ZEMAX-概况
ZEMAX概况
ZEMAX是一套综合性的光学设计软件。它集成了光学系统所有的概念、设计、优化、分
析、公差分析和文档整理功能。具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点。
3种不同的版本：SE, XE,和EE。
ZEMAX可以模拟Sequential和non-sequential成像系统和非成像系统。
序列性（Sequential）光线追迹
大多数成像系统都可以由一系列顺序排列的光学面来描述。光线按面的顺序进行追迹。如相机镜头、望远镜镜头、显微镜头等。它有很多优点，如光线追迹速度快、可以直接优化和进行公差预算。
ZEMAX中的光学面可以是反射面、折射面或衍射面。也可以建立因为光学薄膜引起的有不同透射率的光学面特性。
面之间的介质可以是各向同性的，如玻璃或空气。也可以是任意的渐变折射率分布，折射率可以是位置、波长、温度或其它特性参数的函数。也支持双折射材料，它的折射率是偏振态和光线角度的函数。
ZEMAX中，所有描述面的特性参数，包括形状、折射、反射、折射率、渐变折射率、热系数、透射率和衍射率都可以自定义。
非序列性（Non-sequential）光线追迹
很多重要的光学系统不能用sequential光线追迹的模式描述，如复杂的棱镜、光管、照明系统、小面反射镜、非成像系统或任意形状的物件等。而且散射和杂光也不能用序列性分析的模式。
这些系统要求用non-sequential模式，此时光线以任意的顺序打到物件上。Non-sequential模式可以对光线传播进行更细节的分析，包括散射光或部分反射光。
进行non-sequential追迹时，ZEMAX用3D solid models光学元件，可以是任意的形状。支持散射、衍射、渐变折射率、偏振和薄膜。用光度学和辐射度学的单位。
Sequential 和non-sequential系统
ZEMAX还可以在同一个系统中使用sequential和non-sequential光线追迹模式。
光源
在sequential和non-sequential分析中，ZEMAX支持不同种类的光源。
Sequential的光源
在sequential追迹中，光源由物面上的视场或上bitmap扩展光源定义。有传统的点光源，视场点可由角度、物高、实际像高或近轴像高定义。点光源可以用不同权重定义，还可以分别指定每个光源的渐晕。从而可以调整不同视场的相对照度或F/＃。
ZEMAX也支持像散或椭园形状的二极管光源。
还有扩展光源。这些光源是用户用ASCII码自己定义的，它类似于bitmap图形，或用标准的Windows BMP或JPG格式。各个像素上的光强可以不同。
Non-sequential光源
Non-sequential光源比Sequential光源可以复杂得多。它一般是三维的，可以定义其输出的照度（单位为瓦或流明）。用光源发出的光线数控制光源采样，还可以分开控制显示的光线数和用于分析的光线数。
支持的光源有：
?点光源（uniform, cosine, or Gaussian）
?椭圆面或实体
?矩形面或实体
?圆柱面或实体
?半导体激光或阵列
?灯丝
?自己定义(可以是任意的)
?从Radiant Imaging的Radiant Source TM 读取
可以同时使用多个光源，它们可以是相干的（自定义相干长度），或非相干的，可以是单色的或复色的。
玻璃、镜头和样板目录
提供包括Schott, Hoya, Ohara, Corning, 和Sumita 的玻璃（目前不包括中国玻璃），和红外材料、塑料和自然材料（如硅），还包括双折射材料。
目录里包括色散、热分析、强度/酸、成本因子和其它数据。所有数据都可以看到或者进行修改。还可以很方便地增加数据。
存放的镜头数据厂家有: Coherent, CVI, Edmund Industrial Optics, Esco, Geltech, JML, LightPath Technologies, Linos, Melles Griot, Newport, NSG America, Optics for Research, OptoSigma, Philips, Quantum, Rolyn Optics, Ross Optical, and Spindler和Hoyer等。
ZEMAX支持自动按进行样板比对。
用户还可以自己建立玻璃和样板库或往已有的库中添加数据。
SEQUENTIAL光学面类型
提供的面形有：
类型描述
Standard包括平面、球面和二次曲面
Even aspheric 偶次项非球面
Odd aspheric所有次项非球面
Paraxial lens理想透镜
Paraxial cylinder理想薄柱透镜
Toroidal圆柱形非球面和环面
Toroidal grating带有光栅的环面
Toroidal hologram有全息图的环面
Tilted倾斜平面或光楔
Cubic spline 任意形状的径向齿轮面
Irregular模拟制造误差
Hologram 2点光学制造的全息图
Diffraction grating直线光栅，标准基底
Coordinate break使一个群组离轴和倾斜
Polynomial非对称多项式非球面
Fresnel Fresnel波带非球面
ABCD用于“黑盒子”光学系统的近轴ABCD面Alternate可变的面和面的交集
Conjugate2共轭的点理想像面
Gradient index折射率渐变面Axial, radial, transverse, user defined Zernike由Zernike多项定义矢高的面
Zernike phase由Zernike多项定义位相的面
Extended polynomial扩展项的XY多项式非球面
Binary optic 1XY 多项式位相轮廓面
Binary optic 2径向多项式位相轮廓面
Extended asphere扩展项的旋转非球面
Extended spline任意形状的径向齿轮面
Extended Fresnel非球面Fresnel面
Elliptical grating椭圆光栅几何面
Superconic独特的非球面扩展
Atmospheric大气折射模型
Biconic变形的二次非球面
Grid phase/sag由列表点定义的矢高或位相面
Zone plate Fresnel波带片面模型
Jones matrix用于偏振元件
Birefringent单轴晶体, extraordinary/ordinary
NURBS NURBS 面
User defined自定义面Refractive, reflective, diffractive, GRIN, see below
自定义面
