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软件基础介绍
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。
ZEMAX的基础学习
zemax的基础学习MTF一般都是大于0的，所以MTF曲线坐标都是第一期限。
但有时候也会出现负值，这种情况表示像的亮度起伏与原物体相反，发生对比反转，也就是相位错动了半个周期，黑的变白，白的变黑。
如何查看高斯光束的光斑大小及能量分布在physical analysis>>pop setting>>display中可以看中文的翻译是：image space f# 表示的是有效焦距和有效孔径的比paraxial working f# 表示的是2tanU的倒数，其实只有在物距在无限远的时候才和前边的一样working f# 表示的是2SinU的倒数。
主光线是在stop光阑中心点的斜线角度。
物上视场点－入瞳中心－像面的光线，如果没有渐晕，它也会通过光栏的中心，放大镜只能放大线性的东西”这种结论。
我今天突然在ZEMAX中发现我如果做短焦的时候，比如f=2.8，看到lens data editor中相面的尺寸小于在Report/prrscription data/paraxial Image Heigh 中的象高？？请问有谁知道这个是如何产生的，为什么有这种现象☆这有什么奇怪的，难道你的系统没有畸变吗是啊，好象一个是像面上的实际像高，一个是近轴（理想）像高畸变是有正负的呀我知道了，那lens data editor中相面的尺寸是实际通光孔径，而Report/prrscription data/paraxial Image Heigh 只是理想象高，所以我觉得设计时应该以lens data editor中相面的尺寸为准，大家说对吗？错，一个点通过系统之后不可能还是一个点，是一个有大小的斑，从lens data editor中看到的数据只是最大像高的数值，不能代表实际成像的大小。
在设计的时候多考虑，软件是工具而已。
那斑竹说实际的相面尺寸应该看哪里啊，看你成像点的扩散程度由于像差的原因，实际最佳像面上每一像点（斑）大小都不一致，由于轴外（垂轴）像差的关系lens data editor中的尺寸一般系统应该够了。
光学设计软件ZEMAX简介
• 除了.ZMX文件外，还产生一个.SES文件。
两种光线追迹模式
• Sequential or Mixed Sequential/NonSequential Mode
• 序列和混合序列与非序列模式（共轴模式 ）
• Non-Sequential Mode • 非序列模式（非共轴模式）
• 用ZEMAX进行设计需要你的光学设计知 识和经验。
参考书目
• 几何光学.像差光学.设计 李晓彤著 浙江大学出版社
• 工程光学设计 萧泽新著 电子工业出版社 • 工程光学基础 徐家骅著 机械工业出版社 • 应用光学 安连生著 北京理工大学出版社 • 工程光学 郁道银、谈恒英著
机械工业出版社
ZEMAX界面
Paraxial working F/#
像空间近轴工作F数(1/2ntg)
Object Cone Angle
物空间边缘光线的半角
设定视场（Field)
可以设置12个视场，可以是下面四种形式： ﹡物方视场角（Angle(Degree)） ﹡物高（Object Height） ﹡近轴像高（Paraxial Image Height） ﹡实际像高（Real Image Height）
• 具体要求
物距100，光栏在反射镜上； 透镜厚度10，玻璃为BK7，NA=0.1，两个面的曲率 半径初始值分别为100，－100 透镜到反射镜的距离为100 物高为10，一个视场点；光源波长0.55 对spot radius进行优化 使用pick up保持曲率半径的一致
系统数据
• 包括光瞳位置与大小、倍率、F数等信息。
规格数据
• 包含了镜头的几乎所有数据。 • 包含总体数据、表面数据、表面细节、边
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初始结构参数
zemax初始结构参数Zemax是一款光学设计软件，用于模拟和优化光学系统的设计。
在使用Zemax时，我们需要确定一些初始结构参数，以便于进行后续的光学设计工作。
下面将详细介绍一些常见的初始结构参数。
1.光源参数：在Zemax中，光源参数是指光源的类型、位置、波长、亮度等。
光源类型可以是点光源、平行光源、聚光源等。
光源位置决定了系统的入射方向，一般位于光学系统的前焦点处。
波长决定了光的颜色，通常根据所设计的光学系统的应用需求来确定。
亮度表示光源的强度，一般以均匀亮度或高斯亮度来描述。
2.透镜参数：透镜是光学系统的核心元件之一，它的参数对系统的性能影响很大。
透镜参数包括透镜的类型、曲率半径、厚度、折射率等。
透镜类型可以是凸透镜、凹透镜、平面透镜等，根据设计要求选择合适的类型。
曲率半径决定了透镜的形状，一般可以根据系统需要进行调整。
透镜的厚度决定了光线通过透镜时的相位差，对于波前调制或干涉现象有重要影响。
