zemax应用举例-公差分析
zemax公差教程
一. 设定Tolerance Data1. 一般情况我们可以利用Zemax 的Default Tolerances 进行设置，在Tolerance Data Editor 中Tools 菜单下有Default Tolerances 选项。
弹出如下对话框:在此对话框可以对各面的R值，TC,偏心(Decenter),倾斜(Titlt),不规则度(Irregularity) 及材质的公差进行设定。
各项意义如下：Surface Tolerances 一列Ｒadius.(半径公差)，它可以使用一个具体的量(Millmeters 此为Lens Unit)作为限制，也可使用干涉条纹数(Fringes)做为限制。
Thickness(中心厚度),它以当前ZemaxFile 中的Lens Unit 做为单位。
Decenter X/Decenter Y 偏心公差差Tilt X/Tilt Y 面的倾角S + A Irreg Spherical and Astigmatism 不规则度(仅对于Standard Surface Type)Zern Irreg 泽尔尼克不规则度(Zernike Irregularity)Index 玻璃材质折射率Abbe 玻璃材质色散系数Element Tolerances 一列只有Decenter 及Tilt 的设定，其意义同上，但与Surface Tolerances 的区别是它将应用一个元件而不是一个光学表面。
Start At Row 设定由Default Tolerances 在Tolerances Data Editor 中的启始行。
Use Focus Comp (使用后焦补偿) 如果确认（打勾），则在Tolerances Data Editor 中第一行会出一项有关Compensator（补偿）的设定。
2.其它功能在Tolerance Data Editor 的Tools 菜单中还有如下功能：Loosen 2x 将现有各项Operands 的Min 及Max 值放大一倍Tighten 2x 将现有各项Operands 的Min 及Max 值缩小一倍Sort by Surface 将现有各项Operands 以Surface number 排序(递增)Sort by Type 将现有各项Operands 以其类型排序(递增)Save 将现有的Tolerance Data 存入一个文件Load 从现有的Tolerance Data 文件中导入相应数据二. 执行Tolerancing在Zemax 的Tools 菜单下选取Tolerancing,执行公差计算。
怎样在ZEMAX序列模式里进行公差分析
怎样在ZEMAX序列模式里进行公差分析摘要这篇文章是对镜头进行公差分析的概览。
对于公差分析的新手而言，它也是应该阅读的第一篇文章。
作者Mark Nicholson译者YOng导语公差分析是考虑制造缺陷和对准误差对镜头性能影响的过程。
这篇文章是公差分析过程的概览，并且试图成为新手理解公差分析过程的第一篇文章。
其他的Knowledge Base文章将给出更多针对特定情形的建议和指导。
假设我们的任务是设计一款需要量产的激光扩束镜。
1/e2全宽是2.5mm的氩离子激光需要扩束3倍，并且2倍光束全宽处的RMS波前误差不能超过1/20 (假设测得激光光斑全宽为5mm)。
文章末尾可以下载的ZEMAX样例文件使用了两个平-凸透镜，系统标称性能远远超出了生产要求，注意到最大标尺是0.01波长，所以PV OPD误差小于1/200。
RMS波前误差(通过建立波前误差绩效函数得到)只有2.15×10-3波长，可能小于你从可视化的OPD图中看到的。
注意到系统孔径定义设置为“高斯切趾”，入瞳直径是5mm，并且切趾因子是2，所以入瞳边缘的光束强度已经降到了峰值强度的1/e4=1.8%。
这就是为什么系统的规格要求很关键了！因为高斯光照明时入瞳边球差的变化比均匀照明时球差变化小，因此1/e2直径5mm激光束照明时系统的RMS OPD是-2×10-3波长，而被均匀光照明时，相同系统的RMS OPD是3×10-3波长。
我们现在将要考虑制造公差对系统性能的影响。
制造公差公差分析是关于考虑制造误差的过程，这样用于最终生产的(as built)设计才满足想要达到的规格要求。
为了成功地进行公差分析，你应该知道透镜生产中的制造和测试方法，那样你的设计才能与现实的生产流程匹配。
制造和测试透镜的方法很多，ZEMAX给你提供了各种方法模拟它们。
此时，我们假设透镜由传统的手动抛磨工艺制造，同时进一步假设：制造公差可以通过Editors→Tolerance Data及Tools→Default Tolerances 添加。
ZEMAX中文说明（精品）
关于数据域编号需要直到一个非常重要的事情。
如果它的值为零，则执行宏指令，得到OPTRETURN 0 中的值。
然而，如果数据域编号不是零，那么不执行宏指令，而代替使用前面调用该宏指令时储存的数值。
这种约定有着实质性的好处。
如果宏指令计算了许多数值，它们所有都需要被优化，则这个宏指令只要调用一次，而多次使用ZPLM 操作数就可以得到这个数据。
这比多次调用宏指令有效得多。
例如，假设名为ZPL11.ZPL 计算三个数值，它们三个都需要优化。
在这个宏指令中将使用OPTRETURN 来储存这三个数据：OPTRETURN 0=xOPTRETURN 1=yOPTRETURN 2=z那么在评价函数中用三个ZPLM 操作数来摘录这个数据，仅调用一次这个宏指令来执行优化：ZPLM 11 0ZPLM 11 1ZPLM 11 2仅在ZPLM 11 0 中调用宏指令ZPL11.ZPL。
注意，仅当Int2 的值为零时，可以使用Hx、Hy、Px、和Py 的值，因为仅在这种情况下，宏指令才被求值。
最后，在宏指令执行过程中镜头数据不能有任何改变，这一点十分重要。
这些改变将涉及到后面其他操作数求值。
ZEMAX 不能将已经求值的镜头数据恢复到对ZPLM 指定的宏指令求值之前的状态。
同样，ZPLM 也不应用在默认评价函数的中间，而应该放在ZEMAX 默认定义的那部分评价函数的前面或后面。
如果在宏指令操作的过程中镜头数据被改变了，ZEMAX 将无法知道哪个数据被改变了，而且不能不能将镜头数据恢复到没改变时的原始状态。
只允许ZPL 宏指令执行对镜头数据的拷贝数据进行优化，而不是对实际数据进行优化，这样可以避免出现上述情况，然而这个功能当前不被支持。
其原因是有时候宏指令在对后面的操作数进行求值之前需要改变镜头数据。
在这种情况下，应执行两个宏指令。
第一个应按要求修改数据，第二个应将数据恢复到原始条件。
这两个宏指令，和执行改变镜头数据的插入操作数一起，都可以在评价函数编辑界面中列出。
zemax 光学设计 公差分析 结果进行分析