是用Windows DLL代码构成。ZEMAX公司提供这方面的服务，但要适当收费。ZEMAX 中带有下面的例子，可以供用户参考，也可以供使用。
Anamorphic Asphere 异常的XY非球面
Lens Array 二次非球面透镜阵列
Cylinder Array 非球面柱透镜阵列
Grating Cylinder 带有光栅线的柱面
Filter Surface 任意透过率的滤波器
GRIN Cylinder垂直光束的柱面渐变折射率光纤
Offset Surface 随颜色厚度不同的面
自定义面
SEQUENTIAL分析
图形分析2D cross section
3D perspective and wireframe
Solid or shaded model
Surface, singlet, and doublet element drawings
ISO 10110 format drawings
像差扇形图Ray aberration
Optical path difference
Pupil aberration
点列图Standard field-by-field
Through focus
Full field, Matrix
Extended source bitmaps and images
传递函数Modulation transfer function (MTF)
Sine or Square wave MTF
Through focus MTF
Point spread function (PSF)
Surface MTF and filed MTF maps
Geometric, Huygens, or FFT based MTF, PSF
Wavefront maps
能量分析Diffraction radial
Geometric radial, x, y
Extended sources
Line/Edge response
几何像差Diffraction extended source images
Footprint analysis
Grid distortion
Relative illumination, Vignetting
Longitudinal aberration, Lateral color
Field curvature and distortion
RMS vs. field, focus, or wavelength
Interferograms
Y-Ybar diagram
Chromatic focal shift
Dispersion plot, glass map diagrams
Glass internal transmittance vs. wavelength
数值计算Single and multimode fiber coupling efficiency
First order system data
Surface power, volume, edge thickness data
Ray trace data, real and paraxial
Gaussian beam parameters
Seidel and Zernike aberrations
Wavefront, transverse, longitudinal aberrations
YNI contributions
Sag tables, maximum aspheric deviation
偏振光追迹Polarization Ray Tracing
Polarization state evolution
Polarization ellipse pupil map
System transmission
Coating reflection, transmission, and absorption
Polarization aberrations
System transmission fans
物理光学传播User defined beam definition
Irradiance plots
Phase plots
Encircled Energy plots
Fiber Coupling
Supports Polarization
ZEMAXr 的分析图
NON-SEQUENTIAL组件
Non-sequential光线追迹的应用包括照明系统、杂光控制、成像系统的鬼像分析、和非成像光学系统的一般设计。
Non-sequential物件vs.面
进行non-sequential光线追迹时，ZEMAX用固体的光学元件。追迹时，考虑能量偏振、BSDF 散射分布、薄膜和多级次衍射。
non-sequential系统中包括一个或多个光源、探测器和物件。
光源
包括ZEMAX提供的或自定义的。
物件
ZEMAX中的每个物件是固体或光学面。物可以放在任意位置。non-sequential物件类型包括：
透镜Standard, aspheres, toroids, MEMS
衍射元件Binary, grating, holographic
固体形状Cylinders, ellipses, rectangles, CPC
面状的Completely arbitrary solids or surfaces
输入的物件IGES, STEP, or STL formats
Fresnel透镜True Fresnel lenses with grooves
所有物件可以是反射、折射或吸收。物件的数量没有限制，物件也可以从CAD程序中输入(文件格式为IGES, STEP, STL或用ZEMAX定义的ASCII码多面体)。
探测器
任何面状物件都可以作为探测器。还有专门的探测器物件，可以探测和显示光学系统中任意位置的相干或非相干辐射(power per area),或光强(power per solid angle) 。
光线数据库
追迹的所有光线数据都存在一个文件中，计算任何探测器中的数据时，不需要重复计算。
棱镜库
ZEMAX里面建立了大量的棱镜，常用的如right, dove, roof, penta, pechan等都有。其大小可以为任意值，也可以放在任意位置。
NON-SEQUENTIAL分析
?外形图
3D透视图和着色图
?光度或辐射度单位
Watts, Lumens for source flux
Watts/Area, Footcandles, Lux, Phot for irradiance
Watts/Steradian or Candela for intensity
?探测器
非相干或相干辐射/照度
在角度空间的辐射或发光强度
所有面状物件可以为探测器
?CAD 输入/输出
IGES 和STEP输出; IGES, STL, STEP输入为固体?分光
打到面上的光线可以分裂成很多光线
