zemax软件培训 光学设计必看的经典资料
Zemax软件设计教程_3
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Ciomp.CAS
在3D视图中设置选择所有组态，更新视图
在各组态中镜面及像面尺寸是不同的我们 可以使用“Maximum” solve令其固定
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对多个组态进行优化
打开优化函数编辑器MFE，首先建立默认优化函数
在Surface选项卡中 可以选择 HEXAGON.UDA
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在LDE中输入以下表面
将第6面反射镜表面设置为Irregular surface 并将semi-diameter 修改为 150mm
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这里为减小设计量做一些假定
只设计抛物面主镜，不考虑整个望远系统中的其他表面
每一块拼接镜是不可变形的 对于每块拼接镜将只设置X/Y方向的倾斜并不引入平移 整个镜面由19块拼接镜组成，我们需要手动输入这些参数，对于更多 数量的拼接镜可以使用ZPL宏语言进行编辑 拼接镜的位置使用decenter 参数关联 由Zemax生成模拟大气影响的随机像差
在第5面上设置position solve使3~5 面间距始终为2100
在第2面上设置glass solve为model 确认以下参数
设置反射镜厚度
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在多重结构中设置不同的decenter 来实现多片拼接镜 使用两个Coordinate Break 面分别恢复decenter和tilt
在这一部分我们将学习设置一个±5°的扫描镜 初始结构如图，参数如下：
5mm厚度N-BK7 在后表面设置f/5solve 通过优化前表面曲率及后 截距使RMS光斑最佳
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
光学设计软件ZEMAX实验讲义
1.3 主视窗的操作（Main Windows Operations）
主视窗在执行 ZEMAX 后显示出来，可以用鼠标拖动改变大小，如图 1.1 所示。上部有标 题栏、菜单栏、快捷按钮。底部状态栏中显示当前镜头系统的焦距（EFFL） 、F 数（WFNO） 、入 瞳直径（ENPD） 、系统总长（TOTR） 。 主视窗中的快捷按钮和状态栏中内容可以自定义，菜单栏中有： 文件（File） 展开后有文件的打开（Open） ，新建（New） ，存储（Save） ，另存为（Save as）等，偏好 （Preference）可以修改文字大小，快捷按钮和状态栏中的内容。 编辑器（Editors） 栏中包括 ZEMAX 中所有编辑器命令， 展开后可打开 Lens data editor， Merit function editor。 系统（System） 定义或更新光学系统的光学特性数据，例如相对孔径、视场和选取的工作波长等。 分析（Analysis） 它是 ZEMAX 中的非常重要的菜单之一， 是用来进行像质评价和分析的主要工具， 对于其 中的每一项的数据的含义，单位要很好地理解。主要有：Fans 中的球差（Ray aberration） ，点 列图（Spot diagrams） 、调制传递函数（MTF） 、点扩散函数（PSF） 、波像差（Wavefront） 、圆内 能量集中度（Encircled Energy） ；杂项（Miscellaneous）中的场曲与畸变（Field Curv/Dist） 、轴 向球差（Longitudinal aberration）和垂轴色差（Lateral Color） 。 工具（Tools） 也是 ZEMAX 中的非常重要的菜单之一， 分成七块： 第一块用来进行光学镜头的局部优化 （Optimization） 、全局优化（Global / Search /Hammer Optimization）等；第二块分析镜头的公 差，计算传递函数的点列图，波差等变化量表。第三块是材料选择，有察勘玻璃库或向库中新 增添或删除玻璃条目，寻找简单的透镜数据并插入到透镜数据编辑器中。第四块是镀膜模型。
ZEMAX光学设计讲义
实验一：单镜头设计(Singlet)实验目的：1、学习如何启用Zemax2、学习如何输入波长（wavelength）、镜头数据（lens data）3、学习如何察看系统性能（optical performance），如ray fan，OPD，点列图（spot diagrams），MTF等。