第 1 页 共 17 页翻译说明: 英文原文在中文后,对中文有疑议可参阅原文.本人尽量保证译文的准确, 但不对因译文翻译错误造成的任何问题,损害负责. -- iip@ ZEMAX 用户知识库 - /kb 如何对光学设计的公差分析结果进行分析 /kb/articles/109/1/How-to-Analyze-Your-ToleranceResults/Page1.html 丹 希尔 2006 年 6 月 19 日发布 很多情况下,对于公差进行详细的翻译是有用的.在 Zemax 的公差分析中, 你可以保存每个蒙特卡罗样本的结果或者在敏感分析方法的时候针对每个公差 的改变进行逐一的保存变化了文件.本文就是告诉你如何使用这一方法的. 介绍 Zemax 提供一个内置的公差分析的功能,你可以用它对你光学系统进行全面 和精确的公差分析. 虽然,Zemax 在计算每个公差的时候是"暗箱操作",但 Zemax 还是给了你 可以了解一些更详细的信息办法. 这里有两种不同的方式可以用来在 Zemax 计算时保存中间的结果. 第一种方法是在公差数据编辑器中输入公差控制的操作符 SAVE,就可以在 每个你想监控的公差变化后进行标记. 比如假设你有个公差操作符 TEDX(元件公差对于 X 的偏心),在进行敏感 分析后,结果你很不满意.因此,你可以通过在公差数据编辑器在 TEDX 操作符 后添加 SAVE 命令.在下次公差分析运行的时候,Zemax 将会保存一个 TEDX 公差 变化时的 zmx 文件,这样你就可以随后进行分析和浏览了. 设置 SAVE 公差控制操作符的方法 为了演示, 我们用一个单透镜来看对于 X 轴的倾斜的变化将会如何影响一个 系统的 RMS 点半径. 文件: Single Element Lens.ZMX (在文章的最后)(译者:相关文件在 zemax 网站上可以下载) TETX 是控制元件在 X 轴倾斜量的公差操作符.在这个例子中,我们设置环 绕 X 轴+/- 0.5 度的倾角误差.单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@第 2 页 共 17 页在公差分析中按照如下进行设置 (注意设置同轴焦距为调节参数):在使用敏感分析的时候,我们可以看到由于 TETX 设置的变化,光学系统质 量 RMS 点半径变化的情况.单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@第 3 页 共 17 页在这个例子中,倾斜并没对 RMS 点半径有过多的影响,但是我们还是可以通 过保存的 zmx 文件了解更多的公差信息. 在公差数据编辑器在 TETX 下边,插入 SAVE 公差控制操作符.SAVE 命令允许你通过指定 "File#"参数的方法指定要保存的文件号码. 文件会保存为 TSAV_MIN_xxxx.ZMX 和 TSAV_MAX_xxxx.ZMX 文件, 分别对应着最小 公差和最大公差的情况.在这个例子中 SAVE 的参数设置为 5,因此最小公差文 件名将是 TSAV_MIN_0005.ZMX. 注意,文件将保存在当前镜头文件的目录中. 再一次运行公差分析,SAVE 命令将运行并保存适当的公差文件.(译者: 我的 Zemax 版本比较早,SVAE 命令只能保存一个最大公差文件.) 在公差分析结束后,就可以打开 TSAV_MIN_0005.ZMX 文件,你会发现镜头数 据编辑器里面的设置有了变化.为了使元件能相对于 X 轴进行倾斜,Zemax 插入 了一对儿坐标分离面(Coordinate Break Surfaces)和一些 solves 来实现倾斜 的结构.Zemax 还会添加注释对改变进行描述.可注意到对于第 6 面有个求边缘 光线高度的参数,这正是我们使用同轴焦点作为补偿参数的结果.单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@第 4 页 共 17 页这样,我们就可以很清晰的了解 zemax 是怎么实现我们对公差的要求的了. 更重要的是我们能通过这个对我们感兴趣的结构进行分析. 另外,在保存的文件中,我们还能通过查看价值函数得到 RMS 点半径标准. 这个标准正是在公差分析输出的结果采用的数据!单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@第 5 页 共 17 页保存蒙特卡罗公差样本文件 就像 SAVE 公差控制操作符用的一样,你可以在蒙特卡罗测试的时候保存每 个测试的结构和结果.这个功能就存在于公差分析的对话框中.在对话框最上部 分.你可以设置你想运行多少个蒙特卡罗样本,同样也可以输入你需要保存多少 个蒙特卡罗样本的 zmx 文件供随后分析使用. (译者:不同的 Zemax 版本公差分析对话框的布局不同)单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@第 6 页 共 17 页保存蒙特卡罗样本的好处同使用 SAVE 类似,而且由于蒙特卡罗样本是同时 考虑了所有误差条件都存在的情况下,镜头的变化情况,因此你可以通过对某个 样本进行分析,并修改其中的一些参数进行研究. 蒙特卡罗样本的 zemax 文件和原文件同样保存在一个目录中, 文件名是类似 MC_T000x.zmx. 这里是从 1 到最大指定的需要保存的蒙特卡罗样本文件的数量. x单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@第 7 页 共 17 页在多数情况下,你并不需要一个一个的去了解蒙特卡罗样本,有时候仅仅通 过公差分析结果你就能了解那几个蒙特卡罗样本文件是需要你最后仔细关注:总结和参考 对光学系统公差分析最重要的是,你需要了解结果的意义.有时候一个公差 或者蒙特卡罗样本会出现可疑的结果,这就需要你进一步的分析.SAVE 操作符 和在公差对话框中保存蒙特卡罗样本可以有效的帮助你解决这些问题. 参考资料 ZEMAX 光学设计程序用户手册, ZEMAX Development Corporation单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@第 8 页 共 17 页ZEMAX Users' Knowledge Base - /kb How to Analyze Your Tolerance Results /kb/articles/109/1/How-to-Analyze-Your-ToleranceResults/Page1.html By Dan Hill Published on 19 June 2006 Many times it is useful to analyze your tolerances in detail. In ZEMAX's tolerance analysis, you may save the tolerance results for each Monte Carlo file, or you may save each tolerance in the sensitivity analysis indidvidually in ZEMAX file format. This article describes how to take a closer look at what ZEMAX does internally to model each and every tolerance in your design. Introduction ZEMAX offers a built-in tolerancing feature which you may use to perform