使用ZEMAX设计的典型实例分析

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使用ZEMAX设计的典型实例分析

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。

变焦镜头zemax优化设计教学实例

• 1、在孔径标签(Aperture Tab)： • 孔径类型：入瞳直径 • 孔径值：25 mm • 按下「确认」。
2、在单位标签(Units Tab)：确认透镜单位为毫米(Millimeters)。
初始透镜参数
• 开始时使用三群透镜组件，每一群都使用BK7与F2组成之胶合透镜。透过冕牌与火石材料的结合可以有效地降低色差。这个基本的对称型式则可以有助于平衡像差。
• 第一个键入被参照的为组态一，可透过「Cfg#」这个栏可以得知。接着是操作数「CONF 2」
以及应用于组态二的操作数，然后是组态三。
• 还需要增加新的操作数来限制每个系统的聚焦长度，将放置
操作数于优化函数的上面。而每个「EFFL」必须伴随一个「CONF」操作数。
• 组态一所限制的聚焦长度为 75 mm、组态二为100 mm、组态三为125 mm。每个 EFFL操作数使用权值「1」。
• 请依照下图所示的参数键入 LDE(镜头数据编辑器)（请忽略半高(Semi-Diameter)栏）。（或者是，可以从
\Samples\Tutorial\Tutorial zoom.zmx载入文件）
设罝视场角
• 开启场(Field Data)资料对话框。 • 1、选择「近轴像高(Paraxial
Image Height)」单选按钮 • 2、使用三个场位置 • 3、Y场为0.0、15.1以及21.6 mm • 4、按下「OK」
设罝波长
• 开启波长(Wavelength)资料对话框 • 1、从下拉式选单中挑选「F、d、
C(visible)」 • 2、按下「Select」 • 3、按下「Ok」
• 允许所有透镜个别设罝MC参数为 MC变数。将游标至MCE，按下「Insert」键三次。现在MCE有四个列。这些将被设罝为表面3、4、 7以及10的厚度。

Zemax光学设计实例汇总

每个变量发生少量改变或增减；计算每个变量对结果的影响；计算结果是一系列导数，əp/əv1, əp/əv2, əp/əv3,……, p: 优化
函数结果，v: 变量；为了使残余结果的平方和最小，对每个变量联立方程求解；重复上述过程直至实现最优化。
光学设计人员的任务
1. 获得并考虑技术要求 2. 选择具有代表性的切入点
RMS RMS
Ray aberration Optical Path
RMS vs Field
Analysis
畸变和像散cellaneous
或
Fcd
Seidel 像差系数
Analysis
Calculations
或
Sei
MTF
Analysis
MTF
或
Mtf
PSF
Analysis
误，使光路与预期完全不符，等。
2D Lay out
Analysis
Lay out
Lay
或即按Button L3d
or 3D Lay out Element drawing
（零件图）
几何像差与波像差：
Analysis
Ele Fan
或即按Button
各个视场的波像差均方值 Analysis 或
Ray Opd
• 修改Radius，由fix改为Variable(优化过程中作为变量)，或由Solve给出；
• 修改最后一面到像面的Thickness由fix改为Marginal Ray Height, Pupil zone 0.7 为0。
所选玻璃表是在 Gen
Glass catalogs
内选定，可同时
挑多个表
PSF
或
Psf

zemax设计实例

面曲率半径radius 设置到下个面距离：thickness 设置玻璃牌号：glass
注：平面曲率半径无限大（infinity）
右键pick up拾取令该面与选定面一致
点列图rms越小越好
优化函数 editors--merit--tools｛设置入瞳：gen 设置曲率半径：radius
对称式目镜
入瞳 6、焦距30、视场角30°、可见光波段成像
双高斯.
D/F=1/3.5 f8mm D 2.28
生物显微镜放大倍率-40 数值孔径0.65（无特别标注喂相方市场0.3mm相方
共轭据195默认物距179.8
激光准直扩束系统波长1064纳米入射孔径4mm扩束四倍（16）视觉放大率= ？
（焦距EFFL 位置色差AXCL 球差LONA 垂轴放大率 PMAG1/β常数CONS
作除法DIVI 透镜第一个表面到相面之间的距离TOTR 曲率中心厚度CTVA
传函优化（优化MTF）MTFA)｝
更改玻璃优化1.右键subst...
2. tools-Defa...-hammer optim
M求解 V设变量

