行调整和优化，提高光学系统的性 能和成像质量。
ZEMAX-概况
ZEMAX概况ZEMAX是一套综合性的光学设计软件。
它集成了光学系统所有的概念、设计、优化、分析、公差分析和文档整理功能。
具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点。
3种不同的版本：SE, XE,和EE。
ZEMAX可以模拟Sequential和non-sequential成像系统和非成像系统。
序列性（Sequential）光线追迹大多数成像系统都可以由一系列顺序排列的光学面来描述。
光线按面的顺序进行追迹。
如相机镜头、望远镜镜头、显微镜头等。
它有很多优点，如光线追迹速度快、可以直接优化和进行公差预算。
ZEMAX中的光学面可以是反射面、折射面或衍射面。
也可以建立因为光学薄膜引起的有不同透射率的光学面特性。
面之间的介质可以是各向同性的，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。
也支持双折射材料，它的折射率是偏振态和光线角度的函数。
ZEMAX中，所有描述面的特性参数，包括形状、折射、反射、折射率、渐变折射率、热系数、透射率和衍射率都可以自定义。
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，如复杂的棱镜、光管、照明系统、小面反射镜、非成像系统或任意形状的物件等。
而且散射和杂光也不能用序列性分析的模式。
这些系统要求用non-sequential模式，此时光线以任意的顺序打到物件上。
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。
进行non-sequential追迹时，ZEMAX用3D solid models光学元件，可以是任意的形状。
支持散射、衍射、渐变折射率、偏振和薄膜。
用光度学和辐射度学的单位。
Sequential 和non-sequential系统ZEMAX还可以在同一个系统中使用sequential和non-sequential光线追迹模式。
《zemax培训教程》课件
Zemax的使用可以提高光学系统的设计效率和性能，加速创新和件
Zemax是一款先进的光学设计软件，本课程将介绍Zemax的定义、应用和优势， 以及软件的基本功能、常见功能和数据导入输出方式。还将分享实际应用案 例和学习Zemax的方法与技巧，展望Zemax的未来发展。
I. 什么是Zemax？
定义
Zemax是一款先进的光学设 计软件，用于模拟和优化 光学系统。
光学元件的设计
光学系统的优化与测试
通过Zemax优化望远镜的镜片 设计，提高分辨率和对焦范围。
使用Zemax优化激光系统中的 透镜配置，提高能量传输效率 和光斑质量。
VI. 如何学习Zemax？
学习资料
通过阅读官方文档、参加培训课程和加入光学设计社区等方式来学习Zemax。
学习方法
结合理论和实践，在实际项目中使用Zemax进行设计和模拟，不断积累经验。
III. Zemax软件的常见功能
设计窗口
在设计窗口中，可以创建和 编辑光学系统的各个元件， 布局和配置光学组件。
分析窗口
通过分析窗口，可以评估光 学系统的性能，如像差、聚 焦度、光损耗等。
图形窗口
图形窗口展示了光学系统的 模拟结果，以图形化的方式 呈现光线追迹和光学特性。
IV. Zemax软件的数据导入和输出
1
数据导入的方法
可以通过导入CAD文件、光学元件参
数据输出的方法
2
数等方式，将数据导入到Zemax中进 行设计和模拟。
可以将光学系统的设计结果、模拟数
据等以表格、图形等形式导出，方便
与其他工具或软件进行集成分析。
V. Zemax软件的实际应用案例
光学系统设计
有关ZEMAX零基础知识必备
单透镜设计我们先为我们的系统输入波长,选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”。
486，这是氢（Hydrogen）F谱线的波长，单位为微米。
波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。
“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。
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“通常数据（General Data）”对话框，单击“孔径值（Aper Value）”一格，输入一个值：25。
注意孔径类型缺省时为“入瞳直径（Entrance Pupil Diameter）”，也可选择其他类型的孔径设置。
在LDE中显示的有三个面。