a complete and accurate tolerance analysis of your optical system. Although ZEMAX performs the calculation of each tolerance "behind the scenes," ZEMAX also gives you the option to view what it is doing more closely; the operation of the tolerance feature is not always transparent. There are two different methods to saving the modifications that ZEMAX made to your lens file to calculate the change in criteria as a function of the specified tolerance(s). The first option may be defined in the Tolerance Data Editor as a tolerance control operand. The SAVE tolerance control operand can be used after any tolerance you would like to inspect in more detail. For example, suppose that you had a tolerance operand TEDX (tolerance on element decenter in X) in the Tolerance Data Editor. After reviewing the resulting sensitivity analysis, the results did not appear to make sense. As a result, you may edit the Tolerance Data Editor by adding a SAVE command after the TEDX operand. The next time the tolerance analysis is run, ZEMAX will save the file used to compute the TEDX tolerance, which you may view as a ZEMAX lens file.Applying the SAVE Tolerance Control Operand To demonstrate, consider a single element for which you would like to know how the RMS Spot Radius changes for a tilt tolerance about the X axis.单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@第 9 页 共 17 页FILE:Single Element Lens.ZMX (attached to last page of article)TETX is the operand for tolerance on element tilt about the X axis. In this case, the single element has a tilt tolerance of +/- 0.5 degrees.Running the tolerance with the following settings (note that Paraxial Focus is set as the compensator):In the Sensitivity Analysis of the tolerance output, we can see the criteria value as well as the change in criteria as a function of our TETX tolerance.单纯的下载和保存,并不能掌握知识. -- iip@第 10 页 共 17 页In this case, the tilt did not affect the RMS Spot Radius very much, but we can review what ZEMAX has done more closely by saving the file ZEMAX internally constructed to perform this perturbation. In the Tolerance Data Editor, under the TETX line, insert a SAVE tolerance control operand.The SAVE command allows you to save the previous tolerance to a ZEMAX Lens File with the specified "File #." A file will be saved for both the maximum and minimum tolerance. The file names will be TSAV_MIN_xxxx.ZMX and TSAV_MAX_xxxx.ZMX for the min and max tolerance analysis, respectively, where xxxx is the integer number specified in the Int1单纯的下载和保存,并不能掌握知识. -- iip@第 11 页 共 17 页column. In this case, the integer number is 5, so the minimum tolerance file will be TSAV_MIN_0005.ZMX. Note that the saved file is saved intothe same directory as the current lens file.Run the tolerance analysis once more with the SAVE operand in place (use the same tolerance settings). Once the analysis is complete, open the TSAV_MIN_0005.ZMX file from the appropriate directory. Note the modifications made to the Lens Data Editor. To tilt the element about the X axis, ZEMAX inserted a pair of Coordinate Break Surfaces with the appropriate solves and values. ZEMAX even places text in the Comment column to indicate which tolerance each surface represents. Also note the marginal ray height solve on surface 6. Remember, we chose to have Paraxial Focus as our compensator when performing the tolerance analysis!