分裂的光线还可以一直分裂
可以用光线能量和分裂的数目控制
考虑偏振和薄膜
?光线散射
镜面, Gaussian, Lambertian散射
ABg 散射BTDF/BRDF 数据
固体内部可以进行体散射
可以定义任意的散射数据
遵守能量守恒定律
?光线数据库
追迹的光线存在一个文件中
?Gradient Index
任何固体都可以是GRIN
GRIN介质完全任意和自定义
可以相互嵌套
?衍射光学
可以追迹多个级次
可以自定义每个级次的相对能量
位相轮廓可以为标准的或自定义的
大多数物件都可以有衍射面
?偏振
光源可以是偏振光或自然光
可以定义光源的相干性
每个物件上可以定义薄膜
散射举例优化
使用最小阻尼二乘法算法。用缺省的或自定义的优化函数，可以同时对任意数量的变量优化。优化函数
有20个缺省优化函数，包括使弥散斑半径或波像差的peak-to- valley或RMS最小。
可以预先定义控制目标数，包括像差系数等。
对变焦系统进行优化也很简单。
优化变量
ZEMAX可以优化系统中任何参数，包括曲率半径、厚度、玻璃、二次项系数和非球面系数、光机周期、孔径、波长、视场等。Non-sequential的位置和参数也可以进行优化。
容易使用
优化的功能也很容易使用。
全局优化
可以给出一系列满足目标和约束的设计。
ZEMAX支持2种全局优化：(1)search：寻找新的设计形式，然后优化，寻找最佳的10个设计形式。直到用户中断计算为止。(2)hammer optimization：完全寻找当前设计形式的较好的形式。Hammer优化用在设计的最后阶段，以确定最佳可能设计形式。二种算法用同样的优化函数。
公差分析
ZEMAX综合的、灵活的和功能强的公差分析。
缺省的公差分析项目包括：曲率半径、厚度、条纹、位置、倾斜、离轴、局部误差、折射率、Abbe数等。
还可以自己定义公差，包括非球面系数、离心/倾斜, solve和参数公差等。定义的补偿器包括：焦距、倾斜、任意元件或面或群组的位置。然后可以选择公差评价标准，有RMS spot radius, RMS wavefront error, MTF, boresight error,或更复杂的自定义标准。
Sensitivity分析
单独考虑每个定义的公差。将参数调整到公差范围的极限，然后确定每补偿器的最佳值。最后将每个公差的贡献列表输出。
Inverse Sensitivity分析
在定义系统最低性能后，inverse sensitivity分析迭代计算每个参数的公差容限。
Monte Carlo分析
Monte Carlo分析非常有用，功能也非常强，因为它同时考虑所有公差的影响。它用定义的公差产生一些随机系统，采用适当的统计模型，调整所有的补偿器，使每个参数随机扰动，然后评估整个系统性能的影响。
变焦和多重结构
ZEMAX支持变焦镜头分析和设计。可以设计变焦镜头、扫描镜头、多光路系统、透镜阵列、干涉仪、分光镜等。
可以对多重结构同时进行优化。每重结构可以是同样的或不同的优化函数，变化和约束条件也可以是相同或不同的。通过在一个温度范围内同时优化，也可以用在热分析中。
物理光学传播
Physical Optics Propagation (POP)不是用光线追迹，而是用衍射计算的方法计算光线在光学系统中的传播。考虑透镜孔径的衍射和光束在透镜之间的传播情况。
可以用单位面积内的能量定义光束。输出包括辐射和位相面的图形、截面图、能量分布和光纤耦合。也可以计算不在光轴上的倾斜光束。
热分析
有些光学系统用在很宽的温度范围或不在常温下使用时，需要考虑温度和压强的影响。ZEMAX 用非线性温度模型，而不是简单的dn/dt 近似。
ZEMAX可以指定或优化热膨胀系统的透镜或元件之间的间隔。
玻璃目录包括温度和压强数据，以支持热效应分析计算。可以精确地模拟光学面的热膨胀特性。扩展光源分析
在设计成像系统时，点光源能够精确描述成像质量的很多方面。但是扩展光源对观察畸(特别是非径向畸变)很有用，检查像的方向、分色及定量观察整个系统的性能。
ZEMAX支持二种扩展光源。ASCII格式的光源，是一些简单的形状，如字母、方块等。也支持彩色的Windows BMP和JPG格式的光源。可以对光源进行缩放、旋转，也可以放在视场中任何地方。
宏
ZEMAX支持宏语言，称为ZPL。其结构有点象BASIC。也支持函数调用、自定义阵列、数字和字符串、文本和图形输出等。
对更复杂的分析工作，ZEMAX支持更能用程序界面，叫extensions。可以在外部程序的控制下进行光线追迹、分析和优化。用C或C++语言编写。
偏振光追迹
ZEMAX具有全面的偏振光追迹和分析能力。可以任意定义输入光线的偏振态。ZEMAX考虑透射、反射、吸收、偏振态、衰减和延迟。
偏振光追迹要求计算面和体材料的效应。面效应决定于面上的光学薄膜的特性。
薄膜模型
ZEMAX具有薄膜建模能力。可以定义多层金属或电介质膜。薄膜不以用在电介质或金属基底上。可以由任意层数、任意材料组成，每种材料可以由复折射率定义。
如果面从空气-玻璃转换为玻璃-空气，则ZEMAX会自动转换膜层的顺序。
材料建模
ZEMAX中有详细的体吸收模型，包括任意波长、任意厚度的玻璃的透射。体吸收一般使光线衰减，衰减的数量决定于光线的光程长度、材料特性和波长。所有材料都可以定义吸收或透射特性。偏振数据
ZEMAX可以定义偏振和非偏振入射光束。ZEMAX在3D空间中追迹电场矢量的，包括每个面交点处的S和P分量。偏振分析结果可以是表格数据或图形数据。
双折射材料
ZEMAX模拟双折射单轴晶体，如方解石。这些材料的光线追迹很复杂，介质的有效折射率是角度(与面法线及晶轴的夹角)的复函数。
ZEMAX 完全3D地处理传播的光线，正确计算任何入射角、晶轴方向任意的任何偏振态的位相。也考虑偏振透射强度。
O光和e光的路径都计算。里面还包含有双折射材料库，任何色散的新材料都可以自定义
。
由方解石双折射晶体产生的双像
ZEMAX的系统需求
Windows 98/ME/NT/2000/XP
256 MB内存(最小) ，推荐用512 MB内存
物理光学分析可能需要更多的内存
200 MB或更多的硬盘空间
一个并行口或USB接口
CD-ROM光驱
最小显示分辨率1024 x 768
ZEMAX不同版本的功能对照表
一般参数3D光学位置(倾斜、旋转、离轴) √√不限制面、变量、优化目标等的数目√√光源类型点光源，激光二极管，椭圆、扩展光源，√√均匀、Gaussian、Lambertian分布√√
用角度、物高、实际或近轴像高定义√√
面的类型球面、非球面、二次曲面、多项式非球面√√柱面、轮胎面、x-y多项式面、齿轮面、圆锥面、双锥面√√
全息、衍射光栅、理想透镜、ABCD面、Fresnel面√√
园环、矩形、椭圆和网格状孔径√√
渐变折射率透镜面√√
通用非对称二元光学/衍射光学元件，Zernike面√