4、学习如何定义thickness solve以及变量（variables）5、学习如何进行优化设计（optimization）实验仪器：微机、zemax光学设计软件实验步骤：1、设计一个孔径为F/4的单镜头，物在光轴上，其焦距（focal length）为100mm，波长为可见光，用BK7玻璃为材料。
2、首先运行ZEMAX，将出现ZEMAX的主页，然后点击lens data editor(LDE)。
什么是LDE呢？它是你要的工作场所，在LDE的扩展页上，可以输入选用的玻璃，镜片的radius，thickness，大小，位置等。
3、然后输入波长，在主菜单的system下，点击wavelengths，弹出波长数据对话框wavelength data，键入你要的波长，在第一行输入0.486，它是以microns为单位，此为氢原子的F-line光谱。
在第二、三行键入0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.587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。
4、确定透镜的孔径大小。
既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。
所以现在我们需要的aperture 就是100/4=25(mm)。
ZEMAX光学设计超级学习手册-第1章
第1章ZEMAX入门ZEMAX是一款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有3种版本：ZEMAX-SE（标准版）、ZEMAX-XE（扩展版）、ZEMAX-EE（工程版），其中ZEMAX-EE的功能最为全面。
ZEMAX的界面设计得比较简洁方便，稍加练习就能很快地进行交互设计使用。
ZEMAX的大部分功能通过都能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。
本章将要讲述ZEMAX中的有关约定的解释，界面功能的习惯用法，以及一些常用窗口操作的快捷键。
一旦学会了在整个软件中通用的、简单的习惯用法，ZEMAX用起来就很容易了。
学习目标：（1）了解界面主窗口菜单的各项功能。
（2）熟练运用快捷工具栏。
（3）熟练掌握大量光学行业中约定的解释，如优化、公差分析等。
（4）熟练掌握各对话窗口的操作，如镜头数据、波长数据等。
1.1 ZEMAX的启动与退出安装ZEMAX软件后，系统自动在桌面上产生了ZEMAX快捷图标。
同时，“开始”菜单中也自动添加了ZEMAX命令。
下面讲解ZEMAX的启动与退出。
1．ZEMAX安装成功后，需要启动ZEMAX，才能使用该软件进行设计工作。
ZEMAX 的启动有4种方式。
（1）选择“开始”菜单命令启动。
选择“开始→ZEMAX”命令，启动ZEMAX，如图1-1所示。
（2）选择桌面快捷方式图标。
安装完成，系统会在桌面上自动创建ZEMAX的快捷方式图标，双击图标便可启动ZEMAX，如图1-2所示；右键单击快捷方式图标后单击“打开”也可以启动，如图1-3所示。
如果桌面上没有快捷方式图标，可以从“开始”菜单中找到相应的程序命令发送到桌面快捷方式，如图1-4所示。
2第1章ZEMAX入门图1-1 “开始”菜单命令启动图1-2 桌面快捷方式图标图1-3 右击快捷方式启动图1-4 发送桌面快捷方式（3）选择快速方式启动。
单击任务栏快速方式图标也可以启动ZEMAX。
《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。
光学设计ZEMAX复习概要
2009.3
具有单一主截面的系统
入射和出射光轴 光轴同向 反射次数 偶次反射 符号 (+)(+)=(+) y’和y方向 y’和y同向
光轴同向
奇次反射
(+)(-)=(-)
y’和y反向
光轴反向
偶次反射
(-)(+)=(-)
y’和y反向
光轴反向
奇次反射
(-)(-)=(+)
y’和y同向
Chapter1
三、对棱镜的要求 1、棱镜展开后应该是一块平行玻璃板
2、如果棱镜位于会聚光束中，光轴必须 和棱镜的入射及出射表面相垂直。
Chapter1
2009.3
典型棱镜展开
B 1、直角棱镜 在平行光路中使用
在平行光路中只需 满足第一个条件： 展开开后成平行玻璃板 即 AB//AC 则 ABC ACB ACB 是 ACB 折过过去的，二者相等 ABC ACB 只要满要 满足 两角相等 保证 AB//AC，不一定 为45， A 也不一定为不一定
入射圆形光束时，出射为两个半圆；不能在圆形光束中工作 ；
入射面与光轴不垂直，只能使用在平行光路中。
Chapter1
2009.3
屋脊面和屋脊棱镜 作用：在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下，用两个 相互垂直的反射面代替一个反射面，增加一次反射，使系统总反 射次数由奇数变成偶数，达到物象相似的要求。