单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@第 12 页 共 17 页With this capability, we can clearly review what ZEMAX has done to ensure any given tolerance is performed the way we expect. Most importantly, we can thoroughly investigate any tolerance which we find to produce curious results. In the saved file, it is also possible to review the merit function which ZEMAX constructed to evaluate the RMS Spot Radius criteria. The Merit Function Value is equivalent to the criteria value reported in the tolerance output:单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@第 13 页 共 17 页Saving Monte Carlo Tolerance Files Much like the SAVE tolerance control operand (which is useful for evaluating one tolerance at a time), you may also save each individual Monte Carlo file generated during the tolerance analysis. This option exists in the Tolerancing dialog. In the top-most portion of the dialog, you may choose to specify how many Monte Carlo runs to perform as well as how many of these Monte Carlo files you would like to save for viewing after the analysis is complete.单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@第 14 页 共 17 页The benefits to saving the Monte Carlo files are the same to that of the SAVE tolerance control operand. However, the Monte Carlo analysis simulates the effect of all perturbations simultaneously. Thus, the saved files will contain the modified Lens Data Editor with possibly many changes/additions (depending upon the number of tolerance operands you have for your system). Saved Monte Carlo files are also saved to the directory of the nominal lens file and any number of Monte Carlo files may be saved. The lens files are named MC_T000x.zmx, where x is the value 1 through the maximum number of specified Monte Carlo files to be saved.单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@第 15 页 共 17 页In most cases, it isn't necessary or desirable to review each individual saved Monte Carlo file. You may use the Monte Carlo Analysis output to help pick out any specific trial that you would like to later review in ZEMAX format:单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@第 16 页 共 17 页Summary and References When tolerancing and optical system, it is very important that you analyze and understand the results of the tolerance analysis. Sometimes, a certain tolerance or Monte Carlo run might produce suspicious results, requiring further in-depth analysis. The SAVE tolerance control operand and the ability to save Monte Carlo files make this job much easier and give you full access to what ZEMAX has done to the compute the tolerance analysis.单纯的下载和保存,并不能掌握知识. -- iip@第 17 页 共 17 页REFERENCES ZEMAX Optical Design Program User's Guide, ZEMAX Development Corporation单纯的下载和保存,并不能掌握知识.-- iip@。
ZEMAX进行MTF的公差分析
ZEMAX进行MTF的公差分析!MTF的公差分析从波前差开始就像优化一样，最好从波前差开始公差分析。