椭圆和VLS光栅、扩展齿轮面√
双折射、自定义面及其它选择的特殊面形√优化有20个缺省优化函数的最小阻尼二乘法算法√√全局优化、MTF和衍射能量优化√√
宏或编辑的扩展项计算的优化√√公差分析对倾斜、离轴、所有结构参数、玻璃特性的优化√√RMS弥散斑大小、波前、瞄准、MTF、用户自定义标准√√
Sensitivity、Inverse sensitivity、Monte Carlo分析√√
用程序语言公差分析√工具鬼像焦点的产生、1和2个面的反射√√输出到CAD程序的IGES、SAT、STEP和STL固体模型数据√√
ZPL宏语言√√
编辑自定义特性√分析截面图、3D图、网格图、实体图和零件图√√光线像差、OPD、光瞳像差扇形图，场曲、畸变√√标准的、离焦的、全视场和矩阵点列图√√
FFT、Huygens和几何MTF，包括离焦、面和全视场MTF√√
FFT和Hugens PSF,包括伪彩色、等高线、截面和面形图√√
波前、干涉图和付科分析√√
面的矢高和位相图√√
RMS OPD和点列图vs. 视场、焦点和波长√√
衍射和几何的园形、方形、线和边缘响应√√
相对照度、渐晕和XY面扫描√√扩展光源和屏幕照明分析，基于几何和衍射的像的预测、位图√√双筒镜（Biocular）分析、即时视场和dip/divergence曲线√√
足迹图、球差和垂轴色差√√
Zernike环形、条纹和标准系数，Seidel系数，5次项√√
光纤耦合效率√√
偏振光分析、薄膜分析√
热分析和优化、TCE、dn/dt √
物理光学传播√
物理光学传播（仅EE版本才有的功能）
光束模式：Gaussian, Truncated Gaussian, X/Y方向不同的
(完整word版)基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计
光学软件设计 实验报告： 基于ZEMAX的激光扩束镜的优化设计 姓名： 学号：2011146211
一、实验目的 学会使用ZEMAX软件对多重结构配置的激光束扩大器进行优化设计。 二、实验要求 1、掌握使用多重结构配置。 2、进一步学习构建优化函数。 三、实验内容 设计一个激光扩束器，使用的波长为1.053um，输入光束直径为100mm，输出光束的直径为20mm，且输入光束和输出光束平行。要求只使用两片镜片，设计必须是伽利略式的（没有内部焦点），在镜片之间的间隔必须不超过250mm，只许使用1片非球面，系统必须在波长为0.6328um时测试。 1、打开ZEMAX软件，关闭默认的上一个设计结果，然后新建一个空白透镜。 2、在IMA面（像平面）前使用insert插入4个面，输入相关各面的厚度、曲率半径和玻璃类型值。 3、点击Gen设置入瞳直径为100，点击Wav设置波长为 1.053微米。
4、在主菜单Editors里构建一个优化函数，将第一行操作数类型改为REAY，surf输入5，Py输入1，taiget输入10，weight输入1。 5、在评价函数编辑窗中选工具—默认优化函数。选reset，将“开始在”的值设置为2，
确定。 6、点击Opt进行优化，优化后生产OPD图。
7、将第一面的conic设置为变量（control+z）。再次进行优化，重新生产OPD图并观察。 8、将三个曲率和圆锥西数的变量状态去掉。 9、点击Wav重新配置光波长，将之前的1.053改为0.6328，确定后再次更新OPD图并分析。
10、将第二面的厚度250mm设为可变，然后再次点击Opt优化，重新生成OPD图。此时去掉第二面的可变状态。 11、从主菜单—编辑中调出多重结构编辑窗，在这个窗口的编辑菜单中选“插入结构”来插入一个新的结构配置，双击第一行第一列，从下拉框中选wave，在同样的对话框里为wavelength选择1，确定。在config1下输入 1.053，在config2下输入0.6328。
zemax实例
课程1：单透镜（a singlet） 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），确定厚度求方法和变量，进行简 单的优化。 假设需要设计一个F/4的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7玻璃，该怎样开始呢？ 首先，运行ZEMAX。ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。你可以对LDE（你工作的场所）窗口进行移动或重新调整尺寸，以适合你自己的喜好。LDE由多行和多列组成，类似于电子表格。半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。 1、基本设置：开始，我们先为我们的系统输入波长。这不一定要先完成，我们只不过现在选中了这一步。在主屏幕菜单条上，选择“系统（System）”---“通用配置（general）”----“单位units”，先确定单位。再选择“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。ZEMAX中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供你选择。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。现在，在第一个“波长”行中输入0.486，这是氢（Hydrogen）F谱线的波长，单位为微米。 Z EMAX全部使用微米作为波长的单位。现在，在第二行的波长列中输入0.587，最后在第三行输入0.656。这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作，转到适当的区域，然后键入数据。在屏幕的最右边，你可以看到一列主波长指示器。这个指示器指出了主要的波长，当前为0.486微米。在主波长指示器的第二行上单击，指示器下移到587的位置。主波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。“权重（Weight）”这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如RMS点尺寸和STREHL率。现在让所有的权为1.0，单击OK保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。 选择“系统（System）”---“视场（fields）”----“角度”将X、Y都设为零。表示光线平行于主光轴入射。 2、为镜片定义一个孔径。这可以使ZEMAX在处理其他的事情上，知道每一个镜片该被定为多大。由于我们需要一个F/4镜头，我们需要一个25mm的孔径（100mm的焦距除F/4）。设置这个孔径值，选择“系统”---“通用配置（General）”---“aperture（孔径）”输入“光圈数值”：25。注意孔径类型缺省时为“入瞳直径（Entrance Pupil Diameter）”，也可选择其他类型的孔径设置。 3、加入一些重要的表面数据。ZEMAX模型光学系统使用一系列的表面，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。一些表面也可有其他的数据，我们以后将会讨论到。
