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)
§8.13 计算 (103)
§8.13.1 光线追迹 (103)
§8.13.2 塞得系数 (104)
第九章
工具菜单 (108)
§9.1 优化 (108)
§9.2 全局优化 (108)
§9.3 锤形优化 (108)
§9.4 消除所有变量 (108)
§9.5 评价函数列表 (109)
§9.6 公差 (109)
§9.7 公差列表 (109)
§9.8 公差汇总表 (109)
§9.9 套样板 (109)
§9.10 样板列表 (111)
§9.11 玻璃库 (112)
§9.12 镜头库 (112)
§9.13 编辑镀膜文件 (114)
§9.14 给所有的面添加膜层参数 (115)
§9.15 镀膜列表 (115)
§9.16 变换半口径为环形口径 (115)
§9.17 变换半口径为浮动口径 (116)
§9.18 将零件反向排列 (116)
§9.19 镜头缩放 (116)
§9.20 生成焦距 (117)
§9.21 快速调焦 (117)
§9.22 添另折叠反射镜 (117)
§9.23 幻像发生器 (118)
§9.24 系统复杂性测试 (120)
§9.25 输出IGES文件 (120)
第十章
报告菜单 (124)
§10.1 介绍 (124)
§10.2 表面数据 (124)
ZEMAX优化操作数
ZEMAX优化操作数 ZEMAX Merit Function,是在网上下下来的一个word文档，觉得蛮好的，一般用到的好像就是EFFL。呵呵，这个收集下，以后有用。 一阶光学性能 1. EFFL 透镜单元的有效焦距 2. AXCL 透镜单元的轴向色差 3. LACL 透镜单元的垂轴色差 4. PIMH 规定波长的近轴像高 5. PMAG 近轴放大率 6. AMAG 角放大率 7. ENPP 透镜单元入瞳位置 8. EXPP透镜单元出瞳位置 9. PETZ 透镜单元的PETZVAL半径 10. PETC反向透镜单元的PETZVAL半径 11. LINV 透镜单元的拉格朗日不变量 12. WFNO 像空间F/# 13. POWR 指定表面的权重 14. EPDI 透镜单元的入瞳直径
15. ISFN 像空间F/# (近轴) 16. OBSN 物空间数值孔径 17. EFLX “X”向有效焦距 18. EFLY “Y”向有效焦距 19. SFNO 弧矢有效F/# 像差 1. SPHA 在规定面出的波球差分布（0则计算全局） 2. COMA 透过面慧差（3阶近轴） 3. ASTI 透过面像散（3阶近轴） 4. FCUR透过面场曲（3阶近轴） 5. DIST透过面波畸变（3阶近轴） 6. DIMX 畸变最大值 7. AXCL 轴像色差(近轴) 8. LACL 垂轴色差 9. TRAR 径像像对于主光线的横向像差 10. TRAX “X”向横向色差 11. TRAY “Y”向横向色差
12. TRAI 规定面上的径像横向像差 13. TRAC径像像对于质心的横向像差 14. OPDC 主光线光程差 15. OPDX 衍射面心光程差 16. PETZ 透镜单元的PETZVAL半径 17. PETC反向透镜单元的PETZVAL半径 18. RSCH 主光线的RMS光斑尺寸 19. RSCE 类RSCH 20. RWCH主光线的RMS波前偏差 21. RWCE衍射面心的RMS波前偏差 22. ANAR像差测试 23. ZERN Zernike系数 24. RSRE 几何像点的RMS点尺寸（质心参考） 25. RSRH 类同RSRE（主光线参考） 26. RWRE类同RSRE（波前偏差） 27. TRAD “X”像TRAR比较 28. TRAE “Y”像TRAR比较 29. TRCX 像面子午像差”X”向（质心基准）
ZEMAX优化函数结构浅探
