Zemax软件设计教程幻灯片
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《Zemax教程》课件
能和操作。
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。
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培训课件
编辑项目
编辑项目的方法
用户可以通过zemax的菜单栏或右键菜 单选择编辑项目，也可以通过快捷键 Ctrl+E来编辑项目。
VS
编辑项目的步骤
编辑项目时，用户可以修改项目的各种参 数，如系统名称、波长、视场等，还可以 添加或删除组件、改变组件的位置和属性 等。
光线追迹的高级功能
01
02Βιβλιοθήκη 03光线分束zemax支持对多条光线进 行追迹，并可以设置每条 光线的初始状态和属性， 如能量、偏振态等。
光学材料的分类
光学材料包括透明材料和不透明材料两大类，透明材料如玻璃、水晶等，不透 明材料如金属、陶瓷等。
光学材料的属性
光学材料的属性包括折射率、透射率、反射率、色散等，这些属性对光线的传 播和出射有不同的影响。
导入和导出文件
导入文件
zemax支持导入多种类型的文件，包括.zem文件、.opt文件、.zmx文件等，用户可以通过导入功能将这些文件导 入到zemax中。
导出文件
zemax支持导出多种类型的文件，包括.zem文件、.opt文件、.zmx文件等，用户可以通过导出功能将zemax中 的文件导出到其他应用程序中。
建立新项目
新建项目的方法
用户可以通过zemax的菜单栏或右键菜单选择新建项目，也可以通过快捷键 Ctrl+N来新建项目。
新建项目的步骤
新建项目后，用户需要选择一个模板，设置项目名称、保存路径等参数，然后就 可以开始设计光学系统了。
zemax界面主要包括菜单栏、工 具栏、项目浏览器、工作区等部 分。
工具栏包括常用工具、快捷键等 。
工作区包括设计界面和仿真界面 ，可以方便地进行光学设计和仿 真分析。
02
《Zemax教程》课件
第四章：Zemax光学系统的设计
光学系统分析与优化
解释如何使用Zemax的分析工 具，并改善系统的性能。
光学系统的布局
光学系统的调整与测试
讲解如何选择和排布光学元件， 优化系统总体性能。
介绍如何使用Zemax的仿真和 实验工具，检查和测试系统性 能。
第五章：Zemax高级功能
1
光源设置与分析
讲解如何设置和分析光源参数，并优化光学系统的表现。
第三章：Zemax光学元件的设计
1
元件库
介绍如何使用Zemax的光学元件库，
元件定制
2
Байду номын сангаас
并给出常见元件的用途。
讲解如何创建自定义光学元件，并优
化元件的性能。
3
对称元件的设计
讲解如何在Zemax中设计对称光学元
非对称元件的设计
4
件，优化其性能。
教授如何在Zemax中设计非对称光学 元件，并提高其性能。
2
材料设置与分析
教授如何更改系统中材料的属性和参数，以达到最优结果。
3
Zemax与其他软件的集成
说明如何将Zemax与其他工具（如Matlab、Python和CAD软件）进行集成，以 增强系统功能。
第六章：Zemax应用案例
透镜系统设计
介绍如何使用Zemax设计普通的透镜系统，以及如何应对一些特殊情况。
列出使用Zemax软件的一些著 名公司和研究机构。
第二章：Zemax基础
安装与启动
了解如何下载，安装和启动Zemax软件。
界面介绍
熟悉Zemax的主要功能窗口，如Editor、 Layout和Settings等。
基本操作
熟悉常用的功能按钮和命令，如新建、保存、 撤销、旋转等。
《zemax软件培训》课件
高级优化算法
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》PPT课件
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。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。最主要的， ZEMAX并不能完全代替工程实践。在一个设计完 成之前，必须要一个有资格的工程师对软件所得 的计算结果进行检查，以判断结果是否合理。
Rings：设置某个波长的每个 例如：系统设置了一个中心视场，2
视场追迹的光线环数
个离轴视场，三个波长，按照Ring－
Arms：设置每个追迹环上的 3，Arms＝6来计算，对于对称系统追
光线数
迹的总光线为：3×（3＋3×3＋3×3）
＝63条光线。对于非对称系统，追迹
的总光线为：3×（3×（3×6））＝
一面。
精选ppt
23
步骤五、输入glass和各面Radius 和Thickness。在STO面的Glass中写 入BK7。2面的Radius设为100，透镜厚度设为4，像距设为100。注 意，Radius的符号。
精选ppt
24
现在镜头的输入资料已大致完毕。怎麼检验 你的设计是否达到要求呢？
