zemax实验上课讲义
zemax软件培训讲课文档
*这种模式下非序列元件不使用“ports”
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Completely sequential
•以光学面（surface）为对象来构建光学系统模型； •光线从物面开始（常为surface 0） •按光学面的顺序进行光线追迹计算（surface 0,1,2…），对每个光学面 只计算一次； •每个面都有物空间和像空间； •需要计算的光线少，计算速度快；
zemax软件培训
第一页
ZEMAX简介
ZEMAX是一个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的光学设计功能体现在使用序列模式设计传统的光学成像 系统，优化成像系统的像差，分析和评价成像的质量，给光学系统 分配合适的公差等方面。
ZEMAX的仿真功能体现在使用非序列模式、物理光学传播、热分 析等功能模拟和仿真实际的光学系统方面。
在这里定义光源、光学对象、探测器
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Graphic and Text windows
一起学习如何使用这些功能。
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使用ZEMAX的三种模式
Completely sequential： *应用于传统的镜头设计和大多数的成像系统设计 *应用这种模式时不能进行散射和鬼象分析
Hybrid sequential/non-sequential *应用于有很多序列元件，又有一些非序列元件（比如棱镜或光管）的系统
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序列模式和非序列模式的比较
序列模式
以surface为对象建模
Zemax软件设计教程_2(长春光机所)
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Ciomp.CAS
在Detector Viewer中的setting里确认如下设置，得到探测器上的辐 照度分布
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Ciomp.CAS
将其和序列模式下的轴上Spot Diagram图进行对比， 可看出序列模式和非序列模式几何光线追迹的差别， 我们发现两者形式相同。
将Detector Viewer 设置为coherent irradiance.
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Ciomp.CAS
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Ciomp.CAS
三、建立非序列模型
•所有object都是3D shell or solids； •每个object都在一个空间坐标系中定义了其特性； •需要定义光源的发光特性和位置，定义detector收集光线； •光线一直追迹，直到它遇到下列情况才终止： Nothing， 能量低于定义的阈值。 •计算时光学元件的相对位置由空间坐标确定；对同一元件，可同 时进行穿透、反射、吸收及散射的特性计算； •无法作优化,要进行公差分析必须实用macro； 这种情况下，可以对光线进行分光，散射，衍射，反射，折射。
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Ciomp.CAS
二、将序列转换为非序列
在对序列元件进行优化、分析、公差计算后，通常 会将序列元件转换为非序列元件，进行进一步的光机分析。例如杂散光分析。
ZEMAX提供了一个方便的转换工具： Tool>Miscellaneous>Convert to NSC Group
下一步，创建探测器，重复之前的步骤
Z position: 800 Material: Blank X Half Width: 150 Y Half Width: 150 # X Pixels: 150 # Y Pixels: 150 Color: 1
《Zemax教程》课件
二次开发与定制功能
二次开发接口
Zemax提供二次开发接口，允许用户开发定制功能和插件，扩展 软件的功能范围。
定制界面和工具栏
用户可以根据自己的需求，定制界面的布局和工具栏，以及添加自 定义的工具和按钮。
集成第三方软件
通过二次开发接口，用户可以将Zemax与其他软件集成，实现数 据共享和协同工作。
《Zemax教程》 PPT课件
目录
CONTENTS
• Zemax软件简介 • Zemax基础操作教程 • Zemax光学设计实例教程 • Zemax光学仿真与性能评估 • Zemax高级功能教程 • Zemax常见问题与解决方案
01 Zemax软件简介
软件背景与发展历程
创立背景
为了解决光学设计中的复杂问题 ，Zemax软件于1997年诞生。
移动对象
使用鼠标拖动对象。
旋转对象
使用鼠标中键拖动对象。
缩放对象
使用滚轮或“+”和“-”按钮进行缩放。
文件类型与管理
.zmx
Zemax设计文件，包含光学系统的 所有信息。