Chapter1
2009.3
表示平面镜棱镜系统的物像方向的方法 用一个直角坐标系表示物 x: 与入射光轴重合 y:位在主截面内 z:垂直于主截面 同样，用x’,y’,z’表示像的坐标
Chapter1
zemax软件培训 光学设计必看的经典资料
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，平衡优化成像系统的像差，分析评价成像质量，给光学系 光线与面相交的顺序
光线与同一个面可相交多次 光线不会分裂
镜面反射和漫反射 可以是全反射
在object外的光线也可进行光线追迹 object的位置由全局坐标确定 所有空间都是等价的 计算的光线多，计算速度慢
不能使用优化和默认的公差分析（可 用Macros分析公差）
ZEMAX的用户界面
• 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
•Non-Sequential Components Editor
Hybrid sequential/nonsequential •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离开NS group； •光线在NSC中一直追迹，直到它遇到下列情况才终止： 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。
《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
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软件在光学设计专题培训课件
• 总体上来说其功能和迭代收敛速度不及前述几 种软件，但其价格便宜，还是值得推广
LensView
• 光学设计数据库，囊括超过18,000个在美国和 日本专利局申请有案的多样化的光学设计实例
• 能显示每一实例的空间位置，拥有设计者完整 的信息、摘要等多种功能
• 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
• 功能不及Code V、OSLO，但其简单易学， 价格便宜，在国内用得比较广泛
SOD88
• 北理工研究的光学设计软件，适用于共轴光学 系统，系统可以是折、反或折反系统，系统中 的面型可以是球面也可为非球面
• 杂光分析：非序列光线追迹功能可以直观地描述在系统 中任意表面上或介质中发生的任何光学现象，如折射、 反射、全反射、散射、多级衍射、振幅分割、光能损耗、 材料吸收等，并根据需要自动实时衍生出多路光路分支。
• 照明系统设计分析：LightTools中可以精确地定义各种 实际光源（如发光二极管、白炽灯、弧光 灯、卤素灯 等）的形状和发光特性，其计算结果与实际测量结果精 确吻合。对非人眼接收的照明系统，可以把结果转换成 辐射度单位。计算结果的输出形式可以是二维线图、等 高线图、灰度 图、伪彩色图或三维分布图。
OPTIAMP_DESIGN 、FIBER_CAD 、HS_DESIGN 、 FDTD_CAD 、WDM_Phasar 、 IFO_GRATINGS
Code V
• 美国Optical Research Associates推出的大型 光学设计软件
完整word版,ZEMAX光学设计超级学习手册第1章
第1章ZEMAX入门ZEMAX是一款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有3种版本：ZEMAX-SE（标准版）、ZEMAX-XE（扩展版）、ZEMAX-EE（工程版），其中ZEMAX-EE的功能最为全面。
ZEMAX的界面设计得比较简洁方便，稍加练习就能很快地进行交互设计使用。
ZEMAX的大部分功能通过都能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。
本章将要讲述ZEMAX中的有关约定的解释，界面功能的习惯用法，以及一些常用窗口操作的快捷键。
一旦学会了在整个软件中通用的、简单的习惯用法，ZEMAX用起来就很容易了。
学习目标：（1）了解界面主窗口菜单的各项功能。
（2）熟练运用快捷工具栏。
（3）熟练掌握大量光学行业中约定的解释，如优化、公差分析等。
（4）熟练掌握各对话窗口的操作，如镜头数据、波长数据等。
1.1 ZEMAX的启动与退出安装ZEMAX软件后，系统自动在桌面上产生了ZEMAX快捷图标。
同时，“开始”菜单中也自动添加了ZEMAX命令。
下面讲解ZEMAX的启动与退出。
1．ZEMAX安装成功后，需要启动ZEMAX，才能使用该软件进行设计工作。
ZEMAX 的启动有4种方式。
（1）选择“开始”菜单命令启动。
选择“开始→ZEMAX”命令，启动ZEMAX，如图1-1所示。