精选ppt
例如：Grid＝4×4，表示每个视 场每个波长追迹16条光线。
注意：这种计算方法的精度和速 度都比Gaussian quadrature 差。一般不使用。
精选ppt
4×4
36
现在看一下Default Merit Function的设置结果
DMF的作用是将RMS wavefront error 减至最低 。但是，这些设置还不够，至少还要 设置焦距参数。EFFL＝100
Rings：设置某个波长的每个 例如：系统设置了一个中心视场，2
视场追迹的光线环数
个离轴视场，三个波长，按照Ring－
Arms：设置每个追迹环上的 3，Arms＝6来计算，对于对称系统追
光线数
迹的总光线为：3×（3＋3×3＋3×3）
＝63条光线。对于非对称系统，追迹
的总光线为：3×（3×（3×6））＝
一面。
精选ppt
23
步骤五、输入glass和各面Radius 和Thickness。在STO面的Glass中写 入BK7。2面的Radius设为100，透镜厚度设为4，像距设为100。注 意，Radius的符号。
精选ppt
24
现在镜头的输入资料已大致完毕。怎麼检验 你的设计是否达到要求呢？
精选ppt
例如：Grid＝4×4，表示每个视 场每个波长追迹16条光线。
注意：这种计算方法的精度和速 度都比Gaussian quadrature 差。一般不使用。
精选ppt
4×4
36
现在看一下Default Merit Function的设置结果
DMF的作用是将RMS wavefront error 减至最低 。但是，这些设置还不够，至少还要 设置焦距参数。EFFL＝100
《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软件设计教程(共85张PPT)
VDX,VDY,VCX, VCY,VAN是用来 设置渐晕因子的
Wav
ZEMAX最多允许定义12个波长，必须指定参考波长，可以根据不同波长的重要
性，设定不同的权重。
波长的单位为微米。
Select-〉功能可以选择多种默认的波长
Lens Data Editor
一定存在的3个表面：OBJ、STO和IMA
对于后者，除了图形窗口，如果你要查看文本窗口的内容，点击菜单栏中的 “Text”
Dialog boxes
用来编辑其他窗口或系统的数据，比如General，Field Data， Wavelength Data，Glass Catalog，Lens Catalogs……
序列模式
这种模式下的光学设计和仿真可按照下列步骤进行：
在这里定义和编辑优化函数
• Multi-Configuration Editor
给变焦距透镜和其它的多结构系统定义参数变化表
• Tolerance Data Editor
定义和编辑公差
• Extra Data Editor
一个扩展的透镜数据编辑器，为那些需要很多参数才能定义的表面准备的，比如表面类型 Binary 2
中的θ是实际边缘光线与光轴的夹角
Fie
ZEMAX支持4种不同视场形式： Field angle: XZ和YZ平面上主光线与Z轴的夹角。常用于无限共轭系统。 Object height: 物面上X，Y高度。常用于有限共轭系统。 Paraxial Image height: 像面上的近轴像高。用于需要固定像的大小的设计中（只用于近轴 光学系统中） Real image height: 像面上实际像高。用于需要固定像幅的设计中（如camera lenses）。
Wav
ZEMAX最多允许定义12个波长，必须指定参考波长，可以根据不同波长的重要
性，设定不同的权重。
波长的单位为微米。
Select-〉功能可以选择多种默认的波长
Lens Data Editor
一定存在的3个表面：OBJ、STO和IMA
对于后者，除了图形窗口，如果你要查看文本窗口的内容，点击菜单栏中的 “Text”
Dialog boxes
用来编辑其他窗口或系统的数据，比如General，Field Data， Wavelength Data，Glass Catalog，Lens Catalogs……
序列模式
这种模式下的光学设计和仿真可按照下列步骤进行：
在这里定义和编辑优化函数
• Multi-Configuration Editor
给变焦距透镜和其它的多结构系统定义参数变化表
• Tolerance Data Editor
定义和编辑公差
• Extra Data Editor
一个扩展的透镜数据编辑器，为那些需要很多参数才能定义的表面准备的，比如表面类型 Binary 2
中的θ是实际边缘光线与光轴的夹角
Fie
ZEMAX支持4种不同视场形式： Field angle: XZ和YZ平面上主光线与Z轴的夹角。常用于无限共轭系统。 Object height: 物面上X，Y高度。常用于有限共轭系统。 Paraxial Image height: 像面上的近轴像高。用于需要固定像的大小的设计中（只用于近轴 光学系统中） Real image height: 像面上实际像高。用于需要固定像幅的设计中（如camera lenses）。
