使用ZEMAX设计的典型实例分析要点
zemax光学设计案例
zemax光学设计案例
Zemax光学设计案例。
在光学设计领域，Zemax是一个非常优秀的光学设计软件，它能够帮助工程师
们进行光学系统的设计、优化和分析。
下面，我们将介绍一个使用Zemax进行光
学设计的案例，以便更好地了解Zemax软件的应用和优势。
在这个案例中，我们需要设计一个具有特定光学性能的摄像头透镜系统。
首先，我们需要明确设计要求和约束条件，然后利用Zemax软件进行光学系统的建模和
优化。
在建模过程中，我们需要考虑透镜的曲率、厚度、材料等参数，同时还需要考虑系统的光路布局、光学元件的位置和角度等因素。
利用Zemax的光学设计工具，我们可以对透镜系统进行快速而准确的建模和分析。
通过Zemax的光学优化算法，我们可以对系统的光学性能进行优化，以满足
设计要求。
同时，Zemax还提供了丰富的光学分析工具，可以对系统的像差、光学传递函数、热像模拟等进行全面的分析和评估。
在这个案例中，我们利用Zemax软件成功设计出了一个具有优秀光学性能的摄像头透镜系统。
通过对系统的建模、优化和分析，我们实现了对系统光学性能的精确控制和调节，最终达到了设计要求。
这充分展示了Zemax软件在光学设计领域
的强大功能和广泛应用价值。
总的来说，Zemax是一款非常优秀的光学设计软件，它能够帮助工程师们实现
复杂光学系统的设计、优化和分析。
通过这个案例，我们可以更好地了解Zemax
软件的应用和优势，相信在未来的光学设计工作中，Zemax将会发挥越来越重要的作用，为光学工程领域的发展做出更大的贡献。
zemax光学设计例子
在光学设计中，Zemax是一款非常受欢迎的软件，它提供了强大的工具和功能，可以帮助设计师轻松地完成各种光学设计任务。
本文将通过一个具体的例子，向大家展示如何使用Zemax进行光学设计。
一、设计背景我们假设需要设计一款望远镜，需要观察远处的星空。
望远镜的主要性能指标包括放大倍率、像差和亮度。
我们需要通过Zemax软件，找到最佳的光学系统方案，以达到最佳的观察效果。
二、设计步骤1.建立基本光学系统模型：在Zemax中，我们需要建立一个基本的光学系统模型，包括望远镜的主镜和次镜。
可以通过手动输入镜片数据或者使用预设的镜片库来建立模型。
2.调整参数：在Zemax中，我们可以调整各种参数来优化望远镜的性能。
例如，可以通过调整放大倍率和亮度参数来找到最佳的观察效果。
3.检测像差：在调整参数后，我们需要检测望远镜的像差。
Zemax 提供了强大的像差检测功能，可以帮助我们找到镜片上的缺陷和误差。
4.优化镜片：根据检测结果，我们可以对镜片进行优化。
可以通过添加或删除镜片、调整镜片位置和角度等方式来改善望远镜的性能。
5.模拟观察：在完成镜片优化后，我们可以模拟观察望远镜的成像效果。
可以通过调整望远镜的焦距和观察角度来查看不同情况下的成像效果。
6.调整和优化：根据模拟观察结果，我们可以再次调整和优化望远镜的设计。
直到达到满意的观察效果为止。
三、设计结果经过一系列的设计和优化步骤，我们得到了一个满意的光学设计方案。
该方案包括两片反射镜，放大倍率为10倍，像差在可接受范围内，亮度较高。
通过Zemax模拟观察，成像效果清晰、稳定，符合我们的预期。
四、总结通过这个具体的例子，我们展示了如何使用Zemax进行光学设计。
虽然只是一个简单的望远镜设计，但是它涵盖了光学设计的基本步骤和技巧。
在实际应用中，光学设计需要考虑的因素很多，例如环境因素、成本预算、材料选择等。
Zemax提供了丰富的工具和功能，可以帮助设计师轻松应对各种挑战。
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。
变焦镜头zemax'优化设计教学 实例
设罝多组态变数 设罝编辑器内所有项目为MCE变数。 (Ctrl+Z)
在LDE，也设罝所有透镜的曲率与 厚度为变数。
建立多组态优化函数
• 开始建立默认的优化函数 (Default merit Function)。开 启MFE(功能键F6)，在MFE 主选单挑选Tools\Default Merit Function
定义多组态透镜