（2）选择桌面快捷方式图标。
安装完成，系统会在桌面上自动创建ZEMAX的快捷方式图标，双击图标便可启动ZEMAX，如图1-2所示；右键单击快捷方式图标后单击“打开”也可以启动，如图1-3所示。
如果桌面上没有快捷方式图标，可以从“开始”菜单中找到相应的程序命令发送到桌面快捷方式，如图1-4所示。
图1-1 “开始”菜单命令启动图1-2 桌面快捷方式图标图1-3 右击快捷方式启动图1-4 发送桌面快捷方式（3）选择快速方式启动。
单击任务栏快速方式图标也可以启动ZEMAX。
ZEMAX培训课件
zemax采用全球最先进的光线追踪技术，可以模拟光线在物体表面的反射、 折射、散射等行为，提高光学设计的精准度。
高效稳定
zemax光线追踪算法高效稳定，可以快速得到高质量的光线追踪结果。
zemax的optimizer（优化器）功能
多目标优化
zemax优化器支持多目标优化，可以在满足一系列约束条件的同时，使多个目标 达到最优。
zemax界面使用问题
总结词
zemax界面使用中常见的问题及解决方法。
详细描述
zemax界面使用问题主要包括界面不熟悉、操作不流畅、界面卡顿等。解决 方案主要包括学习zemax界面使用教程、熟练掌握zemax界面的功能和快捷 键、定期清理软件缓存等。
zemax光学设计问题
总结词
zemax光学设计中的常见问题及解决方法。
生产制造：根据仿真分析结果，制定生产计划并进行制 造。
案例2：自由曲面光学设计
方法介绍：自由曲面光学设计是一种利用自由曲 面结构实现光束调控的技术，具有高精度、高稳 定性和低损耗等优点。 步骤
确定设计目标：根据实际应用需求，明确设计目标 ，如光束形状、光束方向、光束大小等。
建立模型：利用zemax软件中的自由曲面模块 进行建模，调整曲面的形状和参数，以满足设 计目标。
像差分析
提供多种像差分析方法，包括点列图、等 晕图、波前图等。
结构光设计
可实现结构光系统的设计及优化。
zemax的应用领域
光学仪器
zemax软件可应用于望远镜、显微镜 、照相机等光学仪器设计。
02
激光技术
zemax软件可应用于激光器、激光雷 达、激光测距等激光技术领域。
01
03
光电检测
(完整版)光学设计zemax
➢ 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
差) ➢TSTX,TSTY(光学零件表面允许倾斜偏心公
差)
2014.9
光学系统设计
公差操作数（续）
➢TIRR（球差的一半与象散的一半表示的表 面不规则度，单位是光圈单位）
➢TIND(d光折射率允许偏差) ➢TABB(阿贝常数允许偏差)
2014.9
光学系统设计
➢上述设定完成之后，即可进行公差分析 ➢Tools---Tolerancing
2014.9
光学系统设计
➢每个镜片加工公司都有自己的样板库，如 “changchun.tpd”是长春理工某附属工厂 （可见光镜片）、“beijing.tpd”是北京蓝斯 泰克光电（红外镜片）的样板库等。
➢将这些tpd文件拷入“C:\ZEMAX\Testplat”目 录即可进行相应的比对
2014.9
2014.9
光学系统设计
2014.9
光学系统设计
➢Fast Tolerance Mode:
• 此项仅对近轴后焦偏差视为补偿器 (Compensator) 时有效。即在 Tolerances Data Editor 中存在一行有关后焦的补 偿器设定。在Default Tolerance 中选中 Use Focus Comp 就可以生成此补偿器的设定。 此模式比一般模式（没有选中此项）的运算模 式快50 倍。
《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光学设计超级学习手册第2章
第2章像质评价ZEMAX提供了丰富的像质评价指标，如评价小像差系统的波像差、包围圆能量集中度；评价大像差系统的点列图、弥散圆、MTF、PSF、几何像差评价方法等。
像质评价结果也是表现形式多种多样，既有各种直观的图形表示方法，也有详细的数据报表。
我们将在本章中详细介绍。
学习目标：（1）了解分析界面中像质主窗口菜单的各项功能。
（2）熟练运用像质评价快捷工具栏。
（3）熟练掌握像质评价方法，如波前、点列图等。
（4）熟练掌握各对话框的操作，如镜头数据、波长数据等。
2.1 外形图外形图（Layout）是指通过镜头截面的外形曲线图。
主要有二维外形图、三维外形图、阴影图、原件图。
二维外形图是通过镜头YZ截面的外形曲线图；三维外形图则显示镜头系统的三维空间外形；阴影图则表示阴影的立体模型；原件图能建立光学加工图。
2.1.1 二维外形图二维外形图（2D Layout）：通过镜头YZ截面的外形曲线。
打开二维外形图对话框“2D Layout → Settings”，如图2-1所示。
图2-1 二维外形图对话框（1）First Surface：绘图的第一个面。