ZEMAX单透镜设计例子详细(多图)

ZEMAX单透镜设计例子，单透镜是最简单的透镜系统了，这个例子基本是很多ZEMAX教程开头都会讲的。

1-1 单透镜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。

你也将使用到光线扇形图(Ray Fan Plots)、弥散斑(Spot Diagrams)以及其它的分析工具来评估系统性能。

这例子是一个焦距100 mm、F/4的单透镜镜头，材料为BK7，并且使用轴上(On-Axis)的可见光进行分析。

首先在运行系统中开启ZEMAX，默认的编辑视窗为透镜资料编辑器(Lens Data Editor, LDE)，在LDE可键入大多数的透镜参数，这些设罝的参数包括：∙表面类型(Surf：Type)如标准球面、非球面、衍射光栅…等∙曲率半径(Radius of Curvature)∙表面厚度(Thickness)：与下一个表面之间的距离∙材料类型(Glass)如玻璃、空气、塑胶…等：与下一个表面之间的材料∙表面半高(Semi-Diameter)：决定透镜表面的尺寸大小上面几项是较常使用的参数，而在LDE后面的参数将搭配特殊的表面类型有不同的参数涵义。

1-2 设罝系统孔径首先设罝系统孔径以及透镜单位，这两者的设罝皆在按钮列中的「GEN」按钮里（System->General）。

点击「GEN」或透过菜单的System->General 来开启General的对话框。

点击孔径标签(Aperture Tab)（默认即为孔径页）。

因为我们要建立一个焦距100 mm、F/4的单透镜。

所以需要直径为25 mm的入瞳(Entrance Pupil)，因此设罝：∙Aperture Type：Entrance Pupil Diameter∙Aperture Value：25 mm点击单位标签(Units Tab)，并确认透镜单位为Millimeters。

ZEMAX的7个小例子

图E1-3
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光学设计：人眼模型实例

Zemax光学设计：人眼模型实例引言：人眼光学模型常常被用在如下场景中：设计用于人眼内部观察的仪器（如检查眼底相机的照明均匀性）、设计人眼视线会穿过的仪器（如研究眼科镜片、隐形眼镜和人造晶状体的特性）以及研究人眼本身（如研究角膜瘢痕、白内障等眼病对视网膜成像造成的影响）。

设计仿真：首先输入系统特性参数，如下：在系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”，并根据人眼瞳孔大小输入“4.0”；在视场设定对话框中设置3个视场，要选择“Angle”，如下图：因该模型通常用于评估视力，所以模型中对波长进行了加权。

并且也对0°、10°和20°的视场角分别进行了1.0、0.2和0.1的加权，以此来表示这些角度上的相对视力。

把视网膜当作像面时，相对视力在中心处权重为1.0，在2.5°时下降为0.5，在10°时下降为0.2，在20°时下降为0.1，在边缘处下降为0.025。

错误的加权会令优化结果不具参考意义。

在波长设定对话框中，输入0.470um、0.510um、0.555um、0.610um 和0.650um五个波长，如下图：该人眼模型中，使用带有相对照度权重的明视波长。

LDE的结构参数，如下图：该模型中还包含直径为一个4mm的虹膜瞳孔。

这个人眼模型中，将视网膜作为像面。

使用这些模型前，一定要将压缩文件中的EYE.AGF 文件拷贝到Zemax的玻璃库文件夹下。

玻璃库是根据已发表的真实眼睛中光学介质折射率的测量结果构建的，通常只适用于有限数量的波长，一般为F，d，C三个波长下的数据。

因此，适合使用Conrady公式，公式得出的结果范围限于可见光和近红外光谱，且Nd和Vd值不能够四舍五入。

如果波长范围需要扩展到紫外线或红外线，可以使用MISC玻璃库中利用Schott公式计算的334nm至2325nm的海水折射率数据。

ZEMAX单透镜设计例子详细(多图)