如果你的初始公差太宽松，波前差比直接用MTF公差要快，而且更精确。
最好的，在你开始公差分析之前，打开一个MTF曲线，然后使用公差编辑器中的“覆盖MC 曲线（Overlay MC Plots）”开关。
当生成蒙特卡洛文件是，ZEMAX会自动覆盖MTF曲线，所以你可以看到性能的变化。
这对所有的分析功能都有效，不仅仅是MTF，它是一个神奇的工具，能获得您想要的公差。
例如，如果你需要MTF在50周期/mm时提高40%，如图所示，我们原离所需的性能。
总之，使用波前公差标准和覆盖的MTF曲线是开始MTF公差分析的好方法。
你甚至可以编写一个公差脚本对波前差进行公差分析，但报告最终的MTF性能。
注意，不要限于下拉列表中的公差标准。
你可以编写你自己的标准并编写脚本组合多个标准。
快速，精确的MTF计算在公差分析进行时，你需要直接转化到MTF公差分析，以尽可能使获得的结果与你在车间测试的结果相近。
ZEMAX使用相同的MTF操作数进行公差分析和优化。
在ZEMAX的2007年5月的版本中，我们将ZEMAXMTF操作数的计算时间减少了100%，在某些情况下更多。
这可以使你能对双高斯镜头进行完整的MTF公差分析，有100个公差，5个视场位置，三个波长并包括严格的补偿器优化，例如，在单CPU的膝上型电脑上，4分钟内进行严格的MTF分析，每个公差只需2秒钟，没有一级近似。
2007年5月版本中的另一个重要功能是ZEMAX中的公差也支持多线程，所以当你的电脑中的CPU增多时，公差分析所花的时间减少。
ZEMAX支持多达16个CPU。
记住TOLRTOLR操作数能很容易指定某一性能作为评价函数的一部分。
只要设置你的加工公差，然后设置你要的公差步骤。
TOLR操作数返回归一化的系统性能，期望的性能改变，以及期望的构建镜头性能，所以你可以优化最后的产品而不是设计中的中间步骤。
公差分析
zemax公差分析步骤1、在zemax中editors中首先找到tolerance data，单击，出现如下图框。
2、在跳出来的图框中找到tools，从中找到default tolerances，单击，出现如下图框。
其中各个公差含义，可以查阅zemax指导书。
3、下面只对曲率半径公差对于结构的影响进行分析，作为事例。
首先设置曲率半径公差，其选择默认设置，0.2mm，实际设置时候可以比这个小。
Test wave按照结构设置为中心波长，然后点确定。
4、完成上一步后，第一步的表格变为如下。
5、然后点击tools中的，其有三个选项，选择第一个tolerancing。
跳出如下图框。
其中相关设置的意思，在zemax指导书中有相关解释，如公差分析模式，这多选用灵敏度分析法sensitivity。
这里面有相干蒙特卡罗分析设置。
6、到此公差分析的前期设置就好了，点击确定，zemax将对曲率半径公差为0.2mm进行分析，分析结果将跳出一个图框进行显示。
如下。
红框中显示的是我们前期的一些设置。
绿框中是灵敏度分析的结果，和统计分析，小框中即是那些曲率半径变化对成像质量影响较大的面。
Ps：此为zemax公差分析步骤，具体设置的含义，请参考zemax指导书。
20150528天光所附录：第十九章公差规定介绍ZEMAX 提供了一个使用简单，但灵活和强大的公差推导和灵敏度分析能力。
这个用于分析的公差包括了结构参数的变化，如曲率、厚度、位置、折射率、阿贝常数、非球面系数，以及其它更多的参数。
ZEMAX 也支持表面和镜头组的偏心分析，表面或镜头组在任意一点的倾斜分析，表面外形的不规则分析，以及参数或特殊数据的值的变化分析。
由于参数和特殊数据项可以说明非球面系数，梯度折射率系数，以及其它，因此这些数值的任意一个也都可以作为公差分析的一部分。
不同的公差可以被用在任意一个组合中来估计调整和装配误差对系统性能的影响。
公差也可以使用简单的操作数来定义，如TRAD，它定义了一个曲率半径的一个公差。
怎样在ZEMAX非序列模式里进行公差分析
怎样在ZEMAX非序列模式里进行公差分析摘要这篇文章以自由形(freeform)通光管为例，详述了在ZEMAX非序列模式里进行公差分析的方法。
作者Akash Arora发布时间2010年9月14日译者YOng导语公差分析是系统地将制造、装配、材料等误差引入到光学系统，并判断它们对系统性能的影响的过程。
如果你是第一次接触“公差分析”，或者你想知道更多公差分析过程背后的理论，请先阅读”How to Perform a Sequential Tolerance Analysis”。
ZEMAX手册第16章也包含“公差分析”的详细内容。
这篇文章的目的是介绍非序列系统里的公差分析的方法。
公差操作数及设置在非序列系统里，三个公差操作数(TNPS，TNPA和TNMA)可以得到任意感兴趣的微扰值。
它们分别被用来设置非序列物体的位置/倾斜，参数及材料特性的公差。
两个补偿器操作数(CNPS和CNPA)提供了指定调节方式(allocate adjustment)的全面方法。
这两个操作数允许分别指定非序列物体的位置/倾斜及参数为补偿器。
另外，操作数TMCO及CMCO允许设置多重结构数据作为公差项和补偿器。
你可以从ZEMAX手册第16章得到全面而详细的公差操作数介绍。
非序列公差分析使用用户自定义的绩效函数作为公差准据(toleranc-ing criterion)，包括绩效函数和使用一系列已保存绩效函数的用户脚本。
这种做法的优势是绩效函数极有可能被用于优化过程，对于评估系统系能而言，这些已经足够。
关于非序列优化及绩效函数的构建，请阅读文章“How to OptimizeNon-sequential Optical Systems”。
下面是非序列公差分析需要注意的事项：✧忽略补偿器的最小/最大边界限制，因为绩效函数和用户脚本是唯一的准据。
作为替代，使用绩效函数边界操作数(NPGT，NPLT等)限制补偿器的边界值；✧操作数TOLR可以用于非序列模式里的优化，但是用户脚本始终是唯一的合法准据。
ZEMAX_中如何进行公差分析
ZEMAX_中如何进行公差分析IntroductionZEMAX offers a built-in tolerancing feature which you may use to perform a complete and accurate tolerance analysis of your optical system.Although ZEMAX performs the calculation of each tolerance “behind the scenes,” Z EMAX alsogives you the option to view what it is doing more closely; the operation of the tolerancefeature is not always transparent.There are two different methods to saving the modifications that ZEMAX made to your lens file to calculate the change in criteria as a function of the specified tolerance(s).The first