• MC的参数将设罝于多组态编辑器 (Multi-Configuration Editor(MCE))。 选择编辑器(Editor)，然后从主选 单列中挑选多组态(MultiConfiguration)，开启MCE（或使 用功能键F7）。
• 从MCE主选单列中挑选Edit，然后 插入组态(Insert Config)两次。现 在MCE将有三行组态。只有被键 入进MCE的参数才会在组态间有 所差异。没有被键入进MCE的参 数将保持为定值。
Байду номын сангаас
• 允许所有透镜个别设罝MC参数为 MC变数。将游标移至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。
键入多组态参数
• 键入参数。将游标置于MCE的最 左行的第一列并且按下左键。这将 开启多组态操作数1(Multi-Config Operand 1)的对话框。用来设罝表 面三的厚度。以下是键入资料的快 速方式。
• 5、透镜间距：中心与边缘距离必 须大于1 mm； • 6、视场角度：近轴像高为0、15.1、 21.6 mm（针对35 mm的胶片）； • 7、波长范围：F、d、C（可见光 波段）。
设罝系统参数
• 开启系统(System)，一般(General) 对话框。 • 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」。
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。
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光学设计软件应用训练试验报告要点
东莞理工学院ZEMAX光学设计软件应用训练实验报告四、实验步骤1、运行zemax。
2、输入波长数据：选择"系统（System）”菜单下的"波长（Wavelengths）”。
屏幕中间会弹出一个"波长数据（Wavelength Data）”对话框。
用鼠标在第二和第三行的"使用（Use）”上单击一下，将会增加两个波长使总数成为三。
在第一个“波长”行中输入0.486;在第二行的波长列中输入0.587 ；在第三行输入0.656。
“权重（Weight）”让所有的权为1.0,单击OK。
3、输入镜片数据：定义一个孔径，选择“系统”中的“通常（Gen era）'菜单项，出现“通常数据（Ge neral Data）”对话框，单击“孔径值（Aperture Value）” 一格，输入一个值：25。
插入面，只需移动光标到像平面（最后一个面）的“无穷（Infinity ）”之上，按INSERT键（Edit菜单里面也有in sert操作）。
移动光标到第一面的“玻璃（Glass）”列，输入“ BK7”并敲回车键，厚度列输入4,半径是100。
移动光标到第二面的“玻璃（Glass）”列，输入“ SF1 ”并敲回车键，厚度3,半径-100。
移动光标到第三面厚度100,半径-100。
注意缺省的单位是毫米。
4、 光学性能分析：选择“分析（Analysis ）”菜单，然后选择“图（Fan ）”菜单，再选择“光线像 差（Ray Aberration ””。
得到光线特性曲线图，光线特性曲线通过原点的倾斜表示有离焦现象存在。
5、 优化离焦：在第2面的厚度上双击，弹出 solve 对话框，显示“固定”，在下拉框上单击，将 solve 类型改变为“边缘高度”， 点击OK 从光线特性曲线窗口菜单， 单击“更新”。
离焦已消失，主要的像差是球差。
6、 优化像差：将光标移到第1面的半径这一列，然后按 ctrl-z ，出现“v ”表示一个可变的参量。
(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。
光学设计软件ZEMAX实验讲义
光学设计软件ZEMAX实验讲义实验目的：1.学会使用ZEMAX进行基本光学系统的设计。
2.学会使用ZEMAX进行光学系统的分析和优化。
3.了解ZEMAX的基本操作和功能。
实验步骤：1.安装和启动ZEMAX软件。
将光学系统转化为数字形式，并进行光束追迹。
2.创建一个新的光学系统。
通过添加透镜和光源，在系统中创建起始点光源。