ZEMAX单透镜设计例子详细(多图)ZEMAX单透镜设计例子，单透镜是最简单的透镜系统了，这个例子基本是很多ZEMAX教程开头都会讲的。

1-1 单透镜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。

你也将使用到光线扇形图(Ray Fan Plots)、弥散斑(Spot Diagrams)以及其它的分析工具来评估系统性能。

这例子是一个焦距100 mm、F/4的单透镜镜头，材料为BK7，并且使用轴上(On-Axis)的可见光进行分析。

首先在运行系统中开启ZEMAX，默认的xx视窗为透镜资料xx器(Lens Data Editor, LDE)，在LDE可键入大多数的透镜参数，这些设罝的参数包括：表面类型(Surf：Type)如标准球面、非球面、衍射光栅…等曲率半径(Radius of Curvature)表面厚度(Thickness)：与下一个表面之间的距离材料类型(Glass)如玻璃、空气、塑胶…等：与下一个表面之间的材料表面半高(Semi-Diameter)：决定透镜表面的尺寸大小上面几项是较常使用的参数，而在LDE后面的参数将搭配特殊的表面类型有不同的参数涵义。

1-2 设罝系统孔径首先设罝系统孔径以及透镜单位，这两者的设罝皆在按钮列中的「GEN」按钮里。

点击「GEN」或透过菜单的System->General来开启General的对话框。

点击孔径标签(Aperture Tab)。

因为我们要建立一个焦距100 mm、F/4的单透镜。

所以需要直径为25 mm的入瞳(Entrance Pupil)，因此设罝：Aperture Type：Entrance Pupil Diameter Aperture Value：25 mm点击单位标签(Units Tab)，并确认透镜单位为Millimeters。

Zemax光学设计：热成像系统的设计实例

Zemax光学设计：热成像系统的设计实例红外光谱有三个大气“窗口”，在这三个波段大气吸收比较小。

其中一个是1到3um，另一个是3到5um，第三个是8到12um。

热成像也叫红外成像。

红外和可见光设计之间的最大区别是，在可见光中几乎都是物的反射光成像，而在红外则是物自身辐射成像。

红外物镜与可见光物镜的主要区别在于材料。

由于玻璃中含有羟基（OH-），在近红外有很强的吸收峰，普通光学玻璃最多只能工作到 2.8um左右的近红外，中远红外光学系统则完全依赖红外材料。

1.光子探测温度为 T（单位为K）的黑体，其辐射的光子数量为：其中，M 表示每秒钟、每平方厘米表面、每厘米波长的光子辐射量，c 表示真空中的光速，单位为厘米每秒，λ表示以厘米为单位的波长。

因为在多数热成像系统中，探测的是物所发射的光子数与其背景所发射的光子数之间的差值，因此信号探测与下式成正比其中ΔT表示物和背景的温差。

下表给出了物体在常温下293K(20 度)的辐射出射度，也给出了每度（单位为K）的信号。

由这个表格可以看出，物体在这个温度下，在大气窗口8-12um 的辐射出射度比 3-5um波段的大30倍左右，信号则大了15倍。

对于热成像，探测器探测的是辐射通量而不是光子数，所以这两个比例具有相同的意义。

在多数情况下，这两个波段的光学设计是明显不同的，因为它们所使用的透射材料是不同的。

而有些系统为了同时包括这两个波段，能够使用的适合材料就更加受限。

在8-12um 波段，常用材料如下表：锗是最广泛使用的材料，它的折射率高且色散小。

硒化锌和硫化锌可以作为校色差的负元件。

在3-5um波段，常用材料如下表：在这个波段，锗的色散就没有那么小了，所以在 8-12um 波段的非常有用的锗非球面单透镜，在 3-5um 就没有那么有效了，因为还要校正色差。

但是，可以利用双片式来校正色差，若我们以低色散的硅作为“冕牌”，则锗显然就是最好的“火石”材料。

2.单锗透镜由于在 8 到 12um 波段，锗具有高折射率和低色散的特殊性能，因此只要用锗材料就能制造高性能热成像物镜。

ZEMAX光学成像设计实例---ZEMAX基础实例-变焦镜头设计

引言● 在我们要求具焦的能● 所谓变同范围变焦距● 由于一是使用大家通变焦镜头我们知道说一个系统大小、视场I 为像高im变焦镜头对孔径保持变焦时采取通过改变ZE 们成像镜头设具备变焦的能能力便可以应变焦，即镜头围景物的成像距来改变拍摄一个系统的焦用类似定焦镜通过举一反三头设计原道，设计好的统的接收面尺场和焦距三者mage, f 为焦头的变焦倍数持不变，但对取相对孔径（变镜片与镜片焦EMAX 设计要求中，能力，如CCT 应用于多种环头的焦距在一像。