option may be defined in the Tolerance Data Editor as a tolerance control operand.The SA VE tolerance control operand can be used after any tolerance you would like to inspect in more detail. For example, suppose that you had a tolerance operand TEDX (tolerance onelement decenter in X) in the Tolerance Data Editor. After reviewing the resulting sensitivityanalysis, the results did not appear to make sense.As a result, you may edit the Tolerance Data Editor by adding aSA VE command after the TEDXoperand. The next time the tolerance analysis is run, ZEMAX will save the file used to computethe TEDX tolerance, which you may view as a ZEMAX lens file.。
ZEMAX的7个小例子
现在从主菜单条中选择“工具”菜单下的“最佳化（Optimization）”，会显示最佳化工具对话框。注意“自动更新（Auto Update）”复选框。如果这个选项被选中，屏幕上当前所显示的窗口（如光学特性曲线图）会按最佳化过程中镜头的改变而被自动更新。在该复选框中单击选择自动更新，然后单击“自动（Automatic）”，ZEMAX会很快地减少评价函数。单击“退出（Exit）”关闭最佳化对话框。
课程2：双透镜（a doublet）
知识点：产生结构视图和视场曲率图，定义边缘厚度解，定义视场角
一个双透镜包括两片玻璃，通常（但不一定）是胶合的，因此它们有一个共同的曲率。通过使用两片具有不同色散特性的玻璃，一阶色差可以被矫正。也就是说，我们需要得到抛物线形的多色光焦点漂移图（Chromatic Focal Shift），而不是直线的。这反过来会产生较好的像质。现在，我们保持先前100mm焦距和在轴上的设计要求，我们下面将会加入视场角。
如果你在先前的例子中，仍然保留了评价函数，那么，你就不需要重新创建评价函数。否则，请重新创建一个评价函数，包括EFFL操作数，如前一个例子所描述的设置方法。
开始数据输入如上图所示。
现在，从主菜单下选择“工具”-“最佳化”，单击“自动”。评价函数会开始减小，等它停止后单击“退出”。显示多色光焦点漂移图，看看我们是否已有了一些提高（如果你的屏幕上还没有准备好，选择“Analysis”，“Miscellaneous（各种的）”，“Chromatic Focal”）。它应该与图E2-2类似。
当波像差约等于或小于四分之一波长时，镜片要考虑“衍射极限。显然，我们的单透镜并没有达到衍射极限。为了提高此光学系统（或任何光学系统）的性能，设计者必须判断哪一种像差限制了其性能，以及什么操作可以用来改正。从光线图（图E1-3）中，可较明显地看出，色差（Chromatic aberration）是其主要像差。（另一方面，它可能不明显，可再看其他的一些能够提供有关光线图的建议的好书。）
Zemax设计公差
一公差分配思路原准备用ODP841进行公差分配计算，但该软件是用于几何传函的计算，对小象差系统计算的结果比Zemax 中的MTFT好的多，这是因为没考虑衍射效应对象差的干扰。
我们设计的系统鉴别率是很高的。
因此用ODP 841计算偏差很大。
故采用Zemax计算。
首先介召公差计算的总体思路：在光学设计中给所有工艺允许的总公差是：使最差情况下的传函由于工艺因素的总下降量不大于0.15 lp /mm（下降后的传函仍有MTF=0.15，以便CCD仍能分辩它对应的空间频率），对于本系统就是在F=1.23光圈、1H，0.7H口径下允许鉴别率总下降量不大于0.15 lp/mm。
公差分配的环节有：半径、厚度1（透镜厚度）、厚度2（透镜气隙）、玻璃折射率、玻璃色散、中心偏1（加工偏心）、中心偏2（装配偏心）、余量上面的公差余量是为了在实际的工艺实施中，由于工艺原因必需放宽公差时，总公差允许量不致于超。
在计算公差时，先按经验以工艺上最宽松的条件给出各结构参量的公差预定值，这样作是为了先考核最差情况对总公差的影响。
当总公差不超时，也不能以此作为公差分配的最终结果，因为在工艺允许的条件下，应尽量提高成象质量，因此应减少对总公差影响大的诸结构公差，这样才能最有效的提高成象质量。
二公差分配1 思路对本样例镜头，用Zemax公差计算功能时应遵循如下原则：（1）因为F=2～8口径均比F=1.2口径的传函高很多，因此应以F=1.2口径传函为准考核传函变化量。
（2）在F=1.2口径的传函中，应要求0W,0.7W的传函，而0W传函比0.7W传函高很多，因此应以0.7W视场传函为准考核传函变化量所允许的半径公差。
（3）在计算传函时，应以MTF=0.3为基准考核传函的空间频率。
（4）正态分布的蒙特卡罗数应取20以上，我们取50（此数越大，得到的公差计算结果的可信度越高，但计算量就越大）。
（5）用传函计算公差时，各结构变量公差预定值的给定，可参考“各结构公差计算时预定公差的给定原则”给出。
怎样在ZEMAX序列模式里进行公差分析
怎样在ZEMAX序列模式里进行公差分析摘要这篇文章是对镜头进行公差分析的概览。
对于公差分析的新手而言，它也是应该阅读的第一篇文章。
作者Mark Nicholson译者YOng导语公差分析是考虑制造缺陷和对准误差对镜头性能影响的过程。
这篇文章是公差分析过程的概览，并且试图成为新手理解公差分析过程的第一篇文章。
其他的Knowledge Base文章将给出更多针对特定情形的建议和指导。
假设我们的任务是设计一款需要量产的激光扩束镜。
1/e2全宽是2.5mm的氩离子激光需要扩束3倍，并且2倍光束全宽处的RMS波前误差不能超过1/20 (假设测得激光光斑全宽为5mm)。
文章末尾可以下载的ZEMAX样例文件使用了两个平-凸透镜，系统标称性能远远超出了生产要求，注意到最大标尺是0.01波长，所以PV OPD误差小于1/200。
RMS波前误差(通过建立波前误差绩效函数得到)只有2.15×10-3波长，可能小于你从可视化的OPD图中看到的。
注意到系统孔径定义设置为“高斯切趾”，入瞳直径是5mm，并且切趾因子是2，所以入瞳边缘的光束强度已经降到了峰值强度的1/e4=1.8%。
这就是为什么系统的规格要求很关键了！因为高斯光照明时入瞳边球差的变化比均匀照明时球差变化小，因此1/e2直径5mm激光束照明时系统的RMS OPD是-2×10-3波长，而被均匀光照明时，相同系统的RMS OPD是3×10-3波长。
我们现在将要考虑制造公差对系统性能的影响。
制造公差公差分析是关于考虑制造误差的过程，这样用于最终生产的(as built)设计才满足想要达到的规格要求。