（2）Last Surface：绘图的最后一个面。
（3）Number of Rays：光线数目确定了每一个被定义的视场中画出的子午光线数目。
除非变迹已被确定，否则光线沿着光瞳均匀分布。
这个参数可以设置为0。
（4）Delete Vignetted：若选取，被任意面拦住的光线不画出。
（5）Suppress Frame：隐藏屏幕下端的绘画框，这可以为外形图留出更多的空间。
比例尺、地址或者其他数据都不显示。
（6）Fletch Rays：显示光线箭头。
（7）Marginal and Chief Only：只画出边缘光线和主光线。
（8）Wavelength：显示的任意或所有波长。
（9）Field：显示的任意或所有视场。
（10）Scale Factor：若比例因子设置为0，则“Fill Frame”将被选取，“Fill Frame”将缩放各面来充满画页。
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。
光学设计软件ZEMAX简明教程
联合优化
运用ZEMAX的联合优化功能 ，同时调整多个透镜的形状和 厚度，优化整体成像质量。
分析像差校正
利用ZEMAX的像差分析工具 ，分析并校正组合透镜的像差
。
特殊透镜设计方法探讨
非球面透镜设计
探讨非球面透镜的设计方法，如高次非球面 、自由曲面等。
复杂光学系统设计
讨论复杂光学系统的设计方法，如多波长、 大视场等。
评价函数设置
在优化过程中，需要设置合适的评价函数以评估设计质量。可以通过添加、修改或删除操 作数来定制评价函数。
常见问题解决方案
镜头无法收敛
尝试调整优化算法参数、增加约束条件或修 改初始结构。同时检查系统参数设置是否合 理。
图像质量不佳
检查光学系统的像差，如球差、彗差等。通过优化 或更改设计参数来改善图像质量。
参数设置及优化技巧
系统参数设置
在“System”菜单下，可以设置系统单位、波长、视场等参数。确保这些参数符合设计 要求。
优化算法选择
ZEMAX提供多种优化算法，如阻尼最小二乘法（Damped Least Squares, DLS）和正交 下降法（Orthogona。
光学设计软件ZEMAX简明教程
目 录
• ZEMAX软件概述 • 光学设计基础知识 • ZEMAX基本操作与设置 • 透镜设计实例分析 • 反射镜设计实例分析 • 系统性能评价与优化 • 高级功能介绍与拓展应用
01 ZEMAX软件概述
软件背景及发展历程
创立初期
01
ZEMAX软件最初是由美国加州大学伯克利分校的光学研究团队
快捷键与自定义设置
ZEMAX支持快捷键操作，用户还 可以根据自己的习惯进行自定义 设置，提高工作效率。
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容易混淆的概念：Image Space F/#；Paraxial Working F/#; Working F/# Paraxial Working F/#： Working F/#：
Paraxial Working F/#计算公式中的θ是近轴边缘光线与光轴的夹角； Working F/# 计算公式中的θ是实际边缘光线与光轴的夹角 下面看一个例子：example for F-number.zmx
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。
使用ZEMAX的三种方式
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
高斯切趾， 切趾因子3。 高斯函数 的傅立叶 变换还是 高斯函数
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）。
Completely non-sequential
•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。
• 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
•Non-Sequential Components Editor
表面数据的符号规则
表面数据的符号规则：曲面左凸为正，右凸为负；高度向上为正，向 下为负；角度从光线向光轴，顺时针锐角为正，逆时针为负；厚度向 右为正，向左为负
+y
+z
球透镜的例子
在ZEMAX中输入一个直径5mm的球透镜，玻璃材料K9，Layout如下： 例子：ball lens.zmx
需要设定孔径类型、透镜长度单位、视场类型、使用的波长 需要在Lens Data Editor中插入表面，根据符号规则输入适当的参数 使用M-solve找到近轴焦平面
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
数据编辑器
系统数据