我们通常所摄范围，因此焦距在某一范镜头的分析优三的练习可掌理介绍：的一组镜头如寸大小是固定有如下关系焦距，theta 为数为长焦距和于实际的高变即F/#)也跟片之间的间隔焦距变化，视角相应改变X 基础通常分两种：TV 监控镜头，环境条件，放大定范围可调节所说的变焦镜此非常利于画面范围可变，相当优化方法，本节掌握变焦镜头在如果变化镜片定不变的(像：为视场角度。

和短焦距比值变倍比系统，跟随变化的方隔达到设计的视场变础实例-：定焦镜头与，红外探测镜大缩小或局部节，通过改变镜头一般指摄面构图。

当于由无数多节我们将带领在ZEMAX中片与镜片之间像面:CCD 或。

如下图所不值，也称为“，由于外形尺方案。

的焦距要求，变焦镜与变焦镜头。

镜头，摄影镜部特写，这是变焦距从而改摄像镜头，即多个定焦系统领大家使用Z 中的设计优化间的空气厚度COMS 或其它不:“倍率”。

理尺寸不希望过当系统的入镜头设成像镜头在镜头，双筒望是一个定焦镜改变系统视场即在不改变拍统组成的。

我ZEMAX 来设计化方法。

度，镜头的焦它探测面)，理论定义下，过大或二级光入瞳直径D 固设计在很多实际应望远镜等等，镜头所无法完场大小，达到拍摄距离的情我们在设计变计一个完整的焦距会随之变在基础光学在变焦过程光谱校正等问固定时，即系像面尺寸相同应用中通常也镜头具备变完成的。

到不同矩离不情况下通过改变焦镜头时也的变焦镜头，变化。

ZEMAX光学成像设计实例---ZEMAX基础实例-单透镜设计

第二章基础实例设计ZEMAX基础实例 ‐ 单透镜设计引言• 在成像光学系统设计中，主要指的是透镜系统设计，当然也有一些反射系统或棱镜系统。

• 在透镜系统设计中，最基础、最简单的便是单透镜设计。

但我们不要小看这样的单透镜系统，因为它也代表了一个光学系统设计的完整流程。

麻雀虽小，五脏俱全！• 本节中，我们通过手把手的操作，为大家展示使用 ZEMAX 进行成像光学设计的完整流程。

使初学者快速领略到ZEMAX光学设计的风采，在轻松的设计中感受到光学设计的乐趣。

• 通过单透镜设计，可以使大家学习到Z EMAX 序列编辑器建模方法，光束大小设置方法，视场设置方法，变量的设罝方法，评价函数设置方法，优化方法，像差分析方法和提髙像质的像差平衡方法等，单透镜系统参数设计任何一个镜头，我们都必须有特定的要求，比如焦距，相对口径，视场，波长，材料，分辨率，渐晕，MTF等等，根据系统的简易程度客户给的要求也各不相同。

由于单透镜最简单的系统，要求也就很少。

本例中我们设计单透镜规格参数如下：EPD = 20mmF/#=10FFOV= 10 degreeWavelength 0.587umMaterial BK7Best RMS Spot Radius首先我们需要把知道的镜头的系统参数输入软件中，系统参数包括三部分：光束孔径大小，视场类型及大小，波长。

在这个单透镜的规格参数中，入瞳直径(EPD)为20mm，全视场(FFOV)为10度，波长0.587微米，分别如下说明。

1、点击System » General或点快捷按扭Gen打开通用设置对话框：入瞳直径即到还有其它像空间F 数互转换。

物空间数值直接定义物随光阑尺寸用这种类型本例中，我2、点击打开即用来直接确它几种光束孔(Image Space 值孔径(Object 物点发光角度寸漂移(Float B 型来计算入瞳我们只需选择开视场对话框定进入系统光孔径定义类型e F/#)，用于t Space NA)，来约束进入系By Stop Size)，瞳的大小。