为了成功地进行公差分析，你应该知道透镜生产中的制造和测试方法，那样你的设计才能与现实的生产流程匹配。
制造和测试透镜的方法很多，ZEMAX给你提供了各种方法模拟它们。
此时，我们假设透镜由传统的手动抛磨工艺制造，同时进一步假设：制造公差可以通过Editors→Tolerance Data及Tools→Default Tolerances 添加。
使用ZEMAX设计的典型实例分析剖析
使用ZEMAX于设计、优化、公差和分析武汉光迅科技股份有限公司宋家军（QQ：41258981）转载并修改摘要光学设计软件ZEMAX的功能讨论可藉由使用ZEMAX去设计和分析一个投影系统来讨论，包括使用透镜数组(lenslet arrays) 来建构聚光镜(condenser)。
简介ZEMAX以非序列性(non-sequential) 分析工具来结合序列性(sequential) 描光程序的传统功能，且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软件包，并具有研究成像和非成像系统中的杂散光(stray light) 和鬼影(ghosting) 的能力，从简单的绘图(Layout)一直到优化（optimization）和公差分析（tolerance analysis）皆可达成。
根据过去的经验，对于光学系统的端对端（end to end）分析往往是需要两种不同的设计和分析工具。
一套序列性描光软件，可用于设计、优化和公差分析，而一套非序列性或未受限制的(unconstrained) 描光软件，可用来分析杂散光、鬼影和一般的非成像系统，包括照明系统。
“序列性描光程序”这个名词是与定义一个光学系统为一连串表面的工具有关。
所有的光线打到光学系统之后，会依序的从一个表面到另一个表面穿过这个系统。
在定义的顺序上，所有的光线一定会相交到所有的表面，否则光路将终止。
光线不会跳过任何中间的表面，且光线只能打在每一个已定义的表面一次。
若实际光线路径交到一个表面上超过一次，如使用在二次描光(double pass) 中的组件，必须在序列性列表中，再定义超过一次的表面参数。
大部份成像光学系统，如照相机镜头、望远镜和显微镜，可在序列性模式中完整定义。
对于这些系统，序列性描光具有许多优点：非常快、非常弹性和非常普遍。
几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。
在成像系统中，序列性描光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。
ZEMAX实践操作简明教程
图 8 图形窗口中的文本信息
表 3 Graphics windows 菜单功能
菜单项
Update
Setting
Copy Clipboard
Save Text
Windows
Lock
Clone
Configuration
功能描述
更新窗口中的数据 设置窗口的属性 打印窗口的内容 将内容拷贝到剪切板中 保存 ASCII TXT 文件
不能做优化和公差分析
二、 用户操作界面
Zemax 主要有以下四种类型的操作界面： 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。
可进行优化和公差分析
Non-sequential trace
以 object（对象）为对象建模 可有多个光源
不限制光线和面相交的顺序 光线与同一面（或物）可多次相交
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
4
图 7 图形窗口示例
⑵ 点击 Graphics window 界面中的 Text 菜单栏，可以看到图形窗口中的文本信息 （如图 8 所示）。Text windows 是 Graphics window 界面图形所对应的文本数据，对于 Text windows 窗口中的菜单项，其主要功能如表 3 所示。
物空间边缘光线的数值孔径 nsinθ（物在有限远处保持 N.A.为常数） EPD 的大小由光栏的半径决定
zemax公差操作数
zemax公差操作数摘要：1.Zemax 公差操作数的概念和作用2.Zemax 公差操作数的种类3.Zemax 公差操作数的应用实例4.Zemax 公差操作数的优势和局限性正文：一、Zemax 公差操作数的概念和作用Zemax 公差操作数是一种在光学设计软件Zemax 中使用的参数，它可以用来控制光学元件的公差，以达到优化光学系统性能的目的。
公差是指光学元件在制造过程中，尺寸和形状允许偏离理想值的范围。
通过合理设置公差操作数，可以有效地提高光学系统的成像质量，降低成本，并提高生产效率。
二、Zemax 公差操作数的种类在Zemax 中，公差操作数主要包括以下几种类型：1.尺寸公差：尺寸公差是指光学元件的长度、宽度、厚度等尺寸允许偏离理想值的范围。
Zemax 中，尺寸公差可以通过设置元件的尺寸公差参数来控制。
2.形状公差：形状公差是指光学元件的形状偏离理想值的范围。
Zemax 中，形状公差可以通过设置元件的形状公差参数来控制。
3.表面粗糙度公差：表面粗糙度公差是指光学元件表面的粗糙度允许偏离理想值的范围。
Zemax 中，表面粗糙度公差可以通过设置元件的表面粗糙度参数来控制。
4.倾斜公差：倾斜公差是指光学元件在安装过程中的倾斜角度允许偏离理想值的范围。
Zemax 中，倾斜公差可以通过设置元件的安装倾斜参数来控制。
三、Zemax 公差操作数的应用实例以一个简单的光学系统为例，包括一个透镜和一个反射镜。
在设计过程中，我们可以通过合理设置透镜和反射镜的公差操作数，来提高系统的成像质量。
1.透镜的尺寸公差和形状公差可以设置为较小的值，以保证透镜的成像质量。
2.反射镜的倾斜公差可以设置为较小的值，以保证反射镜对光线的角度偏差控制在一个较小的范围。
四、Zemax 公差操作数的优势和局限性通过使用Zemax 公差操作数，可以有效地提高光学系统的成像质量，降低成本，并提高生产效率。
然而，公差操作数的设置需要根据具体的光学系统和应用需求来进行合理调整，因此在实际应用中，需要具有一定的光学知识和经验。
ZEMAX公差分析
（ 5） 用 传 函 计 算 公 差 时 ， 各 结 构 变 量 公 差 预 定 值 的 给 定 ， 可 参 考 “ 各结构公差计算时预定 公差的给定原则” 给 出 。
（ 6） 为 了 加 速 公 差 计 算 ，应 以 光 学 设 计 中 有 象 质 要 求 的 各 种 情 况 下 ，传 函 最 低 的 的 情 况 ， 计算公差的允许值。
二 公差分配
1 思路
对 本 样 例 镜 头 ， 用 Zemax 公 差 计 算 功 能 时 应 遵 循 如 下 原 则 ： （ 1） 因 为 F=2～ 8 口 径 均 比 F=1.2 口 径 的 传 函 高 很 多 ， 因 此 应 以 F=1.2 口 径 传 函 为 准 考
核传函变化量。 （ 2） 在 F=1.2 口 径 的 传 函 中 ，应 要 求 0W,0.7W 的 传 函 ，而 0 W 传 函 比 0 .7 W 传 函 高 很 多 ，
系统光学参量允许偏差计算
(Zemax 公差计算实例)
******************************
一 公差分配思路
