ZEMAX软件基础介绍

Zemax软件的介绍

ZEMAX是美国 Radiant Zemax 公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算sequential及Non-Sequential的软件。ZEMAX 有三种不同的版本：Standard 标准版（原SE）；Professional 专业版（原EE）；Premium 旗舰版（原IE）。

1主要特色

1.1分析

提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP， *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt。

1.2优化

表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用，诸如Local Optimization可以快速找到佳值，Global/Hammer Optimization可找到最好的参数。

1.3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。

2应用领域

含括Projector，Camera，Scanner，Telescope，光纤耦合，照明系统、夜视系统等。

Zemax 软件的界面

1 Zemax 软件的工作窗口

Figure 1 Zemax 默认的工作窗口

2 Zemax 透镜数据编辑器（LDE ）

2.1 表面类型

Zemax 在标准面型下有平面、球面和二次曲面等选项。

LDE 的Surface Type （表面类型）栏分为两列，左边一列分为OBJ 、STO 和IMA 三行，它们分别对应物面、光阑面和像面；右边一列的三行是左边三种表面的类型。默认的表面类型是标准型，用Standard 表示。

OBJ 即物面被默认为0面。

表格 1 不同表面的二次曲面系数

菜单栏 工具栏 LDE

表面类型 曲率半径 厚度 玻璃 半口径

2.2表面的曲率半径

Zemax中面的曲率半径有正负之分。

Zemax规定，所有线段一律以自左向右和自下向上为正，反之为负。

曲率、曲率半径及曲面与对应主面间的间隔均以曲面顶点为计算起点。如果某一曲面的曲率中心位于该曲面顶点的右侧，那么该曲面的曲率半径和曲率都取正号，反之为负。

2.3厚度

厚度是指前、后表面顶点间的距离。

2.4玻璃类型

在Zemax中确定透镜的玻璃材料，直接用玻璃的名称，通过键盘输入。例如要用BK7当玻璃材料，就在Glass栏输入BK7。如果某一表面的Glass栏设置为空白，表示该面的材料为单位折射率的空气，对反射镜，可在Glass栏输入“MIRROR”。

输入的玻璃材料确定的是指从这一面开始到下一面之间的介质。

2.5半口径

半口径是指透镜口径沿径向（与光轴垂直方向）允许光线通过的实际尺寸的一半

3Zemax软件的基本对话框

3.1孔径

通过单击工具栏中的Gen按钮，会出现一个子菜单，通过它可以确定系统的孔径值、选择玻璃库，还可以给定系统的单位，默认单位是mm。

Figure 2 孔径对话框

3.2视场

单击工具栏中的Fie按钮，会出现一个确定视场的对话框。可以在

Y-Field栏里输入视场角，默认的单位为度。

Figure 3 视场对话框

3.3波长

单击工具栏的Wav按钮，出现一个设置波长的对话框。它最多可以输入24个波长值，它的单位是微米。最后要确定透镜的主波长，主波长是指在对透镜的所有一级及三级特性进行分析计算时所采用的参考波长。

Figure 4 波长对话框

Zemax中的像质评价方法

1几何像差曲线

1.1球差曲线

在Zemax中点击菜单栏

Anaysis>Mscellaneous>Longitudinal Aberration，可以出

现纵向球差图。其中，纵坐标为孔径，横坐标是球差（色球

差）。

Figure 5 球差曲线图

1.2轴外细光束像差曲线

点击工具栏的Fcd按钮，弹出如下曲线图。左图为像散场曲曲线，右图为畸变曲线。，T和S分别表示子午和弧矢量。

Figure 6 轴外细光束像差曲线

2点列图

由一点发出的许多光线镜光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围弥散图形，称为点列图。点列图表格中的数值越小成像质量越好。

Figure 7 点列图

3波像差

图中表示系统光程差曲线，三组曲线分别是三个视场的子午和弧矢方向上的光程差，不同颜色表示不同色光。横坐标表示光束孔径大

⁄时，该小，纵坐标表示光程差。当光学系统的最大波像差不超过λ4

光学系统的成像质量与理想系统没有显著差别。

Figure 8 光程差曲线

4调制传递函数MTF

定义MTF：一定空间频率下像的对比度与物的对比度之比。它能反映不同空间频率、不同对比度的传递能力。一般而言，高频传递函数反映了物体细节的传递能力，低频传递函数反映物体轮廓的传递能力，中频传递函数则反映对物体层次的传递能力。

⁄（每毫米线对），纵坐标是对比度，最大横坐标是空间频率lp mm

是1.曲线越高，表明成像质量越好。

Figure 9 MTF曲线图

在Zemax中还包括很多的像质评价方法，但以上是最常用的。