zemax案例

zemax案例
以下是一些关于Zemax仿真软件的案例：
1. 光学系统设计
Zemax可以用于光学系统设计和优化。

例如，可以使用Zemax来设计望远镜、显微镜、放大镜和其他光学仪器。

2. 焦散问题分析
Zemax可以用于分析和优化光学系统的焦散问题。

通过模拟光线的轨迹和相位变化，可以确定焦点的位置和形状，并确定任何可能的相位偏差。

3. 光学组件模型建立
Zemax可以用于建立光学组件的三维模型，包括透镜、棱镜和反射器等，以更准确地模拟光学系统的性能。

4. 光学系统图像模拟
Zemax可以用于模拟光学系统中的图像。

可以通过更改光线的特定属性，如入射角度和波长，以模拟不同的光学系统图像。

5. 激光光束分析
Zemax可以用于分析激光光束的特性，包括光斑大小、波前畸变、相位传输和偏振特性等。

6. 照明系统设计
Zemax可以用于设计照明系统，以确定最佳的光源和透镜组合来实现所需的照明效果。

Zemax激光光学设计实例应用013迈克尔逊干涉仪仿真

013：迈克尔逊干涉仪仿真在这一节的实例中，我们要采用干涉分析等工具来仿真物理光学现象。

下面，我们一边建模一边讨论。

图13-1 理想成像LDE 编辑器列表图13-2 理想成像结构及像差分析图列表我们先建立一个简单的理想光学成像系统（4F 系统），系统设置中，物方类型选择物面数值孔径（随意设置一个合理的值）；波长为默认；视场为默认0 度。

在透镜数据编辑器中输入如图13-1 所示的数据。

停止面（Surface 1）的类型选择“Paraxial XY”（傍轴光线），这样就可以将这个面设置为“理想薄透镜”。

注意，“Paraxial”为旋转对称理想透镜，“Paraxial XY”为两轴分离理想薄透镜，可以分别设置两个轴不同的光焦度，即单独设置一个轴就成为“理想柱面镜”。

其参数“X-Power”和“Y-Power”分别为两个轴的光焦度，即理想焦距的倒数。

然后打开3D Layout 查看光路结构，同时调出各种像差分析图，例如点列图、光扇图、光程差OPD 图表等等，看看理想情况想的像差分析图表是什么样子的。

如图13-2 所示，像差图分析结果像差均为0，点列图为理想点。

再来看看理想情况下的成像效果。

点击Analysis→Image Simulation→Image Simulation打开成像仿真器，默认情况下的成像仿真为网格线条模式，如图13-3 所示。

图13-3 理想成像仿真分析（网格线条模式）点击设置菜单，更改输入文件，根据自己的喜好选择物方图像。

软件自带了一个BMP 格式的演示图片（高一点的版本才有），可以用来模拟拍照实际成像效果。

参数设置如图13-4所示，其中视场高度（Field Height）选项与系统设置中的视场类型有关，如果系统设置中视场类型为视场角度，那么这里应该是指物面对停止面STO 的张角（全角），所以视场高度若再设为0，则表示物面尺寸为0，可能无法看到成像。

将视场高度（Field Height）的值设为5（度），表示物面高度（Y 方向）尺寸设定为tan5*50=4.4mm。

Zemax光学设计实例汇总

光学系统结构优化
按Button Opt ，按出dialog box，预定优化次数，即可进行优化，但之前须规定Merit Function （优化目标函数）及变量。关于变量，将结构数据框作double click，得有关dialog box，就可以将此结构数据作为变量（variable）或改为Fixed 不变。
Load
Reset
Ok
即可，实际上此dialog box 中还有许多选项可改，这也是改变优化过程的方法之一。
光学系统结构优化
可以按实际情况作其他选择，改变优化过程。还可以自行构造自己认为更好的Merit Function 或修改当前的Merit Function, 这就要在 Oper# 框内输入适当的“Operand”，在Optimization 这一章内规定了一批Operand，所用符号如： • First-order ：焦距EFFL，像高PIMH，… • Aberrations：初级球差SPHA，垂轴像差TRAC，… 另外还有各种边界条件Operand。也可以将MTF值或Encircled energy作为Merit Function，原则上这与实际使用目标有更直接联系，应更好。但是实际上由于必须用更多时间去算，作为优化的开始是不可取的。
这里玻璃组合为BK7/SF5，本可取Glass,Model,Vary ，将玻璃作为变数优化，但得不到真正好的解，不如一一改玻璃，反而容易得到优化的解。
优化实例（2）：优化结果
优化实例（3）
非球面单透镜
f’=60， 1：1， ±1°
用非球面可以准确校正球差，透镜弯曲可校正彗差，形成大孔径小视场光学系统。
rd 14 35.7 1.5 Bk7 21.5 100
rd 13 1.5 16.7 8.6 Bk7 85