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。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。
照相物镜基于ZEMAX课程分析方案实例
应用光学课程设计 课题名称：照相物镜镜头设计与像差分析 专业班级：2009级光通信技术 学生学号： 学生姓名： 学生成绩： 指导教师： 课题工作时间：2018.6.20至2018.7.1
武汉工程大学教务处
课程设计摘要<中文） 在光学工程软件ZEMAX 的辅助下, 配套采用大小为1/2.5 英寸的CCD 图像传感器,设计了一组焦距f '= 12mm的照相物镜, 镜头视场角 33.32°, 相对孔径D/f’=2. 8, 半像高3.6 mm ,后工作距 9.880mm，镜头总长为14.360mm。使用后置光阑三片物镜结构，其中第六面采用非球面塑料，其余面采用标准球面玻璃。 该组透镜在可见光波段设计，在Y-field上的真值高度选取0、1.08、1.8、2.5452，总畸变不超过0.46%，在所选视场内MTF轴上超过60%@100lp/mm,轴外超过48%@100lp/mm，整个系统球差-0.000226，慧差-0.003843，像散0.000332。完全满足 设计要求。 关键词：ZEMAX；物镜；调制传递函数 ABSTRACT By the aid of optical engineering software ZEMAX，A focal length f '= 12mm camera lens matched with one CCD of 1/2.5 inch was designed。Whose FOV is 33.32°, Aperture is 2. 8，half image height is 3.6 mm，back working distance is9.880mm and total length is 14.360 mm. Using the rear aperture three-lens structure，a aspherical plastic was used for the sixth lens while standard Sphere glasses were used for the rest lenses。The group Objective lenses Designed for the visible light，Heights in the true value as Y-field Defined as 0、1.08、1.8、2.5452，total distortion is less than 0.41%，Modulation transfer function of shade in the selected field of view to meet the axis is greater than 60% @ 100 lp / mm, outer axis than 48% @ 100 lp / mm，The sum of the whole system spherical aberration -0.000226，Coma is -0.003843，Astigmatism is 0.000332。Fully meet the design requirements. Keyword：ZEMAX；Camera lens；Modulation transfer function 引言----
ZEMAX软件基础介绍
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
ZEMAX软件基础介绍教学文案
Z E M A X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。 1.4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 LDE 表面类型 曲率半径 厚 度 玻璃 半口径
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
ZEMAX实验指导书(初学的练习教程)
实验一光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作 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。 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 1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示： 图：ZEMAX用户界面 2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。 3．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口。 4．调用ZEMAX自带的例子（根目录下Samples文件夹），学会打开常用的分析功能项：草图（2D草图、3D草图、实体模型、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、
点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。 5．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。 6．掌握镜头数据编辑窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。 7．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。 8．通过主菜单-帮助下的操作手册调用帮助文件，学会查找相关帮助信息。 四、实验仪器 PC机