.zdl
Zemax数据文件，包含光学系统的一 部分信息。
文件类型与管理
• .zpl：Zemax脚本文件，用于自动化任务。
文件类型与管理
发展历程
经过多年的研发和改进，Zemax 已经成为业界广泛认可的光学设 计软件。
软件特点与优势
01
02
03
高效性能
Zemax提供了强大的计算 引擎，能够快速进行光学 性能分析和优化。
用户友好
软件界面直观，易于学习 和操作，降低了使用门槛 。
全面功能
Zemax提供了从光学系统 设计到分析评估的完整解 决方案。
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（Spotdiagram）、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光学设计软》课件
性。
02 Zemax软件基本操作
界面介绍
菜单栏
包含所有可用的命 令和选项。
工具栏
提供常用命令的快 捷方式。
标题栏
显示软件名称和当 前打开的文件名。
工作区
用于显示和编辑光 学设计的相关数据 和图形。
状态栏
显示当前操作的状 态和提示信息。
文件操作
新建文件
创建一个新的光学设计项目。
打开文件
打开一个已存在的光学设计项目。
高效的照明模拟
Zemax可以模拟各种光源和照明条件下的光学系统性能，帮助设 计师优化照明设计。
软件应用领域
光学仪器设计
01
Zemax广泛应用于望远镜、显微镜、照相机等光学仪器的设计
和优化。
摄像头和投影仪设计
02
Zemax可以帮助设计师优化摄像头和投影仪的性能，提高成像
质量。
照明设计和分析
03
Zemax可以用于照明系统的设计和分析，提高照明效率和均匀
光学性能分析
分辨率分析
分析光学系统的分辨率，评估系统对 细节的分辨能力。
光束孔径分析
研究光束孔径大小对成像质量的影响 ，优化光束孔径配置。
波前分析
波前畸变
研究光波经过光学系统后的波前畸变情况，分析其对成像质 量的影响。
波前重建
利用Zemax软件对波前进行重建，了解光波的传播特性和变 化规律。
05
保存文件
将当前光学设计项目保存到磁盘上。
另存为
将当前光学设计项目以不同的文件名或格式保存。
工具栏介绍
01
视图工具栏
用于控制工作区的视图，包括放大 、缩小、旋转等操作。
绘图工具栏
提供绘制各种光学元件和光路的功 能。
ZEMAX入门教学
工程光学实验指导书厦门工学院电子信息工程系2014.9结合<<ZEMAX光学软件课程>>、<<工程光学课程设计>>和课件《光学设计软件应用课件》中的内容熟悉zemax软件和光学设计内容：特别要掌握zemax 软件中以下菜单的内容：1 输入透镜参数对话框：lens data editor,2 system菜单下的输入光学系统数据：general, field wavelength3. 光学性能分析(Analysis)中Lay out，Fan，RMS，MTF Seidel 像差系数各菜单4 Merit Function Editor：优化函数构建和作用在学习过以上内容的基础上，在ZEMAX软件上设计以下镜头设计(通过设计镜头熟悉zemax和光学设计理论知识,设计时需要不断去重新学习课本和课件知识，切记软件只是帮助你设计镜头，而不是代替你设计镜头）：目录实验一基于ZEMAX的简单透镜设计(Singlet) (3)实验二消色差单透镜(Achromatic Singlet) (6)实验三坐标变换(Coordinate Breaks) (8)实验四牛顿式望远镜(Newtonian Telescope) (15)实验五变焦透镜(Zoom Lens) (15)实验一基于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（Spotdiagram）、产生图层和视场曲率图及各种像差分析方法；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．实验内容这个例子是学习如何在ZEMAX里键入资料，包括设罝系统孔径(System Aperture)、透镜单位(Lens Units)、以及波长范围(Wavelength Range)，并且进行优化。
zemax实验(课堂PPT)
第三章 ZEMAX设计实例
例8 折叠反射镜面和坐标断点
加入单个反射镜面使会聚光束方向向上。反射镜面的初始位置的方向为45度。假设我 们需要反射镜面离开近轴透镜30mm的距离，就要求有3个新的镜面：一个坐标断点使坐 标系统转45度，一个反射镜面，还有另外一个使反射光旋转45度。关键的一点是：这三 个面都要求使用一个单反射镜面来实现。要加入三个表面，在像面行上任何一处单击， 使光标重新定位，按Insert键3次，将第1面（STO面）的厚度改为30，在第3面的玻璃列 输入MIRROR，再将第4面（IMA前一面）的厚度改为-70。注意70是负的，因为经过奇 数面的镜面后厚度符号改变。
第三章 ZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror）
现在，为了使镜面成为一个扫描镜，需要倾斜它。因为扫描角度为10°。所以 在45°标称位置倾斜±5°。 为了使镜面成为扫描镜，使用倾斜/偏心元件工具。 选择tools/coordinates/tilt/decenter…….