《zemax培训教程》课件
总结词：安装问题
详细描述：在进行zemax安装过程中，可能会遇到各种问题，如无法下载、安装中断、无法运行等。
解决方案：首先检查硬件和系统要求是否符合zemax标准，其次确保在官网或指定渠道下载zemax安装包，避免因下载不完整或受污染的文件导致安装问题。另外，根据具体问题，可以参考zemax官方文档或寻求专业人士帮助。
zemax的发展历程
成长阶段
zemax在2000年发布了其首款产品zemax optical design，此后便开始不断推出新的产品和服务，扩大市场份额。
成熟阶段
zemax在2010年成为纳斯达克上市公司，拥有超过500名员工，服务全球超过30个国家和地区。
zemax software
01
zemax software是zemax的主打产品，是一款专业的高速的光学设计软件，可以用于各种光学系统设计，包括相机、望远镜、投影仪等。
总结词
详细描述
解决方案
zemax基础操作过程中遇到的问题及解决方案
高级操作问题
zemax高级操作过程中遇到的问题及解决方案
zemax高级操作涉及优化算法、公差分析、像差校正等复杂的光学设计技巧。在操作过程中可能会遇到算法错误、公差分析不准确、像差校正失败等问题。
首先熟悉zemax高级操作菜单和功能，理解算法原理和应用范围。其次，针对公差分析和像差校正问题，需要掌握zemax自带的公差分析和像差校正工具使用方法，同时结合实际设计需求进行操作。如果遇到困难，可以参考zemax官方文档或寻求专业人士帮助。
VR/AR 头盔设计
通过一个 VR/AR 头盔设计的实际项目案例，让学员掌握 Zemax 在 VR/AR 头盔设计方面的应用，包括对头部跟踪系统的设计、视场角的优化等。
《zemax培训教程》课件
3 Zemax的使用价值
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
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
《zemax培训教程》课件
详细描述
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
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
光学设计软件ZEMAX简介 ppt课件
PPT课件
3
ZEMAX界面
PPT课件
4
ZEMAX是焦点公司的产品，在大陆的代理 商是讯技光电科技(上海)有限公司。 共有三个版本 Zemax-se (标准版) Zemax-xe (完整版) Zemax-ee (专业版)
PPT课件
5
ZEMAX能够辅助你设计光学系统，但不 能教你如何去进行镜头或光学系统的设计， 更不能自动智能设计。
PPT课件 10
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）
PPT课件
11
PPT课件
12
非共轴模式
以物件之观念建构模型。 无顺序之考虑。 对同一物件可同时计算穿透,反射,吸收及散 射。 需模拟大量光线(需较长时间)。 最接近真实光线之行为。 无法作优化及公差分析。
PPT课件 39
编辑菜单
镜头数据 评介函数 多重结构 公差数据 附加数据
PPT课件
Non-Sequential Mode 非序列模式（非共轴模式）
PPT课件
37
共轴模式（常用）
以光学面来建构模型。 计算时考虑光学面之顺序。 各光学面只计算一次。 计算速度快,时间短。 可作优化计算(Optimization) 及
公差分析(Tolerance)
PPT课件 38
打开Default merit function对话框，选择 RMS spot radius作为优 化数据，加入边界约束条件。
zemax基本介绍和操作PPT学习课件
可进行优化和公差分析
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
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
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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
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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教程》PPT课件
光学系统仿真流程
建立光学系统模型
根据实际需求，选择合适的光学元件和参数 ，构建光学系统模型。
设置仿真参数
确定仿真波长、光源类型、探测器参数等， 以模拟实际光学系统的工作环境。
运行仿真
通过光线追迹算法计算光线在光学系统中的 传播路径和成像质量。