3.定义光束追踪模式。
选择要模拟的光束类型，如平行光束、点光源或散射光束。
4.设置透镜的参数。
选择所需的透镜类型，如凸透镜、凹透镜或棱镜，并设置其曲率半径和折射率。
5.添加其他光学元件。
根据系统设计的需要，添加其他光学元件，如滤光片、反射镜或光栅。
6.进行光束追踪和射线分析。
使用ZEMAX的射线追踪功能，可以模拟光线在系统中的传播和聚焦情况，并对系统的性能进行分析。
7.优化光学系统。
根据设计需求，使用ZEMAX的优化功能对光学系统进行优化，以改善其性能。
8.分析光学系统性能。
使用ZEMAX的分析工具，可以评估系统的像差、聚焦性能和光学质量等指标。
9.输出结果。
将光学系统的结果输出为图形、表格或文件，以便进一步分析和应用。
注意事项：1.在进行光学设计时，应尽可能符合光学系统的物理和几何规则。
2.在使用ZEMAX进行分析和优化时，应注意各个参数的相互影响，并合理选择优化策略。
3.在进行结果分析时，应根据具体的实际问题和设计目标，选择合适的指标和评估方法。
结论：通过本实验，我们学习了如何使用ZEMAX进行光学设计和分析。
ZEMAX提供了强大的功能和工具，可以帮助光学工程师有效地设计和优化光学系统。
光学设计软件的使用将大大提高光学工程师的工作效率和设计质量。
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激光光学设计实例与应用
zemax激光光学设计实例与应用
ZEMAX是一种用于光学系统设计和分析的软件工具，它可以应用于激光光学设计与优化。
以下是一些激光光学设计实例及应用。
1. 二极流CO2激光器的光路设计
二极流CO2激光器是一种常见的光学器件，其光路设计需要考虑到多种物理效应。
使用ZEMAX进行二极流CO2激光器光路设计，可以优化光路的效率和性能。
例如，通过添加适当的激光束扩展器可以提高光束质量和稳定性；优化反射镜的性能可以提高激光器的输出功率和效率。
2. 红外光学系统的设计
使用ZEMAX进行光学系统设计可有效提高系统的性能和光学吸收率。
例如，在红外激光器中，设计合适的焦距和两个镜头之间的距离，并对光学系统进行优化，可以显著提高系统的分辨率和成像质量。
3. 光束仿真
另一种常见的激光光学设计应用是光束仿真。
ZEMAX可以用于模拟光束在特定光学系统中的传播和焦聚。
这可以帮助设计师更好地理解光线如何在光学系统中传播。
例如，在激光切割中，设计师可以使用ZEMAX来仿真光束的传播路径和聚焦质量，以优化切割效果。
4. 激光雕刻机的光路设计
激光雕刻机是一种常见的激光光学器件，用于刻蚀或切割材料表面。
在设计激光雕刻机时，需要考虑到多种物理效应，例如材料的吸收率和光束的聚焦度。
使用ZEMAX进行光路设计和优化，可以改善雕刻效果和机器的精度。
ZEMAX从设计到精通分析
Zemax课程实例讲解1您将学会: 开始使用Zemax, 怎么进入波长, 透镜数据, 生产光芒风扇, OPD, 斑点图, 定义厚度以及可变物解决, 执行简单的光学设计优化。
设想您必须设计F/4 唯一透镜使用在光学轴, 它焦点长度是100mm, 在可看见的光谱之下, 做与BK7 透镜。
第一呼喊ZEMAX 透镜数据编辑(LDE), 什么是LDE? 它是您想要的操作的站点, 例如您决定了必须使用什么透镜, 几透镜, 透镜半径, 厚度, 大小, 位置...... 等等。
然后选择您想要的光, 选择根据名单系统在主人, iriss 在波长之外, 根据喜欢波长哪些进入您要, 可以同时选择另外波浪长度等等。
现在进入0 。
在第一列486, 作为微米作为单位, 这是氢原子F 线光谱。
在第二, 三列输入0 。
587 和0 。
656, 然后在主要在波长在0 。
486 个位置, 主要波长主要是用途为计算paraxial 光学(即优先处理的光学) 几主要各种各样的元, 象焦点长度, 放大, 学生大小等等。
再来我们必须决定开口有在大的透镜方式。
因为分配想要F/4 透镜, 什么所谓的F 是/#? F/# 是轻有效形成由无限远的发生焦距F 以paraxial 入口学生直径比率。
所以我们现在需要开口是100/4=25 (毫米) 。