第三章 ZEMAX设计实例
例8 折叠反射镜面和坐标断点
将要学到的：更好地理解坐标断点，为倾斜和偏心系统设立的符号约定，反 射镜面的应用。
先前的课程中讲述了如何设计一个牛顿望远镜，那一课中介绍了反射镜面和 坐标断点概念，该课的重点为：
1）厚度在经过一个镜面后总是会改变符号。经过奇数面的镜面后，总厚度 应该是负的。此符号的约定与镜面的数量或坐标断点的存在无关。
要实现另一个反射镜面，单击像面使光标落在那儿， 按Insert 键3次。将第四面的厚度从-70改为-30，第6 面的玻璃改为MIRROR，第7面的厚度改为+40（再次注 意经过镜面后符号的改变），再将第5和7面的表面类 型改为坐标断点，在第5面对X轴倾斜中输入—45度。 在第7面的对X轴的倾斜
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(上学时的课件)
ZEMAX用户界面
快捷按钮栏 主菜单栏
编 辑 窗 口
主菜单栏-文件
• 新建（New） • 目的：清除当前的镜头数据。 • 说明：此选项使ZEMAX恢复到起始状态。 当前打开的窗口仍然打开，如果当前的镜 头未保存，在退出前ZEMAX将警告你要保 存镜头数据。
主菜单栏-文件
• 打开（Open） • 目的：打开一个已存在的镜头文件。 • 说明：此选项打开一个新的镜头文件。当 前打开的窗口仍然打开，如果当前的镜头 未保存，在退出前ZEMAX将警告你要保存 镜头。
实验六 折叠反射镜和坐标断点
• • • • • 分析： 1.若此例中的两次转向都用实验三中的直接添加折叠反射镜的方式来实 现，如何做到？（需列出具体步骤图） 添加第*块反射镜前的LDE: 设置欲添加第*块反射镜面的位置： 添加第*块折叠反射镜的具体实现： 添加第*面反射镜后的LDE： 2.比较两种方式得到的最后结果是否一致？
主菜单栏-分析
主菜单栏-分析
• 点列图(Spot Diagram)
主菜单栏-分析
• 调制传递函数MTF
主菜单栏-工具
• 最常用到的，就是优化工具。 • 优化的目的是提高或改进设计使它满足设 计要求。
主菜单栏-报告
• ZEMAX支持对于设ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结果的多种形式数据 的报告方式，包括整个系统的报告或者细 节到每一个面的报告。主要包括曲面数据 报告、系统数据报告、规则数据报告，图 解报告等。
实验七复杂光学系统优化设计 设计要求：
实验七 设计过程举例
• 1.仅针对主波长设计Schmidt-Cassegrain系统， 进行优化； • 2.改波长为某一次要波长，优化； • 3.插入关于新波长的2重结构，优化； • 4.关于另一次要波长及3重结构，重复第2、3步； • 5.加通光孔和遮挡板，优化； • 6.实现出射光线的转向，优化。
光学设计ZEMAX_实验讲义
光学设计ZEMAX_实验讲义光学设计是一门涉及光的传播和光学元件设计的学科。
利用光的特性和光学元件的特性，可以设计出各种光学系统，实现不同的光学功能。
ZEMAX是一款强大的光学设计软件，它可以帮助工程师进行光学设计、性能仿真和优化等工作。
本实验讲义将介绍几个常见的光学设计实验，以帮助读者了解光学设计的基本原理和技术。
在进行这些实验之前，我们需要了解一些光学设计的基本概念和知识。
首先，光线是一个波动现象，可以用射线来近似描述。
光线在光学系统中的传播遵循光的几何光学原理。
其次，光学元件是一种能够对光线进行控制和操纵的物体，如透镜、棱镜和反射镜等。
光学系统是由多个光学元件组成的，可以实现不同的光学功能，如成像、聚焦和色散等。
首先我们将介绍透镜设计实验。
透镜是一种常见的光学元件，可以将光线汇聚或发散。
透镜的成像性能与其形状和折射率有关。
在透镜设计实验中，我们将使用ZEMAX软件，选择适当的透镜形状和折射率，设计一个能够将平行光线聚焦到一点的透镜系统。
通过调整透镜的形状和位置，我们可以改变光线的聚焦性能。
接下来是棱镜实验。
棱镜是一种能够使光线发生偏折和色散的光学元件。
在棱镜实验中，我们将使用ZEMAX软件，选择适当的棱镜材料和形状，设计一个能够对光线进行偏折和色散的棱镜系统。
通过调整棱镜的角度和位置，我们可以改变光线的偏折角和色散程度。
最后是反射镜实验。
反射镜是一种能够通过反射来改变光线传播方向的光学元件。