结果分析
对仿真结果进行分析，包括光斑形状、能量 分布、像差等，评估光学系统性能。
非球面设计流程
详细阐述非球面设计的步 骤，包括初始结构选择、 优化算法设置等。
非球面设计实例
通过具体案例展示如何在 zemax软件中进行非球面 设计，并分析设计结果。
多层膜系设计技术
多层膜系基本概念
解释多层膜系的构成、工作原理及在光学系统中的应用。
多层膜系设计方法
介绍多层膜系设计的常用方法，如等效折射率法、传输矩阵法等。
zemax软件应用领域
照明设计
灯具、光源、反射器等
成像系统
相机、望远镜、显微镜等
非成像系统
投影仪、激光器等
光纤通信系统
光纤、光缆、光器件等
zemax软件特点与优势
强大的光学设计能力
支持多种类型的光学系统设计，包括成像 和非成像系统，能够实现复杂的光学模拟 和分析。
友好的用户界面
界面简洁直观，易于上手，同时提供详细 的帮助文档和教程，方便用户学习和使用 。
处理
03
可在Matlab中调用Zemax进行光学仿真和优化
与专业光学设计软件集成方法
01
通过Zemax的OpticStudio API与其他光学设计软件进行 集成
02
可实现与其他光学设计软件的 数据交换和共享
03
可在其他光学设计软件中调用 Zemax进行联合设计和仿真
《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教程》幻灯片
Ray Tracing的3种方式〔III〕
〔3〕 Purely Non-sequential(aka NSC without port) •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，直到它遇到以下情况才终止： 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 展穿透、反射、吸收及散射的特性计算； •无法作优化及公差分析；
《zemax教程》幻灯片
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
国内外光学设计软件情况
※国内情况： • 北京理工大学(SOD)，南京理工大学等自编光学设计软件。 ※国外情况： • Optical Research Associates: Code V • Lambda: OSLO等。
Sequential system例子
Ray Tracing的3种方式〔II〕
〔2〕Hybrid sequential/non-sequential(aka NSC with ports) •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； •光线从input port进入non-sequential group；从exit port 离
等。
ZEMAX Editors界面
有很多种： Lens data editor: 根本的lens data，包括surface type, radius,
thickness, glass,etc. Merit function editor:优化时，定义和编辑merit function； Multi-Configuration editor：为变焦镜头和其它多重构造系统定义多
《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
相关主题
- 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)。
等等。
（5）工具菜单（Tools）：可以改变镜头数据或对整个系统进行复杂的计算。这些包 括优化计算、公差、套样板、执行宏语言程序等。
（6）报告菜单（Reports）：用文本方式记录镜头设计结果。 （7）宏指令菜单（Macros）：用于编辑和运行目录文件。 （8）扩展命令菜单（Extensions）：用于扩展命令功能，这是ZEMAX的编辑特性。 （9）帮助菜单（Help）：提供在线帮助。
3/24/2020
6
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
•Non-Sequential Components Editor
在这里定义光源、光学对象、探测器
3/24/2020
123/24/202013Editors
1. 镜头数据编辑器（Lens Data Editor）
1. 插入/删除面数据（Insert/Delete Surface0),
2. 输入面注释（Entering Surface Comments),
• Merit Function Editor
在这里定义和编辑优化函数
• Multi-Configuration Editor
给变焦距透镜和其它的多结构系统定义参数变化表
• Tolerance Data Editor
定义和编辑公差
• Extra Data Editor