物平面，在左边以OBJ表示；光阑面，以STO 表示；还有像平面，以IMA表示。
对于我们的单透镜来说，我们共需要四个面：物平面，前镜面（同时也是光阑面），后镜面，和像平面。
要插入第四个面，只需移动光标到像平面（最后一个面）的“无穷（Infinity）”之上，按INSERT键。
这将会在那一行插入一个新的面，并将像平面往下移。
新的面被标为第2面。
注意物体所在面为第0面，然后才是第1（标上STO是因为它是光阑面），第2和第3面（标作IMA）。
如果曲率中心在镜片的右边为正，在左边为负。
这些符号（+100，-100）会产生一个等凸的镜片。
我们还需要在镜片焦点处设置像平面的位置，所以要输入一个100的值，作为第2面的厚度。
“光线像差（Ray Aberration）”,图形以光瞳坐标的函数形式表示了横向的光线像差（指的是以主光线为基准）。
左边的图形中以“EY”代替εY。
这是Y 方向的像差，有时也叫做子午的，或YZ面的。
右图以“EX”代替εX，有时也叫做弧矢的，或XZ面的。
zemax教程
光线追迹原理
几何光学是研究光线在均匀介质中的 传播规律和成像原理的科学，是光学 设计的基础。
光线追迹是光学设计中的基本方法， 通过计算光线在光学系统中的传播路 径和成像情况，评估光学系统的性能 。
物理光学原理
物理光学是研究光的波动性、干涉、 衍射、偏振等现象的科学，对于复杂 的光学系统设计和分析具有重要意义 。
医学、生物科学等领域的光学 成像系统设计。
02
zemax软件安装与启动
zemax软件安装步骤
下载zemax软件安装包
从官方网站或授权渠道下载最新版本的zemax软件安装包。
安装准备
确保计算机满足最低系统要求，并关闭所有正在运行的程序。
运行安装程序
双击安装包，按照提示进行安装。选择安装目录和组件，并遵循安 装向导完成安装过程。
02
它提供了全面的光学设计工具，包括光线追迹、优化、公差分
析等。
Zemax软件支持多种操作系统，如Windows、Linux等。
03
zemax软件功能
光线追迹
Zemax可以模拟光线在光学系统中的 传播路径。
公差分析
Zemax可以对光学系统的公差进行分 析，以评估实际制造和装配过程中的
性能变化。
优化
缩放视图
使用鼠标滚轮或者工具栏中的缩放工具，可以对视图进行缩放操作。
平移视图
按住鼠标中键并拖动，可以平移视图。
旋转视图
在工具栏中选择旋转工具，可以对视图进行旋转操作。
zemax软件工具栏介绍
编辑工具栏
包含撤销、重做、 复制、粘贴等编辑 操作按钮。
分析工具栏
包含光线追迹、优 化、公差分析等分 析操作按钮。
Zemax内置了多种优化算法，可以对 光学系统进行自动优化以提高性能。
光学设计软件ZEMAX实验讲义
光学设计软件ZEMAX实验讲义实验目的：1.学会使用ZEMAX进行基本光学系统的设计。
2.学会使用ZEMAX进行光学系统的分析和优化。
3.了解ZEMAX的基本操作和功能。
实验步骤：1.安装和启动ZEMAX软件。
将光学系统转化为数字形式，并进行光束追迹。
2.创建一个新的光学系统。
通过添加透镜和光源，在系统中创建起始点光源。
3.定义光束追踪模式。
选择要模拟的光束类型，如平行光束、点光源或散射光束。
4.设置透镜的参数。
选择所需的透镜类型，如凸透镜、凹透镜或棱镜，并设置其曲率半径和折射率。
5.添加其他光学元件。
根据系统设计的需要，添加其他光学元件，如滤光片、反射镜或光栅。
6.进行光束追踪和射线分析。
使用ZEMAX的射线追踪功能，可以模拟光线在系统中的传播和聚焦情况，并对系统的性能进行分析。
7.优化光学系统。
根据设计需求，使用ZEMAX的优化功能对光学系统进行优化，以改善其性能。
8.分析光学系统性能。
使用ZEMAX的分析工具，可以评估系统的像差、聚焦性能和光学质量等指标。
9.输出结果。
将光学系统的结果输出为图形、表格或文件，以便进一步分析和应用。
注意事项：1.在进行光学设计时，应尽可能符合光学系统的物理和几何规则。
2.在使用ZEMAX进行分析和优化时，应注意各个参数的相互影响，并合理选择优化策略。
3.在进行结果分析时，应根据具体的实际问题和设计目标，选择合适的指标和评估方法。
结论：通过本实验，我们学习了如何使用ZEMAX进行光学设计和分析。
ZEMAX提供了强大的功能和工具，可以帮助光学工程师有效地设计和优化光学系统。
光学设计软件的使用将大大提高光学工程师的工作效率和设计质量。
《zemax培训教程》课件
介绍 Zemax 中光场模拟的方法，包括建立光学模型、设置模拟参数、进行模拟计算等。同时，介绍 Zemax 中进行光场模拟的技巧，如使用蒙特卡洛光线追迹、考虑光源波动、控制模拟精度等。
Zemax光场模拟实例
zemax与其它光学设计软件比较
06
Zemax与CodeV比较