于是从系统在菜单选择一般数据, 输入25 在aper 价值, 但开口键入是Eatrance 学生直径。
换句话说, 入口学生大小是开口大小。
回归到LDE, 也许看对3 不同表面, 在有条有理是OBJ, STO 并且IMA 。
OBJ 是发光物, 即photosource, STO 是开口中止意思, STO 不一定是的第一透镜照明来见面, 您当设计小组光学系统, STO 也许选举在任一个透镜, 通常第一个镜子是STO, 如果不是为如此, 愿然后按老鼠在STO 这篱芭, 也许加入您想要的透镜, STO 于是不是秋天在第一透镜。
zemax学习报告解读
ZEMAX软件学习报告摘要：目前我对ZAMAX光学设计软件进行了初步入门学习，简单了解了ZEMAX 光学设计软件的实际运用的几个例子，以及对其步骤进行了详细理解。
对其分析和运用过程的问题进行阐述。
关键词：zemax 运用例子使用问题引言：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（序列性）及Non-Sequential（非序列性）光学设计的软件。
ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。
包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。
ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。
ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。
ZEMAX 能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。
ZEMAX 的界面简单易用，只需稍加练习，就能够实现互动设计。
ZEMAX 中有很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。
同时，也提供快捷键以便快速使用菜单命令。
手册中对使 ZEMAX 时的一些惯用方法进行了解释，对设计过程和各种功能进行了描述。
ZEMAX目前已经是被光电子领域熟知的光学设计的首选软件。
该软件拥有两大特点，就是可以实现序列和非序列分析。
在全球范围内，这款软件已经被广大的应用在设计显示系统，照明，成像的使用系统，激光系统以及漫射光的设计应用方面。
一、ZEMAX光学设计软件运用实例：1、单透镜（a singlet）：主要运用ZEMAX光学设计软件设计了一个F/4的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7玻璃的单透镜。
Zemax光学设计：一个柱透镜的设计实例
Zemax光学设计：一个柱透镜的设计实例
引言：
在序列模式下，可以使用两个Toroidal面来模拟柱（状）透镜。
使用Toroidal面可以使平行光束在子午光线（沿Y轴方向）聚焦成一条直线，而弧矢光线（沿X轴方向）保持不变。
但平行光束，尤其还是高斯光束时，通过普通的柱透镜时，会产生不均匀分布的直线。
（该设计来自Edmund Rod Lens zmax_47627）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 PupilDiameter”，并根据设计要求输入
“0.8”；
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F,d,C，如下图：
查看LDE：
3D Layout：
查看此时的点列图：
将像面距离改为100：再次查看点列图：
如果改为高斯光束，如下设置：
再查看此时的点列图：
可以看出，已经是一条不太均匀的直线。
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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。
序列性描光的缺点，包括无法追迹所有可能的光路径(即鬼影反射) 和许多无法以序列性方式来描述的光学系统或组件。
非序列性描光最常用来分析成像系统中的杂散光和鬼影，甚致分析照明和其它非成像系统。