在反射镜实验中，我们将使用ZEMAX软件，选择适当的反射镜形状和材料，设计一个能够将光线反射到预定方向的反射镜系统。
通过调整反射镜的曲率和位置，我们可以改变光线的反射角度和聚焦性能。
在实验过程中，我们需要注意一些光学设计的基本原则和技巧。
首先，要保证光学系统的成像质量和性能。
成像质量可以通过调整光学元件的参数和位置进行优化。
其次，要考虑光学系统的光线传播路径和光束直径。
光线传播路径应该尽量简洁和对称，光束直径应该符合系统的要求。
ZEMAX(上学时的课件)
• • • • • 分析： 1.若此例中的两次转向都用实验三中的直接添加折叠反射镜的方式来实 现，如何做到？（需列出具体步骤图） 添加第*块反射镜前的LDE: 设置欲添加第*块反射镜面的位置： 添加第*块折叠反射镜的具体实现： 添加第*面反射镜后的LDE： 2.比较两种方式得到的最后结果是否一致？
主菜单栏-分析
这一菜单下详细列出ZEMAX种的所有 分析功能。分析镜头数据的曲线和文本通 常包括像差、MTF、点列图、以及其他的 计算结果。
主菜单栏-分析
• 草图 • 主要是分析镜头数据的各种曲线图，常用 的包括2D、3D、实体模型、渲染模型等等， 通常都是实际要设计的镜头的外形和成像 光线的模拟图形。
实验一报告要求
• 打开安装目录下的samples\tutorial\tutorial zoom2.zmx文件，生成其3D（转角）、实 体（转角）、渲染（转角）、像差特征曲 线、OPD曲线、曲面数据报告（第7面）、 规则报告（第一屏）和图解报告4。截屏后 打印出来。
实验二报告要求
• 单透镜：生成OPD图，图解报告4，点列图， 焦点色位移图 • 双透镜：图解报告4，场曲图，焦点色位移 图
主菜单栏-系统
• 更新… 这个选项只更新镜头数据编辑器和附加 数据编辑器中的数据。更新功能用来重新 计算一阶特性，如光瞳位置，半口径，折 射率和求解值。只影响镜头数据编辑器和 附加数据编辑器中的当前数据。
主菜单栏-系统
• 全部更新 … 这个选项更新全部窗口以反映最新镜头数据。 ZEMAX不能在图形和文件窗口自动改变最后形成 的镜头数据。这是由于新数据在镜头数据编辑器 中被键入时， ZEMAX如果不断地计算MTF，光 线特性曲线，点列图和其它数据，那么程序反应 会变得很慢。对镜头做所有需要的改变，然后选 择“Update All”来更新和重新计算所有的数据窗 口。 单个曲线和文本窗口（非编辑器）也可以双 击窗口内的任意位置更新。
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》课件
与Code V的比较
总结词：用户界面友好性
Code V的用户界面相对较为复杂，学习曲线较陡峭。相比之下，Zemax的用户界面更加直观和易于使用，对于初学者和新手 更加友好。
与Code V的比较
总结词：开放性
Code V具有较强的开放性，与其他CAD和光学仿真软件具有良好的兼容性和数据交换能力。Zemax 也支持与其他软件的互操作性，但相对而言Code V的开放性更高。
实验步骤
步骤一
打开Zemax软件，创建新项目 ，设置光学系统参数。
步骤二
在软件中导入光源、镜头、探 测器等光学元件的参数。
步骤三
进行光学系统性能仿真，模拟 不同波长、不同角度的光线通 过光学系统的情况。
步骤四
采集数据，对仿真结果进行分 析和比较。
实验结果分析
结果一
分析不同波长、不同角度 的光线通过光学系统后的 能量分布情况，评估光学 系统的性能。
结果二
根据仿真结果，优化光学 系统参数，提高光学系统 的性能。
结果三
将仿真结果与实际测量结 果进行比较，验证仿真模 型的准确性。
03 Zemax光学设计实例
简单透镜设计
总结词
介绍简单透镜设计的原理和步骤，包 括焦距、光焦度、透镜形状等参数的 计算和优化。
优化设计
通过Zemax软件的光学优化功能，对 透镜参数进行优化，提高成像质量。
Zemax的学习曲线可能相对较陡峭，但一 旦熟悉其功能和操作，用户可以获得更高级
的光学设计和分析能力。
05 Zemax实验的注意事项 和常见问题
注意事项
软件安装与运行
确保计算机满足Zemax软件的最低系统要求 ，正确安装并激活软件。
实验环境设置
zemax培训教程20101226讲课文档
第二十二页，共49页。
