zemax应用举例1单透镜
Zemax实验指导
Zemax实验指导实验十一学系统设计软件Zemax应用——单透镜设计设计性实验一、实验目的掌握zemax光学设计软件的使用，能进行光学器件的设计和仿真，理解各种光学设计的根本分析原理，了解像差的根本概念、意义。
二、实验内容设计一个校正球差的消色差双胶合镜，作为望远镜物镜。
R=10 cm，c1=0.002957 cm-1，c2=-0.020224 cm-1， c3=-0.00771 cm-1。
厚度t1=1.9 cm，t2=1.3 cm。
玻璃选择：第一透镜选BaK1 〔1.5725、57.55〕，第一透镜选BaSF2 〔1.66446、35.83〕。
如下图。
三、实验仪器计算机、自由空间光学系统设计软件Zemax。
四、实验原理几何光学设计主要采用光线追迹法〔Ray tracing〕来分析光线在光学系统中的传输路径。
通过光线追迹法可以确定系统的一些根本参数，如焦距、光阑，入射光瞳、出射光瞳、入射窗、出射窗等。
通过光线追迹法还可以分析系统像差。
五、实验步骤步骤一：创立设计建立新文件，并保存。
步骤二：系统参数设置1 将单位设置为毫米，将入射光瞳半径设置为100毫米。
方法：System-General。
如下列图。
2 对计算视场进行设计，设置了两个视场，本系统中视场的影响不大，因为物处于无穷远。
方法：System-Fields。
如下列图。
步骤三：面输入输入三个面，如下图。
插入光学面的方法为：Edit-Insert Surface或Edit-Insert After。
编辑好透镜数据之后可以查看透镜的光学结构，方法为：Analysis-Layout-2D Layout。
步骤四：系统参数计算计算系统数据的方法：Report-System Data。
结果一般如下列图所示。
我们记录几个数据：EFL、BFL、入瞳直径、出瞳位置与直径。
计算光线追迹数据的方法：Analysis-Calculations-Ray trace。
我们只查看近轴光线数据，一般如下列图所示。
zemax设计 - 单透镜设计
单透镜设计透镜参数：
1.焦距为100mm。
2.相对孔径为1/5。
3.全视场2ω为10度。
4.物距为无穷远。
5.选用K5玻璃。
1.系统二维图
2.系统三维图
3.光线扇面
4.场曲
5.由一个物点发出的光线经光学系统后，由于像差的存在，像面上
不再是一个集合点，而是一个弥散斑，称之为点列图。
常用点列图的密集程度衡量光学系统的成像质量。
将Show Airy Disk选中，可得到下面的图像：
可以看到爱里斑直径值为5.732，大部分的点都落在“Airy Disk”内。
6.MTF曲线
①MTF曲线越高越好，图中MTF曲线所占面积大于图的面积的1/2，
说明MTF曲线足够高。
②MTF曲线越平越好，图中MTF曲线足够平滑。
③S曲线与T曲线越重合越好，图中S曲线和T曲线比较重合，说明
镜头的像散较小。
zmax_1单透镜的设计
Zmax-单透镜的设计目的：开始 ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（ray fan），光程差曲线（OPD），和点列图（Spot diagram），确定厚度求解方法和变量，进行简单的优化。
如：用 BK7 玻璃，在轴上可见光谱范围内，设计一个 F/4 的镜片，焦距为100mm的单透镜。
波长设置：选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）孔径设置：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）选择“系统”中的“通常（General）”菜单项设置表面，每一个面有一个曲率半径，厚度（到下一个面的轴上距离），和玻璃。
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。
此处单透镜来说，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。
分别为：0，1，2，3，面。
输入前镜面玻璃属性，STO面玻璃栏输入BK7。
输入其他参数。
曲率和厚度等。
那么如何判断这个镜片是否合适？先选择“分析（Analysis）”菜单，然后选择“图（Fan）”菜单，再选择“光线像差（Ray Aberration）。
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。