在非序列性描光中，光线入射到光学系统后，是自由的沿着实际光学路径追迹；一条光线可能打到一个对象(object) 许多次，而且可能完全未打到其它对象。
此外，非序列性方法可用来分析从光学或机构组件产生的表面散射(scatter)，以及从场内(in-field) 和场外(out-of-field) 的光源所产生的表面反射而形成的鬼影成像。
ZEMAX的功能ZEMAX可以用于一个完全序列性模式中、一个完全非序性模式中和一个混合模式中，混合模式对分析具有大部分序列性而却有一些组件是作用在非序列性方式的系统，是相当有用的，如导光管(light pipes) 和屋顶棱镜(roof prisms)等。
序列性系统需定义视场角(field of view)、波长范围（wavelength range）和表面数据（surface date）。
序列性设计的最重要参数之一，为系统孔径(system aperture)。
系统孔径，常指入瞳(entrance pupil) 或孔径光栏（STO），它限制可从已定义视场入射光学系统的光线。
光学表面可以是折射、反射或绕射。
透镜可以是由均匀或渐变折射率材质所制成。
表面的下弯(sag) 可以是球面、圆锥面(conic)、非球面(aspheric)或藉由多项式或其它参数函数来定义。
也包含了许多绕射光学组件模型。
此外，一个使用者自定表面的功能，允许设计者以撰写程序的方式来建构任何实际的表面下弯或相位分布。
一些功能可以用来分析系统，包括数个系统绘图(layouts) 类型、汇出CAD格式的表面信息功能、光点图(spot diagrams)、光扇图(ray fan) 和光程差图、光学调制传递函数(modulation transfer function，MTF) 和点扩散函数(point spread function，PSF) 图、包围圆(encircled) 和包围矩形(ensquared) 的能量信息、像差计算( 塞德(Seidel) 和泽尼克(Zernike) )、理想或偏斜(skew) 高斯光束参数计算、极化描光和波前传播工具。
优化序列性描光软件的关键功能即是可以快速且精确的优化一个光学设计。
主要的优化技巧是以减幅最小均方根(damped least squares，DLS) 的算法为基础，并使用主动减幅(active damping)。
此外，ZEMAX包括全域性优化功能，其以结合减幅最小均方根过程的优化算法为基础。
优化是以使系统绩效函数(merit function) 的总值达到最小为基础。
简单的说，绩效函数为一种对一个理想光学系统的数值描述。
重要的是，绩效函数代表光学系统的要求性能。
对于既定的设计，可以适当的选用好几个预设的绩效函数。
对于成像系统，绩效函数可用来特别地针对减小光学像差，藉由限制光线在成像面上的延伸，或使从理想球面的系统波前偏差减至最小。
许多其它的优化参数也用来修改标准绩效函数或建立一个使用者自定的绩效函数。
当执行优化时，ZEMAX对任何使用者建构的系统或表面参数，决定最理想的值。
几乎任何参数，包括曲率、厚度、玻璃特性、非球面系数和视场或波长资料，皆可设为变数。
可以对可接受的参数值范围内下限制，以确保可以轻易的建构一个合理的系统。
公差分析在完成光学系统的设计之后，执行公差分析是重要的。
公差分析为一种统计的过程，用来有系统地引入缺陷到光学设计中，以决定任何系统参数的误差对整体而言，如何影响系统性能。
公差分析是必须的，因为没光学组件是光滑的，或者当设计好时，可以精确地组装系统。
公差分析可用来决定每个系统参数的可接受值范围。
这个信息之后可以用来决定任何系统的可能性、以公差范围内来制造、在指定的性能水平之上工作。
ZEMAX包括一个广泛的、完整的公差分析算法，允许设计者自由完成任何光学设计的公差。
可以决定出相对于任何性能尺寸的公差，且可以包括任何补偿因子的影响，甚至机构的部分或光学的部分将被用来组装，或系统的使用。
波前传播几何光线追迹为一般用来描述光的传播通过一个光学系统的方法。
如同先前所描述的，光线追迹对于分析许多光学系统来说，为一种非常精确的方法，然而这个模型的实用性有一些限制。