原准备用 ODP841 进行公差分配计算，但该软件是用于几何传函的计算，对小象 差 系 统 计 算 的 结 果 比 Zemax 中 的 MTFT 好 的 多 ， 这 是 因 为 没 考 虑 衍 射 效 应 对 象 差 的 干 扰 。我 们 设 计 的 系 统 鉴 别 率 是 很 高 的 。因 此 用 ODP841 计 算 偏 差 很 大 。故 采 用 Zemax 计 算。
这 是 光 学 零 件 表 面 公 差 中 的 偏 心 （ 平 行 ） 允 许 公 差 ， 给 出 0.05mm 偏 心 允 许 预 定 值 。
Zemax激光光学设计实例应用019Zemax公差分析初步
019：Zemax公差分析初步Zemax公差分析将有系统地分析些微扰动或色差对光学设计性能的影响。
公差分析的目的在于定义误差的类型及大小，并将之引入光学系统中，分析系统性能是否符合需求。
Zemax内建功能强大的公差分析工具，可帮助在光学设计中建立公差值。
公差分析可透过简易的设罝分析公差范围内，参数影响系统性能的严重性。
进而在合理的费用下进行最容易的组装，并获得最佳的性能。
Zemax公差分析是一个暗箱操作的过程，一般情况下我们不用去管他是怎么运作的，不过作为学习的严谨性，这里还是从一些简单的例子来研究他到底是怎么操作的。
Zemax公差分析也是一个很复杂的过程，一个系统中可能有非常多的数据需要分析，也可能只有几个重要的地方需要进行公差分析。
而且，一般来说，简单的情况下公差分析其实也可以自己手动分析，通过手动修改参数来分析结果。
但是，通过Zemax的公差分析功能，可以更快的分析更多的公差参数。
我们先从一个简单的例子入手，一个单透镜。
新建一个文件，打开LDE透镜数据编辑器，如图19-1所示，输入透镜参数。
系统参数设置中，入瞳直径设为6，系统波长选择0.6328（为了方便和后面的公差分析所用波长一致）。
其他参数默认。
图19-1 LDE透镜数据编辑器列表注意，我们将透镜的两个面的曲率半径设为变量Variable，像面位置也设为变量，然后用Zemax优化功能来自动搜寻最佳参数。
在评价函数编辑器中，用EFFL参数来控制有效焦距，假设为100，其他评价函数使用默认评价函数设置（Default Merit Function），不过要将优化目标选择为光斑半径Spot Radius，如图19-2所示。
然后运行优化工具，找到最佳面型参数。
得到优化后的LDE透镜数据编辑器如图19-3所示。
另外，可以打开3D Layout查看3D光路结构图，如图19-4所示；打开点列图分析窗口，查看焦平面上的点分布，如图19-5所示。
图19-2 默认评价函数编辑器设置图19-3 优化后的LDE透镜数据编辑器列表注意一下，在图19-5所示的点列图中，显示的RMS均方根光斑半径为0.585um。
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•修正公差范围
18）蒙地卡罗分析 统计分析提供有灵敏度或反灵敏度是假设 每个参数对允许的最大值有干扰，而且误 差皆是独立的。 在真实系统中，误差与公差范围有着统计 分布的关系，蒙地卡罗是将随机数引入的 方法。
每个参数所受的影响都是独立的：
•事先定义参数的范围
•合适的统计分布 •优化对系统的干扰会整个加总 •某些误差对其它误差有补偿的作用
16）设置限制条件 ---反增加量模式 •规定公差起始值，如zemax默认公差 •选择反增加量的模式inverse increment •增加量：0.00031mm
•修正公差范围
17）设置限制条件 ---反最大值模式 •规定公差起始值，如zemax默认公差 •选择反最大值模式inverse limit •最大值：0.003855mm
反灵敏度分析常用在限制公差参数的范 围以控制系统性能最大的降幅。
反灵敏度的方法： •反最大值的模式 •反增加量的模式
14）个别分析视场角/组态
•未选取，平均所有的视场角及组态 •选取，每个视场角及组态独立计算
15）限制公差范围 假设需求的RMS光斑大小不能较正常的 差150% 正常的绩效函数值：0.003542mm 设置的绩效函数须小于0.005313mm
E 剩下的设计误差
4）设置公差 •定义绩效函数：如RMS光斑大小，RMS 波前误差，MTF需求，使用者自定义的绩 效函数
•定义允许的系统性能偏离值
•规定公差起始值让制造者可轻易达到要求 •补偿群常被使用在减低公差上 •公差分析有三种分析方法：灵敏度法、 反灵敏度法、蒙地卡罗法
5）公差操作数 •TRAD,TCUR,TFRN:表面焦度的误差
3）误差来源 A 制造公差
不正确的曲率半径，组件过厚或过薄，镜 片外型不正确，曲率中心偏离机构中心， 不正确的conic值或其它非球面系数
B 材料误差
折射率准确性，折射率同质性，折射率 分布，阿贝数（色散）
C 组装公差（整群组件）
组件偏离机构中心，组件在z轴上的位置 误差，组件与光轴有倾斜，组件定位错误 D 周围所引起的公差 材料的热胀冷缩，温度、压力、湿度对折 射率的影响，系统遭冲击或振动锁引起的 对位问题，机械应力
19）蒙地卡罗统计
20）进一步分析
进一步限制参数范围以达到较高比率 的成功案例是必须的。 •降低最大标准和重新运行反灵敏度分析 •降低某些参数的范围
蒙地卡罗统计结果
公差摘要
7)制造与组装公差 Editors-tolerance data Tools-default tolerance
8)误差描述
•COMP：定义表面4的厚度作为补偿部分 •TWAV：默认对任何条纹误差的测试波长 •四个面的曲率半径 •四个面的面不平整度
•两个组件和一个间隙的厚度误差 •两个玻璃的折射率或阿贝数的误差 •四个面皆有的两个方向的离轴和倾斜 •两个组件皆有的两个方向上的离轴和倾斜
9）灵敏度分析 ---定义各个缺陷对系统性能的影响 一系列独立的公差估计： •半径的改变
•厚度的改变 •倾斜或离轴的改变
•每一个在操作数，补偿部分会修正标 准值至最小
10)初步公差分析 公差分析模式：灵敏度法sensitivity
标准：RMS光斑半径 Comp:paraxial focus
11)公差分析结果
•第一部分描述所有的公差操作数
•参数的该变量
•标准值 •标准值该变量与微小值的关系
•焦点补偿的该变量 注意：依据每个操作数独立公差分析的结果
12）统计分析
下列灵敏度分析是统计上的资讯： •微小的RMS光斑半径 •基本的标准值 •估计改变量
•估算RMS光斑半径
结论：默认公差的范围太宽松
13)反灵敏度分析
例子13 1）概论
公差
公差分析：系统地分析些微扰动或 色差对光学设计性能的影像。 目的：定义误差的类型及大小，并将 之引入光学系统中，分析系统性能是 否符合需求。
2）公差 •选取合适的性能规格 •定义最低的性能容忍极限
•定义所有可能的误差来源（如单独的组 件、组件群、机械组装等等） •指定每一个制造和组装可允许的公差极限
•TTHI：组件或空间厚度的误差 •TCON：conic常数的误差
•TSDX，TADY：表面离轴的误差（长度） •TSTX，TSTY：表面倾斜的误差（角度） •TIRR：表面不平整度的的误差 •TIND，TABB：折射率，阿贝数的误差
6）双胶合透镜的公差分析 Samples\tutorial folder\tutorial tolerance.zmx