实验二基于ZEMAX的简单透镜的优化设计 一．实验目的 学会用ZEMAX对简单单透镜和双透镜进行设计优化。 二．实验要求 1.掌握新建透镜、插入新透镜的方法； 2.学会输入波长和镜片数据； 3.学会生成光线像差（ray aberration）特性曲线、光程差（OPD）曲线和点列图（Spot diagram）、产生图层和视场曲率图； 4.学会确定镜片厚度求解方法和变量，学会定义边缘厚度解和视场角，进行简单的优 化。 三．实验内容 （一）. 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。 （二）. 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。 4. 利用利用Solve功能来求解镜片边缘厚度，更新后更新后观察各分析图的相应变化。
1807中文说明书简易操作手册
1807中文说明书简易操作手册 1：在主机安装完毕后，按住（PWR）键三秒开机，完成后，在显示VFO（430.000）的情况下可以进行你需要的任何一项操作。 2：设置手动自动下差：在显示VFO的模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第四项菜单（ARS），轻按（MHZ SET）键进入第四项主菜单选择开关手动自动下差（ON/OFF），设置完毕后轻按（MHZ SET）键退出菜单。 3：设置差频：在显示VFO模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第43项（RPT）菜单，轻按（MHZ SET）键进入此项菜单设置上下差频（-RPT，+RPT，OFF） 4：设置差频数值：在显示VFO模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第46项（SHIFL）菜单，轻按（MHZ SET）键进入此项菜单后（7.6MHZ）设置差频值，机器默认数值为7.6MHZ，旋动（DIAL）旋纽设置你需要的差频值，设置完毕后轻按（MHZ SET）键推出主菜单。 5：设置亚音编码：在显示VFO模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第49项（SQLTYP）菜单，轻按（MHZ SET）键进入此项菜单设置你需要的编码，一般选择（TONE）编码（TONE/TSQL/DCS/RVTN/OFF） 6：设置亚音数值：在显示VFO模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第52项（）菜单，轻按（MHZ SET）键进入此项菜单后（100MHZ）设置亚音，旋动（DIAL）旋纽进行设置你需要的亚音值。 7：储存频道：在显示VFO的模式下，用手咪输入你想要的频点，然后按住（MW D/MR）键，直至屏幕右下角出现数字（0），如果此数字一直在闪烁，表示此频道为空，然后旋动（DIAL）纽选择频道号码，选定后轻按（MW D/RW）键，完成频道存储。 8：频道模式与频率模式的转换：按（MW D/MR）可以进行转换。 9：发射功率调节：轻按（A/N LOW）键，发射功率分别是LOW1（5W），LOW2（10W），LOW3（25W），LOW4（50W）之间顺序转换。 10：机器复位操作：同时按住（REW）（LOW）（D/MR）键，开机，然后按（D/RW）键，机器将恢复到出厂的设置。 11：自动关机设置：在显示VFO的模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第1项（APO）菜单，轻按（MHZ SET）键进入第一项主菜单选择（30MIN，1H，3H，5H，8H）关机时间。 2：屏幕亮度调节：在显示VFO的模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋纽到第16项（DIMMER）菜单，轻按（MHZ SET）键进入主菜单选择（OFF，1-10）屏幕亮度。然后轻按（MHZ SET）退出菜单。 13：键盘锁定：在显示VFO的模式下按住（MHZ SET）键三秒进入主菜单，旋动（DIAL）旋
用 MATLAB 连结 Zemax OpticStudio 之一：连线与基本操作
摘要：此系列文章共有三篇。 第一篇中，我們會示範如何利用MATLAB連結ZOS-API，並說明相關操作重點。 第二篇中，我們會重點提示撰寫時，幾個常見語法問題。 第三篇中，我們提供幾個有用的範例檔，說明幾個常見應用如何撰寫。 作者：Michael Cheng 發布時間：March 13, 2017 簡介 關於ZOS-API本身，請參考知識庫內另一篇「https://www.360docs.net/doc/5a9496613.html,簡介」。 MATLAB在透過ZOS-API連結OpticStudio時，主要有兩種模式：Standalone (獨立運作) 以及Interactive Extension (互動擴展)。 使用Standalone模式運作時，MATLAB會以背景模式連結到OpticStudio，然後所有動作都在Windows背後進行，過程中不會看到OpticStudio主視窗開啟。 反之，使用Interactive Extension模式運作時，必須先開啟OpticStudio，然後使用者需要先在OpticStudio開放連結，讓MATLAB能夠順利接入並控制，控制過程中OpticStudio不能手動操作，直到使用者手動在OpticStudio取消互動模式，取回控制權。 以下將分別說明如何用兩種不同模式連線。 使用Standalone模式連線 首先是到OpticStudio中點選Programming > MATLAB > Standalone Application，以產生樣板程式碼。 Click To Enlarge 點擊後，可以看到系統會自動建立一個範例的.m檔，並且打開存放的資料夾，如果電腦中有安裝MATLAB，則會自動被開啟，並顯示範例的.m檔。
ZEMAX的基础学习