ZEMAX 优化函数结构浅探 公安部第一研究所 许正光 各种光学自动软件最终都归结到优化函数结构和优化过程算法的问题。最近，本人在使用ZEMAX 过程中，仔细分析了一下构成ZEMAX 软件的优化函数构成以及优化过程算法，有些心得，留给入门的朋友们共享。 一、 优化函数结构 凡使用过SOD88软件(北京理工大学光电工程系开发)或者ZEMAX 、CODEV 的设计人员都知道，优化的参数包括以下几个种类：光学特性参数，例如焦距、入瞳距离、成像尺寸或者物高、物距，镜片间空气间距、镜片厚度等等；像质参数，例如畸变、场曲、彗差等等。ZEMAX 将所有这些要求达到的目标都作为一个优化元附加一定的权重系数组成一个优化函数，并且通过改变结构参数使得这个优化函数趋向最小。 数学表达式为： ()21/20()i i F σαα=∑- ，其中i σ为各个优化元的权重系数，i α为系统结构参数光学追迹出来的各个优化元，例如焦距、畸变、彗差等等，0α为该优化元的目标值。 优化过程有局部优化和全局优化两种。局部优化是指，通过改变系统结构参数的数值(半径、厚度、光学玻璃材料)计算出各个优化元的数值，然后构成整个优化函数的值的计算过程。该过程的思路是解决当前状态已经处于“U ”型中的某个位置，迫使其落到“U ”中间的最小位置。 全局优化和局部优化不同的是，优化过程类似于一个搜索过程，这个搜索过程在结构参数限定的某个区域内进行优化，优化函数可能经历若干过波峰和波谷(多个极值之间)进行。由于采用的方法不同，构成了多种全局优化算法。全局优化能够避开某个局部极值寻找到更加优良的结构形式，使得光学设计距离完全自动化更进了一步。当然，目前的各种算法都还有一定局限性，例如搜索能力强度、计算复杂程度，由此影响计算速度、计算资源需求量以及误差累计造成的准确度等等问题。 但是不管怎么样，现有的几种光学设计软件基于现有的高度发达计算机水平、光学设计发展水平和数学优化算法等，已经能够很好的满足具有一定光学设计经验知识的设计者们。 二、 ZEMAX 的缺省优化函数结构 入门的光学设计者通常知道在进行结构优化时选用default 缺省的优化函数，然后加入少量的优化目标例如焦距来进行优化分析，但是对于这个缺省结构怎么构成的常常缺乏深入分析，这在一定程度上限制了我们进一步充分利用软件优化能力的水平发挥。 实际上，缺省函数的构成结构并不复杂，它和ZEMAX 提供给设计人员的“Default Merit Function(缺省优化函数)”紧密相关。如下图所示。 第一行中的“Optimization Function and Reference (优化函数和参数方式)”。他的主要思想是：从某个视场代表物点发出若干条光线，在像面上有一个分布形式，按照各个象差的定义进行象差数值计算。第一个框中有“RMS(方均根)”和“PTV(峰谷差)”，第二个框中有差值计算的各种依据：WaveFront(波前)、Spot Radius(像点尺寸)、Spot X(X 方向度量尺寸)、
(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优化操作函数汇总
优化函数 1、像差 SPHA(球差)：surf表面编号/wave波长/target设定目标值/weight权重 指定表面产生的球差贡献值，以波长表示。如果表面编号值为零，则为整个系统的总和 COMA(彗差) ：surf表面编号/wave波长/target设定目标值/weight权重 指定表面产生的贡献值，以波长表示。如果表面编号值为0，则是针对整个系统。这是 由塞得和数计算得到的第三级彗差，对非近轴系统无效. ASTI(像散)：指定表面产生像散的贡献值，以波长表示。如果表面编号值为0，则是针对整个系统。这是由塞得和数计算得到的第三级色散，对非近轴系统无效 FCUR(场曲)：指定表面产生的场曲贡献值，以波长表示。如果表面编号值为0，则是计算整个系统的场曲。这是由塞得系数计算出的第三级场曲，对非近轴系统无效. DIST(畸变)：指定表面产生的畸变贡献值，以波长表示。如果表面编号值为0，则使用整个系统。同样，如果表面编号值为0，则畸变以百分数形式给出。这是由塞得系数计算出的第三级畸变，对与非近轴系统无效. DIMX(最大畸变值)：它与DIST 相似，只不过它仅规定了畸变的绝对值的上限。视场的整数编号可以是0，这说明使用最大的视场坐标，也可以是任何有效的视场编号。注意，最大的畸变不一定总是在最大视场处产生。得到的值总是以百分数为单位，以系统作为一个整体。这个操作数对于非旋转对称系统可能无效。 AXCL(轴向色差)：以镜头长度单位为单位的轴向色差。这是两种定义的最边缘的波长的理想焦面的间隔。这个距离是沿着Z 轴测量的。对非近轴系统无效. LACL(垂轴色差)：这是定义的两种极端波长的主光线截点的y方向的距离。