需要设置三个Dialog boxes： General (Gen) -通常需要设置孔径类型、孔径大小、透镜长度单位、玻璃库等 Field Data (Fie) -选定视场角的类型，设置视场角大小 Wavelength Data (Wav) -入射需要用到的波长，以及权重，设定哪个波长是参考波长
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。
Editors
Surface Type
1.提供了近60种的光学曲面面形， 主要类型有： 平面、球面、标准二次曲面、非 球面、光锥面、轮胎面、折射率 渐变面、二元光学面、光栅(固 定周期和变周期)、全息衍射元 件、Fresnel透镜、波带片等。 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。
以object为对象建模 不限制光线与面相交的顺序
光线与同一个面可相交多次 光线不会分裂
镜面反射和漫反射 可以是全反射
在object外的光线也可进行光线追迹 object的位置由全局坐标确定 所有空间都是等价的 计算的光线多，计算速度慢
不能使用优化和默认的公差分析（可 用Macros分析公差）
• ZEMAX的用户界面
Hybrid sequential/nonsequential •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离开NS group； •光线在NSC中一直追迹，直到它遇到下列情况才终止： 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。
Gen
Aperture决定了系统的入光量的多少。 EPD--入瞳直径；Image space F/#--无限物距时，象空间的近轴F数；Object space NA--有限物距时，物空间数值孔径；Float By Stop Size--根据孔径光阑的大小变化； Paraxial Working F/#--无限远或有限远物距时，象空间的近轴工作F数；Object Cone Angle—有限物距时，物空间边缘光线与光轴的夹角
VDX,VDY,VC X,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 可以随意插入更多的表面 每个表面都包括的数据有：表面类型、注释、曲率半径、厚度、玻璃 牌号、表面的半口径、二次常数、保留的参数0-12、热膨胀系数和膜 层参数
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”
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：
Working F/#=1/[2sin(5.76436)]=4.97822391 Paraxial Working F/#=1/[2tan(arccos(0.9950372))]=5.00000496
切趾分布
General对话框中有一项设置apodization type----切趾分布，它实际 是定义了入瞳处的光照分布。
ZEMAX光学软件培 训课程
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。
练习：在ZEMAX中输入一个入瞳直径33.33mm的双高斯镜头。视场角设定0度、 10度、14度，采用波长0.486，0.587，0.656，参考光为0.587，Layout如下：
表面的曲率半径依次为54.15，152.52，35.95，infinity，22.27，infinity，-25.68， infinity，-36.98，196.42，-67.148；玻璃和空气间隙的厚度依次为：8.75，0，14， 3.78，14.25，12.42，3.78，10.83，0，6.85，57 例子：Double Gauss.zmx
序列模式和非序列模式的比较
序列模式
以surface为对象建模 指定光线与面相交的顺序 光线与每个面只相交一次
光线不会分光 镜面反射
光线不能超过临界角 通过孔径外的光线必须渐晕 Surface的位置由前一个面的参数确定 每个面都有物空间和像空间 计算的光线少，计算速度快
可进行优化和公差分析
非序列模式
1.输入系统数据
2.输入透镜数据/修改透镜数据
3.检查、分析模型，考虑是否修改透镜数据或者考虑优化方向
4.优化、评价模型性能
5.公差分析
6.出报告、画工程图
设计过程中，第3步的结果不好的话，你可能需要返回到第2步重复设 计；第4步完成后达不到期望的性能，也需要返回到第2步重复设计， 直到设计结果能满足需求；但是即便如此，你也只得到了一个停留在 纸上的设计方案，只有在进行了公差分析，证实这个设计是可以加工 和装配的，设计才算基本完成，否则还是要回到第2步重复整个过程。