一个扩展的透镜数据编辑器，为那些需要很多参数才能定义的表面准备的， 比如表面类型Binary 2
Gregory Hallock
Practical Computer-Aided Lens Design
R. E. Fischer
Optical system design
Smith，Warren
Modern Lens Design
Laikin
Lens Design
3/24/2020
5
使用ZEMAX的三种方式
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。
ZEMAX有三种版本：ZEMAX-SE（标准版）、ZEMAX-XE（扩 展版）、ZEMAX-EE（工程版）。只有ZEMAX-EE的功能最为全 面。
3/24/2020
3
ZEMAX应用
ZEMAX可以用于相机镜头、望远镜、显微镜、 照明系统、显示系统、干涉仪、光通讯器件等 各光学系统的设计和仿真
3/24/2020
4
ZEMAX不能做什么？
ZEMAX软件和使用手册都不会教您如何设计镜头和光学系统。 ZEMAX功能是很强大，但是把握和引导光学系统的设计、优化方向， 判断系统性能的只能是你。如果你对光学设计感兴趣，推荐书单：
作者
书名
袁旭沧/张以谟
光学设计/应用光学
Joseph M. Geary Introduction to lens design: with practical ZEMAX example
8. 确定光阑面（Defining the Stop Surface）、
3/24/2020
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Editors
9. 选择面型（Selecting Surface Type） 10. 各面通光口径的确定（Specifying Surface Aperture） 11. 设置和撤销求解（Setting and Removing Solves） 12. LDE窗口的菜单选项（Menu Options）
3/24/2020
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文件菜单（File）
3/24/2020
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Editors
ZEMAX中的editors本质上是为满足透镜设计程序而专门设计的电子数据表：
• Lens Data Editor
输入基本的镜头数据，包括表面编号、注释、表面类型、表面曲率半径、 厚度、玻璃、口径半径、二次常数、热膨胀系数和膜层数据
Completely sequential： *应用于传统的镜头设计和大多数的成像系统 *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 *必须使用“ports”作为光线进出非序列元件组的端口 Completely non-sequential *应用于照明、散射和杂光分析。光线沿任何物理上有效的路径传输 *这种模式下非序列元件不使用“ports”
3/24/2020
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ZEMAX的用户界面
ZEMAX的用户界面有四种允许输入和分析系统数据的窗口：
• Editors
定义和编辑光学表面和其他数据
• 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，或者用来报告错误信息和其他的一些 目的。
3/24/2020
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ZEMAX的主窗口
（1）文件菜单（File）：用于文件的打开、关闭、保存、重命名。 （2）编辑菜单（Editors）：用于打开或关闭编辑器。 （3）系统菜单（System）：用于确定整个光学系统的属性。 （4）分析菜单（Analysis）：不能改变镜头数据，只是从给定的镜头数据中计算出 结果，用数字或图形表示。这些结果包括轮廓图、像差曲线图、点列图、衍射计算
3. 输入半径数据（Entering Radius Data）
4. 输入厚度数据（Entering Thickness Data）
5. 输入玻璃数据（Entering Glass Data）
6. 输入半径数据（Entering Semi-Diameter)
7. 输入二次曲面数据（Entering Conic Data）
ZEMAX光学软件课程
3/24/2020
1
ZEMAX简介
3/24/2020
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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，平衡优化成像系统的像差，分析评价成像质量，给光学系 统分配合适的公差等方面。