Zemax与Lighttools比较
zemax lm
zemax sd
zemax ts
1
Hale Waihona Puke zemax的市场地位2
3
zemax是全球最大的光学设计软件公司之一，其软件被广泛应用于消费电子产品、医疗器械、汽车、航空航天等领域。
zemax也是全球最大的照明设计软件公司之一，其lm软件被广泛应用于汽车、建筑、照明器具等领域。
zemax还是全球最大的镜头设计软件公司之一，其sd软件被广泛应用于相机、望远镜、显微镜等领域。
zemax基本原理
02
zemax通过精确追踪光线在系统中的传播路径，以模拟真实光学系统的成像过程。
光线追迹
zemax采用波动光学理论，包括光波的干涉、衍射和相干性等概念，以模拟光波在光学元件上的传播。
波动光学理论
zemax光路模拟原理
优化变量
01
zemax优化的变量通常包括镜片的形状、位置和角度等，以实现对系统性能的优化。
总结词
通过 Zemax 进行照明设计的方法和技巧
详细描述
介绍 Zemax 中照明设计的方法，包括光源的选择、灯具的设计、反光罩和透镜的设计等。同时，介绍 Zemax 中进行照明设计的技巧，如使用光线追迹、优化照明分布、控制光斑形状等。
Zemax照明设计实例
总结词
通过 Zemax 进行光场模拟的方法和技巧
zemax基本介绍和操作PPT学习课件
以object为对象建模 不限制光线和相交的顺序 光线与同一面或物可多次相交
光线会分裂 镜面反射和漫反射
可以是全反射 在object外的光线也进行追迹 object的位置由全局坐标确定
所有空间是等价的 分析的光线多，计算速度慢
不能做优化和公差分析
2
2020/3/4
Ray Tracing
• 点列图的均方根半径值越小，成像质量越好。
RMS半径：先把每条光线和参考点 之间的距离的平方，求出所有光线 的平均值，然后取平方根
重庆大学 - 光学CAD
21
RMS半径
2020/3/4
OPD fan图
• OPD fan：是光线的光程和主光线的光程之差
重庆大学 - 光学CAD
22
2020/3/4
其它像差曲线
统的数据，或者报告错误信息等。
重庆大学 - 光学CAD
6
2020/3/4
编辑视窗（Editor Window）
• 6种不同的编辑器（Editors）：
镜头数据编辑器（Lens Data Editor），评价函数编辑器（Merit
Function Editor）、多重组态编辑器（Multi-configuration Editor）、
操作符名称
操作符所处的位置序号
所需参数
目标值
权重因子 目标值
32
2020/3/4
优化方法
• Optimization • 一般选择自动优化
重庆大学 - 光学CAD
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2020/3/4
16
波长设置
• System-wavelength 目视光学系统 F光（ 486.3nm）和 C光（ 656.28nm） 计算和校正色差，对 D光（ 587.56nm ） 校正单色像差
ZEMAX光学设计讲义
ZEMAX光学设计讲义导言：光学设计是一门重要的工程学科，它主要研究光学系统的设计、分析和优化。
而ZEMAX是光学设计中常用的一种软件工具，它主要用于模拟和优化光学系统的性能。
本篇讲义将介绍ZEMAX的基本原理、使用方法以及一些常见的光学设计案例。
一、ZEMAX的基本原理1.光线追迹ZEMAX的核心原理是光线追迹。
它通过追踪光线在光学系统中的传播路径，并计算出光线经过每个光学元件后的参数变化，如位置、方向、光强等。
通过光线追踪，可以得到光学系统的传输特性，并进行光学系统的性能优化。
2.光学元件建模为了进行光线追踪，需要对光学元件进行建模。
在ZEMAX中，可以通过输入光学元件的参数来进行建模，如曲率半径、折射率、厚度等。
同时，ZEMAX还提供了一套丰富的光学元件库，包括透镜、棱镜、光阑等。
用户可以根据需要选择相应的光学元件进行系统设计。
3.光学系统优化ZEMAX不仅可以进行光学系统的传输特性计算，还可以进行系统的性能优化。
在ZEMAX中，可以设定一系列的优化目标，并通过调整光学系统的参数来达到这些目标。
优化过程主要包括两个阶段，即初始设计和优化迭代。
在初始设计阶段，需要根据设计要求设置光学系统的初值。
在优化迭代阶段，ZEMAX根据预设的优化目标和约束条件，自动调整光学系统的参数，并不断迭代，直到达到最佳设计。
二、ZEMAX的使用方法1.软件安装与启动2.创建新项目在ZEMAX中，每个光学系统都是一个项目。
创建新项目时，需要设定项目的名字和工作目录。
在新建项目后，可以开始进行光学系统的设计。