光线特性曲线通过原点的倾斜表示有离焦现象存在。
首先解决离焦的问题，用Solve 来进行操作。
为了将像平面设置在近轴焦点上，在第2面的厚度上双击，弹出SOLVE 对话框，它只简单地显示“固定（Fixed）”。
在下拉框上单击，将SOLVE类型改变为“边缘光高（Marginal Ray Height）”，然后单击OK。
用这样的求解办法将会调整厚度使像面上的边缘光线高度为0，即是近轴焦点。
注意第2面的厚度会自动地调整到约96mm再次查看RAY离焦已消失，主要的像差是球差。
注意图中比例的改变。
Zemax光学设计实例汇总
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光学设计：ZEMAX中的初级像差描述
Zemax光学设计：ZEMAX中的初级像差描述引言：实际的光学系统都是不完美的，光线经过光学系统各个表面的传输都会形成多种像差。
光学设计的一个重要任务就是校正、优化与平衡这些像差，使成像质量达到技术要求。
常见的初级像差包括5种单色像差（球差、彗差、像散、场曲与畸变）和2种色差（轴向色差与倍率色差）。
1.ZEMAX中的球差描述以一个简单的单透镜为例。
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”，并根据设计要求输入“50.0”；在视场设定对话框中设置1个视场，要选择“Angle”，如下图：在波长设定对话框中，设定0.55um一个波长，如下图：LDE的结构参数，如下图：查看2D Layout：查看Ray Fan：Ray Fan图中可以定量分析球差在不同孔径的大小，可以看出球差曲线具有旋转对称性；而且由于不存在离焦的情况，其在中央区域很平坦。
查看点列图：可以看出，不同环带（孔径）的光线会聚于光轴的不同点。
球差是和孔径相关的像差。
查看波前图：从光程差上分析，球差的产生其实是波前相位的移动，即出瞳参考球面与实际球面波前的差异。
当实际波前和参考波前分离时，光程差不再相等，这样物面同一束光经实际透镜和理想透镜后，相当于产生了牛顿干涉环。
查看Seidel Coefficients：也可以在MFE中使用操作数查看球差值。
Surf若不指定某一个面(取值为0)，则计算所有面产生球差总和。
2.ZEMAX中的彗差描述使用一个带Binary 2面型的单透镜来模拟彗差。
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”，并根据设计要求输入“20.0”；在视场设定对话框中设置1个视场，要选择“Angle”，如下图：在波长设定对话框中，设定0.55um一个波长，如下图：LDE的结构参数，如下图：查看2D Layout：查看Ray Fan：Ray Fan图显示彗差为主要像差，残余还有离焦和球差。
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应用举例1-单透镜
8）单透镜还能更好吗？ 单透镜还能更好吗？
方法二
优化结果
慧差几乎为零 系统成像质量几乎没有改变
8）单透镜还能更好吗？ 单透镜还能更好吗？
方法三
优化结果
慧差几乎为0 慧差几乎为0，像散也非常小 点列图尺寸变大 此系统中主要存在球差和场曲两种像差
8）单透镜还能更好吗？ 方法四 单透镜还能更好吗？
优化后单透镜结构参数
点列图 横向像差（光线扇形图） 横向像差（光线扇形图）
优化结果：MF=0.0659 优化结果： 存在问题：厚度太厚，不实用 存在问题：厚度太厚， ---增加厚度限制条件 ---增加厚度限制条件 单透镜中的可变参数：两个曲率半径， 单透镜中的可变参数：两个曲率半径， 两个厚度， 两个厚度，光阑位置 现在的可变参数：前曲率半径及透镜厚度， 现在的可变参数：前曲率半径及透镜厚度， 且厚度作用不大 如何改善？ 如何改善？ ---离焦 ---离焦 ---光阑位置可变 ---光阑位置可变
6）进一步优化
优化结果
Rear landscape
成像质量大大改善！ 成像质量大大改善！
7）另外一种可替代的结构
Front landscape
8）单透镜还能更好吗？ 单透镜还能更好吗？
方法一
优化结果
SPHA
1.079 33 72 RMS spot size 48 98
2.799
结论： 结论： 1、单透镜不能校正球差 2、优化特定的像差结果往往不理想
例子1 例子1
单透镜