Graphic and Text windows例子
大部分图形窗口都提供文本信息。
23
第二十三页，共49页。
Graphic and Text windows例子
点Text菜单栏，可以看到图形窗口中的文本信息。
24
第二十四页，共49页。
Graphics windows菜单功能
Lens Data
30
第三十页，共49页。
Lens data的组成
Sequential lens data-Surface data: • 面的序号; • 每个面的相关结构数据; • 光学系统的孔径;
义多重结构参数； • Tolerance Data editor：定义和编辑公差数据； • Extra Data editor: 需要很多参数的surface data的扩展；
• Non-sequential component editor: 定义和编辑NSC sources,
objects, detectors。
※中国大陆：光学、光电研究所，大学，光学公司，光学加 工厂，从事光学镜头、条形码、投影仪、背投影电视、光 通信器件、VCD及DVD读写头等的设计的公司。
5
第五页，共49页。
ZEMAX概述
6
第六页，共49页。
ZEMAX简介（I）
• Focus Software 公司产品——光学镜头设计和光学系统分析软
• Purely non-sequential(aka NSC without ports)
用于illumination,scattering,stray light analysis; 不用“ports”。
11
zemax实验
zemax实验zemax基本操作要点如要设计的系统要求：f’ = 200 mm，视场角2ω= 30o，D/f’＝1/10。
物距为：（1）物距位于有限远，近轴放大率为1；（2）物距位于无限远。
（3）Fie(Field Data 视场)视场对话框可以确定视场点。
视场可以用Angle(角度)、Object Height(物高)、Paraxial Height(近轴像高)、Real Image Height(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。
（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输入反射式物镜时，需注意以下几点：（1）反射镜的半径和其焦距有以下关系：f =r/2（即r=2000）（2）如果反射面为非球面需对Conic 数值进行修改。
（本题-1）Conic是非球面二次曲面系数Conic = 0 ——球面-1<conic<0——主轴在光轴上的椭球面< p="">Conic = -1 ——抛物面Conic < -1 ——双曲面（3）反射镜材料为MIRROR。
ZEMAX教学课程
ZEMAX教学课程转自飞达光学网第一章引言关于本说明书ZEMAX有三种不同的版本：ZEMAX-SE（标准版本），ZEMAX-XE（扩展版本）和ZEMAX―EE（工程版本）。
本手册包括了所有三个版本的使用说明，当然，如文中所述，某些特征只对其中一个或两个版本是适用的。
如果它的性能可以用在ZEMAX-XE和ZEMAX―EE中，但不能用于ZEMAX-SE，本手册中会在描述该特性时，给出如下的标识：这一功能仅用在ZEMAX中的XE和EE版本。
如果一种功能能用在ZEMAX-EE，但不能用在ZEMAX-XE或ZEMAX―SE中，则会在手册中描述该特性的地方，给出如下的标识：这一功能仅用在ZEMAX中的EE版本。
请注意XE比SE更为高级。
那就是说SE能完成的XE一定能完成，除此之外还有扩展功能。
EE也比XE要高级。
这本手册概括了ZEMAX在Micoroft Windows和Windows NT操作系统中运行的三个版本。
ZEMAX能做什么？ZEMAX是一个用来模拟、分析和辅助设计光学系统的程序。
ZEMAX的界面设计得比较容易被使用，稍加练习就能很快地进行交互设计。
大部分ZEMAX的功能都用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。
本手册提供了ZEMAX中的有关约定的解释，使用步骤的说明以及功能的描述。
ZEMAX不能做什么？ZEMAX程序或ZEMAX文件都不能教你如何去进行镜头或光学系统的设计。