3.设计光学系统设计光学系统的过程是通过将光学元件拖拽至光学系统的视图中来完成的。
光学元件可以是来自库中的标准元件，也可以根据实际情况进行自定义。
在拖拽元件至视图中后，可以通过双击元件来设置其具体参数。
4.进行光线追踪设计完成后，可以进行光线追踪。
在ZEMAX中，可以选择单个或多个光线进行追踪，并观察光线的传播路径和参数变化。
ZEMAX光学设计软件简介
光学设计软件简介光学设计软件成像设计：CodeV（ORA 公司产品，USA）Zemax（ZEMAX Development CorporationOSLO( Lambda Research Corporation 公司，USA)照明设计：Lightools（ORA 公司产品）ASAPTraceproODIS光通讯设计软件：OptiWave薄膜设计：TFCalc, Filmstar 等nCodeV（ORA 公司产品，USA）——成像光学设计分析软件CodeV（ORA 公司产品，USA）——功能Zemax（Zemax公司，USA）——光学设计分析软件Oslo（Lambda Research Corporation 公司，USA）——成像设计分析软件Lightools（ORA 公司产品，USA）——照明光学设计分析软件ASAP(Breault Co.) ——照明光学设计分析软件3) 光学设计应用广泛眼镜照相机、CD、VCD/DVD 、DC、DV等扫描仪、复印机、投影仪等显微镜、内窥镜、X光机等日常照明、汽车车灯等望远镜、瞄准仪、测量仪器激光、卫星等光纤通讯等非成像光学、太阳能利用等Zemax 简介Zemax 公司开发光学设计软件• 功能完整（设计、分析、优化、公差分析等）• 使用方遍• 光线追迹算法—序列光线追迹—非序列光线追迹（蒙特卡罗算法）完整的数据表格式输入，编辑方便多功能分析（MTF 、点列图等）多种优化方式公差分析能力其他CAD 文件格式转换等Zemax 软件特点版本SE：标准版XE：完整版EE：专业版（可算非序列）Zemax 用户界面主要有四种用户界面—Editors: 编辑各种光学面参数或其他参数—Graphic Windows: 显示各种图形数据—Text Windows: 显示各种文本数据—Dialog Boxes: 编辑其他各种Window 的数据或报告错误信息。
1）EditorsLens Data Editor：输入透镜参数Merit Function Editor ：优化函数构建Multi-Configuration Editor：多重结构参数定义Tolerance Data Editor ：公差分析函数设定Extra Data Editor：附加数据Non-Sequential Components Editor: 非序列光学系统Lens Data EditorMerit Function EditorMulti-Configuration EditorTolerance Data EditorNon-Sequential Component Editor2）图形窗口Layout生成dxf 文件Ray FanMTF将物分解为各种空间频率的谱，光学系统的光学特性可视为对各种空间频率的传递和反应能力，从而建立光学传递函数的评价方法。
ZEMAX系统讲解
系统要求
WIN98，NT，2000，XP 200MB以上的硬盘空间 最小的分辨率为：1024×768 一个并行口或者USB接口用来接KEY 64MB以上内存；如果进行对象非常复杂、 物理光学或散射和照明分析时，最低要求 是：256MB，最好是512MB
什么是ZEMAX
ZEMAX是一套光学系统设计和分析软件 ZEMAX用序列（sequential）和非序列 （non-sequential）的方法模拟折射、反 射和衍射的光线追迹 ZEMAX用“surface”为sequential ray tracing建模；用“component”或“object” 为non-sequential ray tracing建模
Nothing； Exit port； 能量低于定义的阈值
• 忽略NS group内的光源和探测器； • 进入NS group的光线的特性，由序列性的系 统数据，如视场位置和瞳的大小等决定。
NSC with ports system例子
Ray Tracing的3种方式(III)
Purely Non-sequential (aka NSC without port)
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； • Dialog boxes：编辑和回顾其他窗口或系统的 数据，或者报告错误信息等
ZEMAX Editors界面