1）设计要求： 设计要求： 入瞳直径： 入瞳直径：40mm F/# : F/10 材料：BK7 材料： 物距： 物距：无穷远 2w=100 波长： 波长：0.587um 光阑在系统第一面 要求在近轴焦点处系统有最好的RMS 要求在近轴焦点处系统有最好的RMS spot size
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光学设计第02讲ZEMAX实例：单透镜设计
球差
最小模糊圈 近轴焦点
横向像差 纵向像差 球差存在时最清楚面不在近轴焦点处！
光学像差 分类
•几何像差（单色像差）
–起源于非近轴光线的聚焦
• 球差 (spherical aberration) • 彗差 (coma) • 像散 (astigmatism) • 场曲 (field curvature) • 畸变 (distortion)
•色像差 Chromatic aberration
–起源于透镜折射率随波长改变，因此不同颜色聚焦 在不同位置
像差的起源
• 球差 (spherical aberration) • 彗差 (coma) • 像散 (astigmatism) • 场曲 (field curvature) • 畸变 (distortion)
ZEMAX光学设计 (第2讲)
Optical Design & ZEMAX
ZEMAX实例：单透镜设计
1.设计流程
系统参数输入 初始结构创建 优化变量设置 评价目标函数设置
像质分析 系统改进提高
再优化
2.单透镜设计实例
（1）LDE 透镜数据编辑
（2）孔径、视场、波长参数输入
3.球差
longitudinal aberrations
像差的起源
其他五种像差
• 统称为几何像差 • 在后面一一描述
球差
慧差
像散
场曲
畸变
H. Gross ed., Handbook of Optical Systems, Ch29.4, Wiley-VCH (2007)
像差的起源
• 另一种常见的像差表示法Zernike多项式
垂直倾斜
45°像散
光学设计实验一单透镜系统设计
实验一：单透镜系统一.实验目的熟悉 ZEMAX软件，学习单透镜的设计方法及原理过程，及透镜的优化方法；二.单透镜结构性能要求1）相对孔径为1/4（F/#为4），焦距为100mm；2）视场角为0︒；3）厚度为3mm；4）相对波长为可见光波长；5）玻璃材料为BK7 ；三.实验步骤1.打开ZEMAX软件，在 LDE 中显示的有三个面：物平面以 OBJ 表示,光阑面以STO 表示,像平面以 IMA 表示；2.对于我们的单透镜来说，我们共需要四个面：物平面（OBJ），前镜面（同时也是光阑面）（STO），后镜面（2），和像平面（IMA）；3.系统参数设置：相对孔径：F/#是相对孔径的倒数，即为4（system一general）；视场角为0︒（system一field）；相对波长为可见光波长（system一wavelength）；4.结构参数设置：曲率半径为100mm；材料为 BK7；厚度为3mm；如下图所示：单透镜系统如下图所示：如下图所示点列图：四．透镜优化过程1.将曲率半径设为变量，权重为1，厚度设为Marginal Ray Heigh，在评价函数在“TYPE”列下，输入“EFFL”然后Tools一最佳化Optimization。
如下图所示：2.单击菜单栏Tools一最佳化Optimization，如下图所示：五．优化后的光学系统分析1.观察光线特性曲线图。
从光线特性曲线窗口菜单，单击“更新（Update）”（窗口任何地方双击也可更新），其光线特性曲线图。
现在，离焦已消失，主要的像差是球差，单透镜校正不了色差，如下图所示：2.对于点列图，优化后的系统弥散斑越来越小，如图所示：3.对于wavefront Map图，像差从42.2减小到3.5，如下图所示：4.对于多色光焦点漂移图，纵坐标表示波长范围，覆盖了所定义的波长段，焦距的最大变化范围约为1522微米。
对于单透镜镜片来说，其曲线的单调变化类型是很典型的，如下图所示：。
zemax设计题目
光学系统设计题目1、根据提供的初始结构‘双视场.zmx’，设计一个双视场的红外系统（红外材料用自带的INFRARED.AGF），要求焦距60mm/150mm，F数=1。
成像质量：30线对时MTF≥0.3（全视场），成像像面对角线半径7.6mm。
波长8-12微米。
也可以用其它结构，可以添加一个非球面，但是添加非球面后需要减少镜片数量。
2、自行查找文献，设计红外广角物镜（红外材料用自带的INFRARED.AGF），全视场角大于90度。
F数=1。
成像质量：30线对时MTF≥0.3（全视场），成像像面对角线半径7.6mm。