虽然，ZEMAX 程序在进行光学系统的设计和分析的时候，可以帮助你做许多事情，但是设计者仍然是你。
ZEMAX文件并不是关于光学设计、术语以及方法的教程。
ZEMAX的用户可以获得技术上的支持，包括在使用过程中的帮助，但不包括基本的光学设计原理的指导。
如果，你在光学设计方面只有很少甚至根本就没有经验，你就需要去熟读有关这方面的许多好书。
下表列出了一些（但并非全部）可以帮你学习的书。
最主要的，ZEMAX并不能完全代替工程实践。
zemax培训教程总教材讲述
Ray Tracing的3种方式（I）
（1）Purely Sequential：用于传统的透镜成像系统设计； •以光学面（surface）为对象来构建光学系统模型； •光线从物面开始（常为surface 0）
•按光学面的顺序计算（surface 0,1,2…），对每个光学面只计算 一次；
•每个面都有物空间和像空间； •需要计算的光线少，计算速度快； •可进行analysis,Optimization及Tolerancing；
Session file的概念
Session file ：在保存文件时，如果选择Session file，则它包括lens file, 所有图形和文本窗口，editors,它们在屏幕上的大小和位置， 及每个窗口的设置。此时，除了一个ZMX文件以外，还有一个SES 文件。
Lens Data
Lens data的组成
NSC without ports system例子
ZEMAX用户界面
ZEMAX用户界面类型
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；
Hale Waihona Puke 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。
（2）还提供了User Defined Surface。用户只需要按照它的语法规定， 用C++语言编写DLL文件与ZEMAX相连接就可以建立自己需要的面形。
The system aperture
它是很重要的一个参数，决定入瞳的大小，它决定光学系统在物 空间收集多少光线。
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第三章 ZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror）
接着编辑输入如下值。
在3D Layout界面中点击Setting,打开设置对话框，如下设置相关参数。看 到所有三个结构都重叠了。
第三章 ZEMAX设计实例
第三章 ZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror）
更新3D图如图所示。这个工具插入了额外的两个坐标断点面，所以现在这个镜面 在45°的标称位置倾斜了5°。
第三章 ZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror）
建 立 一 个 在 45 ° 标 称 位 置 扫 描 角 为 ± 5 ° 的 模 型 。 点 击 Editor/Multiconfiguration, 打 开 多 重 结 构 编 辑 器 。 在 多 重 结 构 编 辑 器 里 点 击 两 次 edit/insert config,这样就有三个结构。双击编辑器最左边的栏。
第三章 ZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror）
使面2成为反折镜，透镜参照面1旋转90°角，点击tools/Coordinates/add fold mirror,打开对话框，输入如下值。
第三章 ZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror）
显示如下图。反折镜面后方所有面的厚度均变号。
第三章ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror）
现在，为了使镜面成为一个扫描镜，需要倾斜它。因为扫描角度为10°。所以 在45°标称位置倾斜±5°。 为了使镜面成为扫描镜，使用倾斜/偏心元件工具。 选择tools/coordinates/tilt/decenter…….