Lens data editor: lens data编辑表格，包括 surface type, radius, thickness, glass, etc. Merit function editor: 优化时，定义和编辑 merit function的窗口； Multi-Configuration editor: 为变焦镜头和其 它多重结构系统定义多重结构参数； Tolerance Data editor: 定义和编辑公差数据 Extra Data editor: 定义surface data的附加 数据 Non-sequential component editor: 定义和编 辑NSC sources，objects
《zemax教程》课件2
5. Zemax中的光学元件和参数设置
介绍Zemax中常用的光学元件，以及如何进行参数设置和调整，以满足不同的设计需求。
6. Zemax中的光路图、传输函数和MTF分析
学习如何在Zemax中绘制光路图，进行传输函数分析和模态传递函数（MTF）分析，以评估系统的性能。
7. Zemax中的光学优化方法
《Zemax教程》PPT课件
欢迎来到《Zemax教程》PPT课件! 这个课件将带你深入了解Zemax光学设计软 件的基本概念、优势以及各种设计和分析方法。
1. Zemax的基本概念和优势
通过一些例子和应用说明Zemax的基本概念、光学设计原理以及使用Zemax进 行设计和分析的优势。
2. 安装Zemax软件及使用
介绍Zemax软件的安装步骤和基本界面，以及如何使用Zemax和界面 设置
详细介绍Zemax软件的各个界面元素、工具和设置选项，帮助你更好地进行光 学设计和分析。
4. 简单的光学设计和分析实例
通过实际的实例和案例，演示如何使用Zemax进行简单的光学设计和分析，让 你更熟悉和掌握工具的使用。
探讨Zemax中常用的光学优化方法，包括全局优化、局部优化和多参数优化，以及如何选择适合你的设计问题 的方法。
8. 基于Zemax的光学系统设计 案例分析
通过一些实际的案例分析，展示如何使用Zemax进行复杂光学系统的设计，包 括镜头设计、光纤系统设计等。
zemax 非序列 面上的光斑大小
zemax 非序列面上的光斑大小
（原创版）
目录
1.介绍 Zemax 软件
2.解释非序列概念
3.阐述面上的光斑大小
4.说明 Zemax 在非序列面上光斑大小分析的应用
正文
一、Zemax 软件简介
Zemax 是一种光学设计软件，广泛应用于光学系统的分析和设计中。
它提供了一系列的工具和功能，可以模拟光学系统的性能，预测光学系统的成像质量，并优化光学系统的设计参数。
在光学研究、工程应用等领域具有重要的实用价值。
二、非序列概念解释
非序列，是指在光学系统中，光的传播并不是按照时间顺序进行的。
也就是说，在非序列光学系统中，光的传播并不是一个严格按照时间顺序进行的过程，而是可以同时进行多个过程。
三、面上的光斑大小阐述
面上的光斑大小，通常是指光学系统成像时，光源在成像面上形成的光斑的直径。
光斑大小通常用毫米或者波长来表示。
光斑大小直接影响到成像质量，一般来说，光斑越小，成像质量越高。
四、Zemax 在非序列面上光斑大小分析的应用
Zemax 软件可以在非序列面上分析光斑大小，通过模拟和计算，可以得到不同设计参数下的光斑大小，为光学系统的设计提供了重要的参考数
据。
此外，Zemax 还可以通过优化算法，自动寻找使光斑大小最小的设计参数，进一步提高光学系统的成像质量。
2024年度ZEMAX中文使用说明书pdf
设计流程与关键步骤
明确设计目标
确定光学系统的性能指标，如焦距、视场角 、分辨率等。
选择合适的光学元件
根据设计目标，选择适当的透镜、反射镜等光 学元件。
建立光学模型
利用ZEMAX等光学设计软件，建立光学系统的数 学模型。
2024/3/23
优化设计
通过调整光学元件的参数，优化光学系统的性能， 使其达到设计目标。
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06 ZEMAX高级功能 与应用拓展
2024/3/23
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非序列模式设计技巧
1 2 3
灵活设置光源和探测器
在非序列模式中，用户可以自由定义光源和探测 器的位置、方向和属性，以模拟实际光学系统中 的复杂光线传播。
使用非序列元件
ZEMAX提供了丰富的非序列元件库，如反射镜 、透镜、棱镜等，用户可以根据需要选择合适的 元件进行建模。
3
软件背景及发展历程
创立初期
ZEMAX软件最初是由美国Focus Software Inc.公司开发，专注于 光学设计领域。
发展壮大
随着光学行业的快速发展， ZEMAX软件不断更新迭代，逐渐 成为光学设计领域的标准工具。