波长8-12微米。
3、以gauss.zmx为初始结构，设计一个成像镜头。
要求：像面大小:6.4×4.8mm，像元8微米。
焦距：50mm，F数：1.0，波长：可见光，结构：双高斯，中心视场0.3（60lp/mm），全视场0.1（60lp/mm）。
限用成都光明玻璃。
要求进行样板比对（china.tpd）。
4、以zebase中S_001为初始结构，或自行查找初始结构，设计10倍变焦可见光成像系统，要求：像面大小:6.4×4.8mm，像元8微米。
焦距：15-150mm，F数：1.0，波长：可见光，中心视场0.3（40lp/mm），全视场0.1（40lp/mm）。
限用成都光明玻璃。
5、自选结构，设计一OLED成像目镜。
OLED分辨率为800×600，尺寸为0.61英寸，要求全视场角大于40度。
出瞳直径8mm，出瞳距20mm，不加反射镜。
MTF中心视场≥0.3（30lp/mm），全视场≥0.1（30 lp/mm），畸变≤5%。
限用成都光明玻璃库中的常用玻璃。
6、使用Zemax模拟以下项目（焦距150mm，F数1/5，视场角2ω=10度，可见光）：需要分析的像差包括：点列图、场曲、MTF（10线对）、球差；限用成都光明玻璃库中的常用玻璃。
（1）单透镜的各种像差（2）单透镜的弯曲程度（如右图）对像差的影响（3）单透镜孔径光阑的位置对像差的影响（4）不同光学玻璃（CDGM库）对像差的影响（选像差好的、较好的、较差的、差的四种玻璃）说明原因。
Zemax光学设计
应用光学谭峭峰tanqf@清华大学精密仪器系光电工程研究所Zemax光学设计商用光学软件：Zemax, Oslo, Code V (成像)TracePro, ASAP, LightTools(照明)FRED, Virtual Lab等Zemax是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。
Zemax不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点。
可仿真Sequential 和Non-Sequential 的成像系统和非成像系统。
Zemax的界面设计得比较容易被使用，稍加练习就能很快地进行交互设计。
大部分Zemax的功能都用选择弹出或下拉式菜单来实现。
抛物面镜1抛物面镜2棱镜中阶梯光栅二维色散像面入射孔高分辨率中阶梯交叉色散光路Zemax不能教你如何去进行镜头或光学系统的设计。
Zemax程序在进行光学系统的设计和分析的时候，可以做许多事情，但是设计者仍然是你。
Zemax不能完全代替工程实践。
在一个设计完成之前，必须对软件所得的计算结果进行检查，以判断结果是否合理。
设计实例一：单透镜设计参数要求：F/#＝4，f′=100mm，可见光，材料：BK7确定单位确定口径确定波长确定视场镜头数据编辑初始界面初步设计，注意符号规则全面反映细光束和宽光束的成像质量。
以光线在理想像面的交点和主光线在理想像面上交点间的距离，可以看出理想像面上像的最大弥散范围。
像面到光线与光轴交点之间的距离，仅用于旋转对称系统。
由于像差很大，传函计算结果不可信。
优化设置变量设置评价函数设计实例二：双胶合透镜设计参数要求：F/#＝4，f′=100mm，可见光，材料：BK7和SF1优化策略建议在设计的初期，优化时不需要追迹所有的视场和波长以节省计算时间。
使用视场点平衡（选择合适的视场点数目，划分为等面积的圆环，小视场：0和1；中视场：0、0.7和1；大视场：0，0.577，0.816和1）。
zemax基本操作和透镜设计实验
Zemax基本操作和透镜设计一、实验目的学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。
设计一个单透镜和一个双胶合透镜。
二、实验要求1、掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。
2、掌握ZEMAX软件的用户界面。
3、掌握ZEMAX软件的基本使用方法。
4、学会使用ZEMAX的帮助系统。
三、实验内容○单透镜设计用BK7玻璃设计一个焦距为100mm的F/4单透镜，要求在轴上可见光范围内。
1. 打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新建一个新的空白透镜。
2. 在主菜单-系统-光波长弹出的对话框中输入3个覆盖可见光波段的波长，设定主波长。