zemax的基础学习 MTF一般都是大于0的，所以MTF曲线坐标都是第一期限。但有时候也会出现负值，这种情况表示像的亮度起伏与原物体相反，发生对比反转，也就是相位错动了半个周期，黑的变白，白的变黑。 如何查看高斯光束的光斑大小及能量分布在physical analysis>>pop setting>>display中可以看 中文的翻译是：image space f# 表示的是有效焦距和有效孔径的比paraxial working f# 表示的是2tanU的倒数，其实只有在物距在无限远的时候才和前边的一样working f# 表示的是2SinU的倒数。 主光线是在stop光阑中心点的斜线角度。物上视场点－入瞳中心－像面的光线，如果没有渐晕，它也会通过光栏的中心， 放大镜只能放大线性的东西”这种结论。 我今天突然在ZEMAX中发现我如果做短焦的时候，比如f=2.8，看到lens data editor中相面的尺寸小于在Report/prrscription data/paraxial Image Heigh 中的象高？？请问有谁知道这个是如何产生的，为什么有这种现象☆这有什么奇怪的，难道你的系统没有畸变吗是啊，好象一个是像面上的实际像高，一个是近轴（理想）像高畸变是有正负的呀我知道了，那lens data editor中相面的尺寸是实际通光孔径，而Report/prrscription data/paraxial Image Heigh 只是理想象高，所以我觉得设计时应该以lens data editor中相面的尺寸为准，大家说对吗？错，一个点通过系统之后不可能还是一个点，是一个有大小的斑，从lens data editor中看到的数据只是最大像高的数值，不能代表实际成像的大小。在设计的时候多考虑，软件是工具而已。那斑竹说实际的相面尺寸应该看哪里啊，看你成像点的扩散程度由于像差的原因，实际最佳像面上每一像点（斑）大小都不一致，由于轴外（垂轴）像差的关系lens data editor中的尺寸一般系统应该够了。 傅立叶变换透镜的4F系统的两个镜头的像质应该如何评价？是以单独的镜头为准还是合成的串联系统呢？☆可以以单独的镜头分析，两个的分析分别要在频域和时域进行但是最总的系统是否符合你的要求就一定要以整个系统为分析的对象了。 zemax中的ray fan和spot diagram的含义【标题】 zemax中的ray fan和spot diagram的含义 【版权声明】 欢迎相互传阅和交流！请将此文用于非盈利的技术交流；不可显性或隐形用于商业目的。欢迎对文中内容进行批评指正和修改。但修改后内容仍需保留版权声明部分并能免费用于技术交流。zhangxi@https://www.360docs.net/doc/5a9496613.html, 【正文】 ray fan 在zemax中有一个重要的分析手段，就是显示ray fan图。显示ray fan可以通过多种方式，比如菜单analysis－fans－ray aberration显示；也可以通过直接点击在菜单栏目上的Ray按钮。 ray fan表示是光学系统的综合误差。 它的横坐标是光学系统的入瞳标量，因此总是从－1到＋1之间。显然0的位置对应就是光轴在入瞳中心的焦点。纵坐标则是针对主光线（发光点直穿光阑中心点的那条光线）在像面上的位置的相对数值。 由于我们在计算光路的时候，通常仅仅考虑两类光线，子午面和弧矢面。这样对于不同的面，就有两种不同rayfan显示。
ZEMAX中文使用说明书
目录 第1章引言 第2章用户界面 第3章约定和定义 第4章 教程 教程1：单透镜 教程2：双透镜 教程3：牛顿望远镜 教程4：带有非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统 教程5：多重结构配置的激光束扩大器 教程6：折叠反射镜面和坐标断点 教程7：消色差单透镜 第5章 文件菜单 (7) 第6章 编辑菜单 (14) 第7章 系统菜单 (31) 第8章 分析菜单 (44) §8.1 导言 (44) §8.2 外形图 (44) §8.3 特性曲线 (51) §8.4 点列图 (54) §8.5 调制传递函数MTF (58) §8.5.1 调制传递函数 (58) §8.5.2 离焦的MTF (60) §8.5.3 MTF曲面 (60) §8.5.4 MTF和视场的关系 (61) §8.5.5 几何传递函数 (62) §8.5.6 离焦的MTF (63) §8.6 点扩散函数（PSF） (64) §8.6.1 FFT点扩散函数 (64)
§8.6.2 惠更斯点扩散函数 (67) §8.6.3 用FFT计算PSF横截面 (69) §8.7 波前 (70) §8.7.1 波前图 (70) §8.7.2 干涉图 (71) §8.8 均方根 (72) §8.8.1 作为视场函数的均方根 (72) §8.8.2 作为波长函数的RMS (73) §8.8.3 作为离焦量函数的均方根 (74) §8.9 包围圆能量 (75) §8.9.1 衍射法 (75) §8.9.2 几何法 (76) §8.9.3 线性/边缘响应 (77) §8.10 照度 (78) §8.10.1 相对照度 (78) §8.10.2 渐晕图 (79) §8.10.3 XY方向照度分布 (80) §8.10.4 二维面照度 (82) §8.11 像分析 (82) §8.11.1 几何像分析 (82) §8.11.2 衍射像分析 (87) §8.12 其他 (91) §8.12.1 场曲和畸变 (91) §8.12.2 网格畸变 (94) §8.12.3 光线痕迹图 (96) §8.12.4 万用图表 (97) §8.12.5 纵向像差 (98) §8.12.6 横向色差 (99) §8.12.7 Y-Y bar图 (99) §8.12.8 焦点色位移 (100) §8.12.9 色散图 (100) §波长和内透过率的关系 (101) §玻璃图 (101) §系统总结图 (101)
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 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
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。
ZEMAX仿真实例详解
第四章设计教程 简介 这一章将要教你如何使用ZEMAX，这一章的每一节将会让你接触一个不同的设计问题。第一个设计例子是非常简单的，如果你是一个有经验的镜片设计师，你也许觉得它并不值得你去费心，但是，如果你花费一点点时间去接触它，你可以学到如何运行ZEMAX，然后你可以继续你自己特别感兴趣的设计。 前几个例子中，提供了一些关于镜片设计理论的教程内容，用来帮助那些对专用术语不是很了解的人。但在总体上来说，这本手册，以及其中的这些特例，目的都不是要将一个新手培养成为一个专家。如果你跟不上这些例子，或者你不能理解程序演示时与计算有关的数学知识，可以参考任何一本“简介”这一章中所列出的好书。在开始课程之前，你必须先通过正当手段安装ZEMAX。 课程1：单透镜（a singlet） 你将要学到的：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。 假设你需要设计一个F/4的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7玻璃，你该怎样开始呢？ 首先，运行ZEMAX。ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。你可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸，以适合你自己的喜好。