收购与整合
2018年，ZEMAX被美国Radiant Vision Systems公司收购，进一 步整合资源，拓展应用领域。
偏振光优化
ZEMAX的优化算法同样适用于偏振光系统 ，可以对系统进行优化以提高偏振性能。
32
激光束传播模拟技术
激光束建模
ZEMAX支持激光束的建模和分析，用户可以定义激光束 的波长、功率、光束质量等参数。
01
激光束追迹
通过激光束追迹功能，可以模拟激光束 在光学系统中的传播过程，并分析光束 形状、功率分布等特性。
2024版年度光学设计软件Zemax中文教程
显微镜物镜设计案例
探讨显微镜物镜的设计要点、像差校正及视 场平坦化技术。
投影镜头设计案例
分析投影镜头的光学性能要求、照明系统设 计及散热问题解决方案。
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03 Zemax基本操作与实例 演示
2024/2/2
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创建新项目并设置参数
2024/2/2
01
打开Zemax软件，选择“新建项目”开始一个新的 设计。
应用自定义操作数进行光学设计
将自定义操作数应用于实际的光学设计中，提高 设计的精度和效率。
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05 实战演练：典型光学系统 设计案例
2024/2/2
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摄影镜头设计实战演练
确定系统规格和性能要求
包括焦距、光圈大小、视场角等关键参数。
选择合适的镜头类型
根据应用场景和成像需求，选择定焦或变焦镜头。
优化镜头结构
菜单栏包含了软件的所有 功能命令，用户可以通过 菜单栏进行各种操作。
2024/2/2
工具栏提供了一些常用的 工具按钮，方便用户快速 访问。
属性栏显示了当前选中对 象的各种属性，用户可以 在这里进行修改和调整。
设计区域是用户进行光学 设计的主要场所，可以在 这里绘制和编辑光学系统。
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初学者常见问题解答
01
02
建议学员多阅读相关文 献和资料，加深对光学 设计理论的理解。
03
04
2024/2/2
学员需要提前复习本讲 所学内容，并预习下一 讲相关知识。
鼓励学员积极参与讨论 和交流，共同提高学习 水平。
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THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
2024/2/2
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解答
光学设计软件ZEMAX简明教程
联合优化
运用ZEMAX的联合优化功能 ，同时调整多个透镜的形状和 厚度，优化整体成像质量。
分析像差校正
利用ZEMAX的像差分析工具 ，分析并校正组合透镜的像差
。
特殊透镜设计方法探讨
非球面透镜设计
探讨非球面透镜的设计方法，如高次非球面 、自由曲面等。
复杂光学系统设计
讨论复杂光学系统的设计方法，如多波长、 大视场等。
评价函数设置
在优化过程中，需要设置合适的评价函数以评估设计质量。可以通过添加、修改或删除操 作数来定制评价函数。
常见问题解决方案
镜头无法收敛
尝试调整优化算法参数、增加约束条件或修 改初始结构。同时检查系统参数设置是否合 理。
图像质量不佳
检查光学系统的像差，如球差、彗差等。通过优化 或更改设计参数来改善图像质量。
参数设置及优化技巧
系统参数设置
在“System”菜单下，可以设置系统单位、波长、视场等参数。确保这些参数符合设计 要求。
优化算法选择
ZEMAX提供多种优化算法，如阻尼最小二乘法（Damped Least Squares, DLS）和正交 下降法（Orthogona。
光学设计软件ZEMAX简明教程
目 录
• ZEMAX软件概述 • 光学设计基础知识 • ZEMAX基本操作与设置 • 透镜设计实例分析 • 反射镜设计实例分析 • 系统性能评价与优化 • 高级功能介绍与拓展应用
01 ZEMAX软件概述
软件背景及发展历程
创立初期
01
ZEMAX软件最初是由美国加州大学伯克利分校的光学研究团队
快捷键与自定义设置
ZEMAX支持快捷键操作，用户还 可以根据自己的习惯进行自定义 设置，提高工作效率。
zemax 2005 指南