同样在系统-通用配置里设置入瞳直径值。
3. 在光阑面的Glass列里输入BK7作为指定单透镜的材料，并在像平面前插入一个新的面作为单透镜的出射面。
4. 输入相关各镜面的厚度和曲率半径。
5. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。
6. 利用Solve功能来求解镜片厚度，更新后观察各分析图的相应变化。
7. 利用主菜单-工具-优化-优化来对设计进行优化，更新后观察各分析图的相应变化。
8. 调用并建构优化函数（Merit Function），在优化后更新全部内容，然后观察各分析图的相应变化。
9. 分别调用点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）来观察最优化后的成像质量。
10. 将此设计起名保存，生成报告。
优化前优化后○双胶合透镜设计以前一个实验内容设计优化后的单透镜为基础，添加一块材料为SF1玻璃的透镜来构建双透镜系统，进一步优化成像质量。
1. 插入新的平面作为第二块透镜的出射面，输入相关镜面的厚度、曲率半径以及玻璃类型值（BK7、SF1）。
2. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察此时的成像质量。
3. 沿用前例的优化函数，在优化更新后观察各分析图的相应变化，并分别对比单透镜时的点列图、OPD图以及焦点色位移图（主菜单-分析-杂项）的相应变化，观察双透镜此时的成像质量。
光学设计实例-单透镜
＊系统结构和光路图（Layout）：可以判断透镜厚度是否适当，或者光路内是否
存在显著错误、光路与预期相符，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
所选玻璃表是在 Gen
Glass catalogs 内选定，可同时
挑多个表；也可打入玻璃牌号，程序自动找玻璃库
• 对于Surface type 和Glass Catalogs，在User’s Guide 内都有一章叙述。
7
光学性能分析(Analysis)
当已输入足够的结构数据后，程序就可以计算出像差并分析成像质量，这主要 是Analysis菜单中的各种功能。
或即按Button 各个视场的波像差均方值
Ray Opd Analysis
Ray aberration Optical Path
RMSቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
RMS vs Field
或 RMS
8
光学性能分析(Analysis)
畸变和像散、像面弯曲
Analysis
Miscellaneous
或
Fcd
Seidel 像差系数
Analysis
14
主要内容
• 光学设计软件ZEMAX简介 • 优化实例
1-单透镜 2-双胶合透镜 3-非球面单透镜 4-激光扩束镜 5-显微镜物镜 6-双高斯照相物镜
• 公差计算
15
优化实例
• 目的
1）如果初始结构选不好，则再简单的 系统也难得到好的结果；
光学设计zemax经典例题
光学设计zemax经典例题
1.单镜片
设计要求：设计一个F/4单镜片，其焦距为100mm，在可见光波段使用，用肖特(Schott) BK7或国产K9玻璃来作。
像差要求：波像差小于100中心波长。
2.双胶合透镜
设计要求：设计一个F/4双胶合透镜，其焦距为100mm，在可见光波段使用，用肖特BK7/ F2或国产K9/F4玻璃组合来实现。
像差要求：对C\D\F三种色光波像差均小于5个波长，焦点弥散斑小于10微米。
3.5X激光扩束镜
设计要求：分别设计两个用于He-Ne(632.8nm)和固体激光器（532nm）的激光扩束镜，扩束倍率5X，入瞳直径3mm，出瞳直径15mm，用同一牌号玻璃完成，镜片尽可能的少，系统总长度小于100mm，入射和出射均为准直平行光。
4.50mm标准镜头
可参照Cooke的三片结构，设计一个F/5焦距50mm的标准镜头，应用于可见光波段。
成像要求：在视场30°内的3种色光的波像差均小于2个波长，MFT大于0.3/30lp,畸变小于1%.
5.放大镜头
可参考双高斯结构（也可选用其他结构），设计一个用于光电检测的放大镜头，物像共扼距140mm，像面CCD尺寸（1024x1024，单个像素为12 m×12 m）,被检测物面为平面矩形（3mm×3mm），使用波长532nm。
成像要求：全视场内MFT大于0.5/40lp, 波像差小于2个波长，畸变小于0.5%.。