LDE由多行和多列组成，类似于电子表格。半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。 LDE中的一小格会以“反白”方式高亮显示，即它会以与其他格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。如果没有一个格子是高亮的，则在任何一格上用鼠标点击，使之高亮。这个反白条在本教程中指的就是光标。你可以用鼠标在格子上点击来操纵LDE，使光标移动到你想要停留的地方，或者你也可以只使用光标键。LDE的操作是简单的，只要稍加练习，你就可以掌握。 开始，我们先为我们的系统输入波长。这不一定要先完成，我们只不过现在选中了这一步。在主屏幕菜单条上，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。ZEMAX中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供你选择。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。现在，在第一个“波长”行中输入486，这是氢（Hydrogen）F谱线的波长，单位为微米。 ZEMAX全部使用微米作为波长的单位。现在，在第二行的波长列中输入587，最后在第三行输入656。这就是ZEMAX中所有有关输入数据的操作，转到适当的区域，然后键入数据。在屏幕的最右边，你可以看到一列主波长指示器。这个指示器指出了主要的波长，当前为486微米。在主波长指示器的第二行上单击，指示器下移到587的位置。主波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。ZEMAX一般使用微米作为波长的单位“权重（Weight）”这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如RMS点尺寸和STREHL率。现在让所有的权为1.0，单击OK保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。 现在我们需要为镜片定义一个孔径。这可以使ZEMAX在处理其他的事情上，知道每一个镜片该被定为多大。由于我们需要一个F/4镜头，我们需要一个25mm的孔径（100mm 的焦距除F/4）。设置这个孔径值，选择“系统”中的“通常（General）”菜单项，出现“通
光学系统设计zemax初级教程
光学系统设计（Zemax初学手册） 内容纲目: 前言 习作一：单镜片(Singlet) 习作二：双镜片 习作三：牛顿望远镜 习作四：Schmidt-Cassegrain和aspheric corrector 习作五：multi-configuration laser beam expander 习作六：fold mirrors和coordinate breaks 习作七：使用Extra Date Editor, Optimization with Binary Surfaces 前言 整个中华卫星二号「红色精灵」科学酬载计划，其量测仪器基本上是个光学仪器。所以光学系统的分析乃至于设计和测试是整个酬载发展重要一环。 这份初学手册提供初学者使用软件作光学系统设计练习，整个需要Zemax光学系统设计软件。它基本上是Zemax使用手册中tutorial的中文翻译，由蔡长青同学完成，并在Zemax E. E. 7.0上测试过。由于蔡长青同学不在参和「红色精灵」计划，所以改由黄晓龙同学接手进行校稿和独立检验，整个内容已在Zemax E. E. 8.0版上测试过。我们希望藉此初学手册（共有七个习作）和后续更多的习作和文件，使团队成员对光学系统设计有进一步的掌握。（陈志隆注） (回内容纲目) 习作一：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。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)。于是从system menu上选general data，在aper value上键入25，而aperture type被default为Entrance Pupil diameter。也就是说，entrance pupil的大小就是aperture的大小。 回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源，STO即aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按鼠标，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA 就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面 (surface)，于是在STO栏上，选取insert cifter，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ为0，STO为1，而IMA为3。 再来如何输入镜片的材质为BK7。在STO列中的glass栏上，直接打上BK7即可。又孔径的大小为25mm，则第一面镜合理的thickness为4，也是直接键入。再来决定第1及第2面镜的曲率半径，在此分别选为100及-100，凡是圆心在镜面之右边为正值，反之为负值。而再令第2面镜的thickness为100。 现在你的输入数据已大致完毕。你怎么检验你的设计是否达到要求呢？选analysis中的fans，其中的Ray Aberration，将会把transverse的ray aberration对pupil coordinate 作图。其中ray aberration是以chief ray为参考点计算的。纵轴为EY的，即是在Y方个的aberration，称作tangential或者YZ plane。同理X方向的aberration称为XZ plane 或sagittal。 Zemax主要的目的，就是帮我们矫正defocus，用solves就可以解决这些问题。solves 是一些函数，它的输入变量为curvatures，thickness，glasses，semi-diameters，conics，以及相关的parameters等。parameters是用来描述或补足输入变量solves的型式。如curvature的型式有chief ray angle，pick up，Marginal ray normal，chief ray normal，Aplanatic，Element power，concentric with surface等。而描述chief ray angle solves