zemax 2005 指南zemax 2005呀，这可是个挺有趣的光学设计软件呢。
一、入门小知识。
这个软件一打开，界面可能会让你有点小懵，但别怕呀。
它的界面布局其实是很有逻辑的。
你看那菜单栏，就像是一个宝藏地图，里面藏着各种各样的功能选项。
比如说，文件菜单，这里就是你打开、保存和打印文件的地方，就像我们平时用的办公软件一样基础又重要。
再看那编辑菜单，这里面有很多对已经创建的东西进行修改的功能，像是移动呀、复制呀之类的。
在zemax 2005里创建一个新的光学系统设计项目也不是很难的事儿。
你就像搭建积木一样，一步一步来。
先确定好你的光学系统的基本参数，像是什么样的透镜呀，光线的传播介质之类的。
这就好比你盖房子，得先确定是用砖头还是木头，是在平地上盖还是在山上盖一样。
二、光学元件的操作。
说到光学元件，那可太多花样了。
透镜是最常见的啦。
在zemax 2005里添加一个透镜就像是从魔法口袋里掏出一个小道具一样。
你可以设置透镜的各种参数，像焦距、直径、折射率这些。
而且呀，你还能把不同的透镜组合起来，创造出更复杂、功能更强大的光学系统。
这就像是把不同的小零件组装成一个超级厉害的机器人一样。
除了透镜，还有反射镜呢。
反射镜的操作也有它自己的小窍门。
你得注意它的反射面的方向呀，还有反射率这些参数的设置。
这就好比你在布置一面镜子，得让它朝着正确的方向，才能把光线反射到你想要的地方。
三、光线追迹。
光线追迹可是zemax 2005里超级酷的一个功能。
你想象一下，你就像一个小小的光线精灵，跟着光线在光学系统里跑来跑去。
通过光线追迹，你可以看到光线是怎么在你设计的光学系统里传播的。
是直直地穿过透镜呢，还是在反射镜上被反射到别的地方去了。
这能让你直观地了解你的设计是不是合理。
如果光线在某个地方走得很奇怪，那可能就是你的设计有问题啦，就像小火车在轨道上突然出轨了一样，你就得赶紧去检查检查是哪个地方出了岔子。
四、优化设计。
当你初步搭建好你的光学系统后，就到了优化的环节啦。
ZEMAX软件基础介绍
Zemax软件的介绍ZEMAX是美国 Radiant Zemax 公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。
ZEMAX 有三种不同的版本：Standard 标准版（原SE）；Professional 专业版（原EE）；Premium 旗舰版（原IE）。
1主要特色1.1分析提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP， *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt。
1.2优化表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用，诸如Local Optimization可以快速找到佳值，Global/Hammer Optimization可找到最好的参数。
1.3公差分析表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义。
报表输出多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。
2应用领域含括Projector，Camera，Scanner，Telescope，光纤耦合，照明系统、夜视系统等。
Zemax 软件的界面1 Zemax 软件的工作窗口Figure 1 Zemax 默认的工作窗口2 Zemax 透镜数据编辑器（LDE ）2.1 表面类型Zemax 在标准面型下有平面、球面和二次曲面等选项。
LDE 的Surface Type （表面类型）栏分为两列，左边一列分为OBJ 、STO 和IMA 三行，它们分别对应物面、光阑面和像面；右边一列的三行是左边三种表面的类型。
默认的表面类型是标准型，用Standard 表示。
OBJ 即物面被默认为0面。
表格 1 不同表面的二次曲面系数菜单栏 工具栏 LDE表面类型 曲率半径 厚度 玻璃 半口径2.2表面的曲率半径Zemax中面的曲率半径有正负之分。
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ZEMAX是美国 Radiant Zemax 公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。
ZEMAX 有三种不同的版本：Standard 标准版（原SE）；Professional 专业版（原EE）；Premium 旗舰版（原IE）。
1主要特色
1.1分析