Zemax 初学实例解析

ZEMAX 初学实例解析内容纲目:前言实例一：单镜片(Singlet)实例二：双镜片实例三：牛顿望远镜实例四：Schmidt-Cassegrain 和aspheric corrector实例五：multi-configuration laser beam expander实例六：fold mirrors 和coordinate breaks实例七：使用Extra Date Editor, Optimization with Binary Surfaces实例一：单镜片(Singlet)你将学到：启用Zemax，如何键入wavelength，lens data ，产生ray fan，OPD，spot diagrams，.. 定义thickness solve 以及variables，执行简单光学设计最佳化。

设想你要设计一个F/4 单镜片在光轴上使用，其focal length 为100mm，在可见光谱下，用BK7 镜片来作。

首先叫出ZEMAX 的lens data editor(LDE) ，什么是LDE 呢？它是你要的工作场所，譬如你决定要用何种镜片，几个镜片，镜片的radius，thickness ，大小，位置……等。

然后选取你要的光，在主选单system 下，圈出wavelengths ，依喜好键入你要的波长，同时可选用不同的波长等。

现在在第一列键入0.486，以microns 为单位，此为氢原子的F-line 光谱。

在第二、三列键入0.587 及0.656，然后在primary wavelength 上点在0.486 的位置，primary wavelength 主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics，即first-order optics) 下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes 等。

再来我们要决定透镜的孔径有多大。

zemax设计实例之手机镜头

zemax设计实例之手机镜头2012.03.13 评论关闭4,757 views随着手机市场对高像素手机镜头的需求增大，利用Ｚｅｍａｘ光学设计软件设计一款大相对孔径８００万像素的广角镜头。

该镜头由１片非球面玻璃镜片，３片非球面塑料镜片，１片滤光镜片和１片保护玻璃构成。

镜头光圈值Ｆ为２．４５，视场角２ω为６８°，焦距为４．２５ｍｍ，后工作距离为０．５ｍｍ。

采用ＡＰＴＩＮＡ公司的ＭＴ９Ｅ０１３型号８００万像素传感器，最大分辨率为３２６４×２４４８，最小像素为１．４μｍ。

设计结果显示：各视场的均方根差（ＲＭＳ）半径小于１．４μｍ，在奈奎斯特频率１／２处大多数视场的ＭＴＦ值均大于０．５，畸变小于２％，ＴＶ畸变小于０．３％。

关键词：手机镜头；光学设计；８００万像素；Ｚｅｍａｘ引言手机镜头的研发工作始于２０世纪９０年代，世界上第一款照相手机是由夏普ＪＰＨＯＮＥ（现在的日本沃达丰）在２００１年推出的ＪＳＨ０４手机，它只搭载了一个１１万像素的ＣＯＭＳ数码相机镜头。

随后各大手机知名制造厂商纷纷开始研发手机摄像功能。

２００３年５月２２日夏普制造了１００万素的ＪＳＨ５３，目前照相手机的市场占有率几乎是１００％，特别是带有高像素２Ｍ、３Ｍ、５Ｍ、８Ｍ的镜头就成为镜头研发的热点［１］。

目前８００万像素的手机市场占有率还不是太多，但随着人们对高端手机的需求量越来越大，８００万像素手机肯定是主流趋势。

鉴于此，在选用合理初始结构的基础上，优化出了一款８００万像素的手机镜头。

１感光器件的选取感光器件有ＣＣＤ（电荷耦合器件）和ＣＭＯＳ（互补金属氧化物半导体）两种。

ＣＭＯＳ器件产生的图像质量相比于ＣＣＤ来说要低一些，到目前为止，大多数消费级别以及高端数码相机都使用ＣＣＤ作为感光元件；ＣＭＯＳ感应器则作为低端产品应用于一些摄像镜头上，目前随着ＣＭＯＳ技术的日益成熟，也有一些高端数码产品使用ＣＭＯＳ器件。