光线模型的限制是因为光线追迹而产生，每条光线是独立的，即：一条光线传播的路径是可以完全决定的，而不受其它光线的影响。
光线之间不会发生干涉（interference）。
若光线与一个限制孔径或遮挡物的表面相交，光线不是被挡住就是通过，但在其它方面，光线路径是不受影响的，光线不会发生绕射现象。
ZEMAX包含了数个光线为基础的绕射计算，包括PSF和MTF，为包括单阶的夫琅和费（Fraunhofer）计算，波前从近场(出瞳) 传播到远场(成像面)。
这些计算只可以在成像系统中执行，且在非常接近成像的表面。
当以光线为基础的方法不适用时，ZEMAX中的物理光学传播(Physical Optics Propagation，POP) 工具可用来分析系统，包括表面非常接近焦点、表面远离焦点但接近绕射孔径（diffracting apertures）和平行光的传播，或行经长距离后的近似平面波前。
使用POP，任何波前，包括高斯和混合的高阶模态光束、帽盖形(top hat) 分布或任意的使用者自定波前，皆可以传播通过任何ZEMAX的设计档案。
几乎支持所有表面型态。
从任何场点来的波前可插入光学系统中的任何位臵（不会仅能在已定义的物面位臵）。
波前传播通过每个表面，且相位强度的信息可以在每个表面被计算。
POP功能非常有用地被用于空间滤波(spatial filters)、分析光束成形的光学系统或任何其它与干涉和绕射有关的光学系统，如绕射菲涅耳区域平板(Fresnel Zone Plates)。
极化光线追迹光可以用光线来模拟，并以位臵、方向、相位和振幅来表示之。
然而，光也与电场有关。
电场的方向与传播方向互相垂直，且随着时间的改变，其方向和大小亦会有所变化。
当光线传播通过一个光学系统时，其极化状态一般并无需有守恒的关系存在。
当极化光线传播通过一个光学系统时，极化光线追迹可追踪光线极化的状态。
介质间的界面，包括空气、玻璃和金属，会导致衰减(attenuation) 和延缓（retardance）的变化产生，和改变极化椭圆(polarization ellipse) 的形状。
而入射角和波长的关系则会减少表面的传输。
这些在传输相位上的变化，称为极化像差(polarization aberrations)。
这些像差会导致MTF和斯奈尔比（Strehl ratio）值变小，此外亦会使得系统性能降低。
实际上，这些像差并没有不同于任何其它成像的像差。
ZEMAX可以在任何类型的光学表面上，完整建构出任何薄膜干涉的镀膜层。
极化光线追迹的计算，包括薄膜镀膜层、体积吸收(volumetric absorption) 和波长与入射角的影响，能更精确地预测真实系统的性能。
非序列性分析使用非序列性分析，光学组件必须以真实对象来表示，而不是以表面来表示。
并允许以光线追迹的方法来决定对象被光线打到的顺序。
这不仅包括对象的顺序，也包括对象上的特殊表面或小刻面(facet) 的顺序。
控制杂散光、分析成像系统中的鬼影、设计照明和其它非成像光学系统时，这样的功能是重要的。
非序列性分析不会被已定义的系统孔径所限制。
任何光分布种类的光源可以放臵在光学空间中的任何位臵。
从任何光源发射出的光线可以朝任何有实际意义的方向传播。
打到光学或机构组件上的一条特定光线的顺序，可藉由光线的位臵、目前传播的方向和其它组件的位臵来决定。
被光打到的对象将是沿光线传播方向上最接近光源的对象。
此外，在非序列性空间中，在每个光线表面交点上，任何光线可以分裂(split) 成任何数目的子光线。
每条子光线将与父段中的一些能量有关。
这样一来，便允许追迹所有的折射、反射、散射和绕射能量路径。
建构诸如菲涅耳反射的影响来分析成像系统的鬼影，和在粗糙的或光滑的机构或光学组件上建构散射面来研究杂散光影响皆是必须的。
每一条子光线的能量可以藉由极化光线追迹来决定，这对研究鬼影的相对强度和建构诸如干涉仪(interferometers) 的系统，包括整形平板(shearing plates) ，是很重要的。
对于散射特性，使用者可自由的指定任何表面粗糙的种类，然后分裂子光线的散射分布模型。
检测面装臵是用在非序列性分析中。
检测面为奇特的表面，不是平的就是弯曲的，是用来量测入射在检测面位臵上的能量。