在对话框中输入如下值。
第三章 ZEMAX设计实例
例8 折叠反射镜面和坐标断点
第2系列的break-mirror-break系统将光束再转90度，因此它仍然与初始 光轴平行。由于我们已在每一系列中加入了“pickupsolves” ，就可很容 易地通过改变2个数字将光束倾斜。试着在第2和5面的“tilt about x”中 输入30和-60，然后选System，Update All可看到3维图上的影响。
zemax实验
第三章 ZEMAX设计实例
例8 折叠反射镜面和坐标断点
加入单个反射镜面使会聚光束方向向上。反射镜面的初始位置的方向为45度。假设我 们需要反射镜面离开近轴透镜30mm的距离，就要求有3个新的镜面：一个坐标断点使坐 标系统转45度，一个反射镜面，还有另外一个使反射光旋转45度。关键的一点是：这三 个面都要求使用一个单反射镜面来实现。要加入三个表面，在像面行上任何一处单击， 使光标重新定位，按Insert键3次，将第1面（STO面）的厚度改为30，在第3面的玻璃列 输入MIRROR，再将第4面（IMA前一面）的厚度改为-70。注意70是负的，因为经过奇 数面的镜面后厚度符号改变。
第三章 ZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror）
要求：设计一个扫面系统，扫描一个直径为50mm的氦氖激光光束，扫描角度10°，后面 有一个F/3的聚焦透镜系统。 分析：需要设计一个F/3的双胶合透镜，EPD为50mm，留5mm的边缘冗余量，波长为氦氖 激光的红色波长，使用N-BK7和F2玻璃材料。 菜单system/general…..设置EPD为50mm，5mm的边缘冗余量，菜单system/wavelengths…. 波长为氦氖激光的红色波长0.6328，一个FIELD.如图建立各面,如图设置各面的Thickness 、Glass。双击面5的radius，设置F number为3，其Radius自动变为-92.483261.
现在移到第2面，在“tilt about x”列里 输入45。从主菜单选System，Update All， 你将看到如图所示的图形。
第三章 ZEMAX设计实例
例8 折叠反射镜面和坐标断点
注意近轴镜片的厚度为30，位于第一个坐标断点的旋 转顶点。坐标断点的厚度是0，表示反射镜面是在同一 点上。但是，坐标断点已将坐标系统旋转了45度。镜 面本身是不旋转的，只有它所在的坐标系统，才被旋 转。镜面的厚度为0，因为我们在移到下一个面前，要 旋转另一个45度。第二个坐标断点先旋转另一个45度， 然后向焦点移动-70个单位。注意所有的倾斜和偏心处 理应在厚度改变之前。
现在更新3D图形窗口。图会被重画，你将看到从焦点发出的光，落在镜面上，再反弹 回离近轴透镜左边40mm的焦点上。反射镜面没有被倾斜。
第三章 ZEMAX设计实例
例8 折叠反射镜面和坐标断点
要使反射镜面倾斜45度，可双击第2和4面的 表面类型列，将这些面改为坐标断点，并从下 拉列表中选Coordinate Break。向右滚动屏幕 （用光标键或LDE底部的滚动条）直到出现参 量列。在第2和4面上会有一系列的0。单击第4 面的Parameter 3列，出现列头显示“Tilt About X”。在该格上双击（确信你是在第4面 上），在弹出的对话框中，下拉列表中选 Pickup作为一种求解（Solve）类型，设From Surface为2，Scale Factor为1.0。这会使第 二个坐标断点旋转始终与第一个保持同样的旋 转角。单击OK。注意在表格的值旁有个“P”， 表明是从求解（pickup solve）中得到的。
要实现另一个反射镜面，单击像面使光标落在那儿， 按Insert 键3次。将第四面的厚度从-70改为-30，第6 面的玻璃改为MIRROR，第7面的厚度改为+40（再次注 意经过镜面后符号的改变），再将第5和7面的表面类 型改为坐标断点，在第5面对X轴倾斜中输入—45度。 在第7面的对X轴的倾斜
（ tilt about x ） 上 双 击 ， 在 此 参 量 上 安 放 一 个 pick up solve。求解（pick up）是从第5面得到的， 比例因子为1。更新3D图层，应该如图所示。