折射率决定了光线在透镜中传播的速度和方向，一般需要根据所用材料的性质来确定。
3.棱镜参数：棱镜是光学系统中常用的元件之一，它可以改变光线的传播方向和折射角度。
棱镜参数包括棱镜的类型、入射角、折射角、厚度等。
棱镜类型可以是直角棱镜、等腰三角棱镜、重心棱镜等，根据设计需求选择合适的类型。
入射角和折射角决定了光线在棱镜中的传播方式，一般需要根据设计要求和光线的传播方向来确定。
厚度决定了光线通过棱镜时的相位差，对于干涉现象有重要影响。
4.反射镜参数：反射镜用于改变光线的传播方向，它的参数包括反射镜的类型、曲率半径、厚度等。
反射镜类型可以是平面镜、球面镜等，根据设计要求选择合适的类型。
曲率半径决定了反射镜的形状，一般可以根据系统需要进行调整。
厚度决定了光线通过反射镜时的相位差，对于干涉现象有重要影响。
5.探测器参数：在光学系统设计中，需要在某个位置上放置探测器，以测量光线的光强或波前信息。
探测器参数包括探测器的类型、位置、尺寸等。
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厚度边界值
zemax厚度边界值摘要：1.介绍Zemax 软件2.解释厚度边界值3.讨论如何在Zemax 中设置厚度边界值4.阐述设置厚度边界值的重要性5.总结正文：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设计与分析。
该软件能够通过计算、建模和优化光学系统，帮助工程师们设计出高性能的光学设备。
Zemax 支持多种光学元件，如透镜、反射镜、光栅等，可以模拟各种复杂的光学系统。
二、厚度边界值的概念在光学设计中，厚度边界值是指光学元件的厚度在一定条件下的极限值。
当元件厚度小于或大于这个值时，光学系统的性能会发生明显变化。
设置合适的厚度边界值，可以保证光学系统的成像质量和光学性能。
三、如何在Zemax 中设置厚度边界值在Zemax 中设置厚度边界值，可以通过以下几个步骤完成：1.打开Zemax 软件，创建一个新的光学设计项目。
2.在“光学系统”菜单中，选择“物镜”或“目镜”，创建一个新的光学系统。
3.在“元件库”中，选择需要设置厚度边界值的元件，如透镜或反射镜。
4.在元件的属性中，找到“厚度”选项，并输入合适的厚度值。
5.点击“优化”按钮，开始优化光学系统。
6.在优化过程中，Zemax 会自动计算并调整元件厚度，以达到最佳的光学性能。
四、设置厚度边界值的重要性设置合适的厚度边界值，对于保证光学系统的性能至关重要。
如果元件厚度过小，可能导致光学系统的像差增大，影响成像质量；而元件厚度过大，可能导致光学系统的透过率降低，影响光学性能。
因此，合理设置厚度边界值，可以提高光学系统的整体性能。
五、总结Zemax 是一种强大的光学设计软件，能够帮助工程师们设计出高性能的光学设备。
在设计过程中，合理设置元件厚度边界值，可以保证光学系统的成像质量和光学性能。
《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。
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
33
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 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。
29
06 ZEMAX高级功能 与应用拓展
2024/3/23
30
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。
14
03 Zemax基本操作与实例 演示
2024/2/2
15
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。
24
05 实战演练：典型光学系统 设计案例
2024/2/2
25
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。
6
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。
34
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
2024/2/2
35
解答
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
1Zemax软件的工作窗口
菜单栏工具栏LDE
表面类型曲率半径厚度玻璃半口径
Figure 1 Zemax默认的工作窗口
2Zemax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
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，最横坐标是空间频率lp mm
大是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。