提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP， *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt。
1.2优化
表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用，诸如Local Optimization可以快速找到佳值，Global/Hammer Optimization可找到最好的参数。
1.3公差分析
表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义。
报表输出
多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。
2应用领域
含括Projector，Camera，Scanner，Telescope，光纤耦合，照明系统、夜视系统等。
Zemax 软件的界面
1 Zemax 软件的工作窗口
Figure 1 Zemax 默认的工作窗口
2 Zemax 透镜数据编辑器（LDE ）
2.1 表面类型
Zemax 在标准面型下有平面、球面和二次曲面等选项。
LDE 的Surface Type （表面类型）栏分为两列，左边一列分为OBJ 、STO 和IMA 三行，它们分别对应物面、光阑面和像面；右边一列的三行是左边三种表面的类型。
默认的表面类型是标准型，用Standard 表示。
OBJ 即物面被默认为0面。
表格 1 不同表面的二次曲面系数
菜单栏 工具栏
LDE
表面类型 曲率半径 厚度 玻璃 半口径
2.2表面的曲率半径
Zemax中面的曲率半径有正负之分。
Zemax规定，所有线段一律以自左向右和自下向上为正，反之为负。
曲率、曲率半径及曲面与对应主面间的间隔均以曲面顶点为计算起点。
如果某一曲面的曲率中心位于该曲面顶点的右侧，那么该曲面的曲率半径和曲率都取正号，反之为负。
2.3厚度
厚度是指前、后表面顶点间的距离。
2.4玻璃类型
在Zemax中确定透镜的玻璃材料，直接用玻璃的名称，通过键盘输入。
例如要用BK7当玻璃材料，就在Glass栏输入BK7。
如果某一表面的Glass栏设置为空白，表示该面的材料为单位折射率的空气，对反射镜，可在Glass栏输入“MIRROR”。
输入的玻璃材料确定的是指从这一面开始到下一面之间的介质。
2.5半口径
半口径是指透镜口径沿径向（与光轴垂直方向）允许光线通过的实际尺寸的一半
3Zemax软件的基本对话框
3.1孔径
通过单击工具栏中的Gen按钮，会出现一个子菜单，通过它可以确定系统的孔径值、选择玻璃库，还可以给定系统的单位，默认单位是mm。
Figure 2 孔径对话框
3.2视场
单击工具栏中的Fie按钮，会出现一个确定视场的对话框。
可以在
Y-Field栏里输入视场角，默认的单位为度。
Figure 3 视场对话框
3.3波长
单击工具栏的Wav按钮，出现一个设置波长的对话框。
它最多可以输入24个波长值，它的单位是微米。
最后要确定透镜的主波长，主波长是指在对透镜的所有一级及三级特性进行分析计算时所采用的参考波长。
Figure 4 波长对话框
Zemax中的像质评价方法
1几何像差曲线
1.1球差曲线
在Zemax中点击菜单栏
Anaysis>Mscellaneous>Longitudinal Aberration，可以出
现纵向球差图。
其中，纵坐标为孔径，横坐标是球差（色球
差）。
Figure 5 球差曲线图
1.2轴外细光束像差曲线
点击工具栏的Fcd按钮，弹出如下曲线图。
左图为像散场曲曲线，右图为畸变曲线。
，T和S分别表示子午和弧矢量。
Figure 6 轴外细光束像差曲线
2点列图
由一点发出的许多光线镜光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围弥散图形，称为点列图。
点列图表格中的数值越小成像质量越好。
Figure 7 点列图
3波像差
图中表示系统光程差曲线，三组曲线分别是三个视场的子午和弧矢方向上的光程差，不同颜色表示不同色光。
横坐标表示光束孔径大
⁄时，该小，纵坐标表示光程差。
当光学系统的最大波像差不超过λ4
光学系统的成像质量与理想系统没有显著差别。
Figure 8 光程差曲线
4调制传递函数MTF
定义MTF：一定空间频率下像的对比度与物的对比度之比。
它能反映不同空间频率、不同对比度的传递能力。
一般而言，高频传递函数反映了物体细节的传递能力，低频传递函数反映物体轮廓的传递能力，中频传递函数则反映对物体层次的传递能力。
⁄（每毫米线对），纵坐标是对比度，最大横坐标是空间频率lp mm
是1.曲线越高，表明成像质量越好。
Figure 9 MTF曲线图
在Zemax中还包括很多的像质评价方法，但以上是最常用的。