ＣＭＯＳ相对于ＣＣＤ有很多优点，比如价格低、集成化程度高、体积小、质量轻、功耗低、无光晕、高读出速率等［６］。

ZEMAX单透镜设计例子详细（多图）

ZEMAX单透镜设计例⼦详细（多图）ZEMAX单透镜设计例⼦，单透镜是最简单的透镜系统了，这个例⼦基本是很多ZEMAX教程开头都会讲的。

1-1 单透镜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。

你也将使⽤到光线扇形图(Ray Fan Plots)、弥散斑(Spot Diagrams)以及其它的分析⼯具来评估系统性能。

这例⼦是⼀个焦距100 mm、F/4的单透镜镜头，材料为BK7，并且使⽤轴上(On-Axis)的可见光进⾏分析。

⾸先在运⾏系统中开启ZEMAX，默认的编辑视窗为透镜资料编辑器(Lens Data Editor, LDE)，在LDE可键⼊⼤多数的透镜参数，这些设罝的参数包括：表⾯类型(Surf：Type)如标准球⾯、⾮球⾯、衍射光栅…等曲率半径(Radius of Curvature)表⾯厚度(Thickness)：与下⼀个表⾯之间的距离材料类型(Glass)如玻璃、空⽓、塑胶…等：与下⼀个表⾯之间的材料表⾯半⾼(Semi-Diameter)：决定透镜表⾯的尺⼨⼤⼩上⾯⼏项是较常使⽤的参数，⽽在LDE后⾯的参数将搭配特殊的表⾯类型有不同的参数涵义。

1-2 设罝系统孔径⾸先设罝系统孔径以及透镜单位，这两者的设罝皆在按钮列中的「GEN」按钮⾥（System->General）。

点击「GEN」或透过菜单的System->General 来开启General的对话框。

点击孔径标签(Aperture Tab)（默认即为孔径页）。

因为我们要建⽴⼀个焦距100 mm、F/4的单透镜。

所以需要直径为25 mm 的⼊瞳(Entrance Pupil)，因此设罝：Aperture Type：Entrance Pupil DiameterAperture Value：25 mm点击单位标签(Units Tab)，并确认透镜单位为Millimeters。

ZEMAX光学设计：一个沃拉斯顿棱镜的设计实例

ZEMAX光学设计：一个沃拉斯顿棱镜的设计实例引言：沃拉斯顿棱镜（Wollaston prism），一种偏振光学器件，能产生两束彼此分开的、振动方向互相垂直的线偏振光。

它是有由两个直角棱镜组成的。

在光刻照明、双频激光干涉仪、光谱仪、偏振分析仪等精密加工、测量等领域应用非常广泛。

沃拉斯顿棱镜所用材料可以是方解石、石英、KDP，YVO4、氟化镁和α-BBO等。

，中间可以用甘油或蓖麻油粘合，也可以用光胶或键合的方式制成（这个方式的抗损伤阈值更高）。

设计一个沃拉斯顿棱镜。

设计仿真：在系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”，并根据设计要求输入“10.0”；在视场设定对话框中设置1个视场，Field Type为“angle”，如下图：在波长设定对话框中，选择0.400um一个波长，如下图：LDE的结构参数，如下图：两个棱镜的材料选用KDP。

第2面BirefringentIn设置中，Draw Axis填入“75”；参数Mode，填入“0”；X-Cosine填入“0”、Y-Cosine填入“1”。

第4面设置为Birefringent Out；第5面BirefringentIn设置中，Draw Axis填入“75”；参数Mode，填入“1”；X-Cosine填入“1”、Y-Cosine填入“0”。

在第4面和第5面的前后插入坐标断点，旋转45°。

第7面设置为Birefringent Out。

ZEMAX不能同时追迹两条光线，但是可以容易地创建一个多重组态镜头。

打开MCE，设置如下：查看3D Layout，如下图：此时，寻常光和非寻常光就可以同时追迹了。

偏振光瞳图，表示偏振椭圆关于曈面位置的函数。

这可以帮助观察整个光瞳上的偏振变换情况。

这个功能也可以用于计算系统中的透射率，该系统用独立的组态模拟重叠光路,例如双目偏振光束分光镜和干涉仪。

在偏振光瞳图的参数设置，如下图：Jx与Jy为琼斯电场，用于定义初始偏振；X-Phase和Y-Phase分别为用角度表示的琼斯电场X和Y分量的相位；Surface为数据所显示的表面。

使用ZEMAX设计的典型实例分析