对于非近轴系统无效TRAR(垂轴像差)：在像面半径方向测定的相对于主光线的垂轴像差. TRAX(x方向垂轴像差)：在像面x方向测定的相对于主光线的垂轴像差 TRAY(Y方向垂轴像差)：在像面Y方向测定的相对于主光线的垂轴像差 TRAI(垂轴像差)：在指定表面半口径方向测定的相对于主光线的垂轴像差.类似于TRAR，只不过是针对一个表面，而不是指定的像面. OPDC(光程差)：指定波长的主光线的光程差. PETZ(匹兹伐曲率半径)：以镜头长度单位表示,对非近轴系统无效 PETC(匹兹伐曲率)：以镜头长度单位的倒数表示,对非近轴系统无效 RSCH：相对于主光线的RMS 斑点尺寸（光线像差）。 RSCE：环带波长Hx，Hy，以镜头长度单位测量的，相对于几何像质心的RMS 斑点尺寸（光线像差）。这个操作数类似于RSCH，只不过参考点是像质心，而不是主光线。详细内容可参见RSCH。!R0Y}N ~Q
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手把手教程
ZEMAX手把手教程 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。 L DE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。 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“通常数据（General Data）”对话框，单击“孔径值（Aper Value）”一格，输入一个值：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。除此之外，还要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。注意在LDE中显示的有三个面。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。对于我们的单透镜来说，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。要插入第四个面，只需移动光标到像平面（最后一个面）的“无穷
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。
用Zemax进行优化设计
目录 摘要 (1) ABSTRACT (2) 引言 (3) 1 光学传递函数和点列图 (4) 1.1光学传递函数 (4) 1.1.1利用MTF曲线来评价成像质量 (4) 1.1.2利用MTF曲线的积分值来评价成像质量 (5) 1.2点列图 (5) 2 像差综述 (6) 2.1轴上点球差 (6) 2.1.1球差的定义和表示方法 (6) 2.1.2球差的校正 (8) 2.2像散与像面弯曲（场曲） (8) 2.2.1像散 (8) 2.2.2场曲 (9) 2.3正弦差和彗差 (9) 2.3.1正弦差和彗差的定义 (9) 2.3.2彗差的校正 (12) 2.4畸变 (12) 2.5色差 (13) 2.5.1位置色差 (13) 2.5.2倍率色差 (14) 2.6波相差 (15) 3 表面类型 (16) 3.1简介 (16) 3.2内含表面 (16) 3.3非球面镜片 (19) 3.3.1简介 (19) 3.3.2非球面镜片光学原理 (20) 4 用ZEMAX进行优化设计 (20) 4.1由抛物反射镜产生的初级球面像差: (20) 4.2求由抛物面反射镜和两单透镜组成的初始光学系统 (21) 4.3计算抛物面反射镜和两单透镜组成的初始光学系统 (23) 5 结论 (27) 致谢 (28) 参考文献................................................................................................................... 错误!未定义书签。
摘要 本文研究了用Zemax设计非球面补偿系统的优化。非球面抛物面反射镜在许多光学系统中被采用, 但加工检验较难。在Zemax中优化控制设计零位补偿系统。设计既方便, 加工又容易, 是一种较好的方法。文中介绍了七种像差的定义和表示方法以及对于像差的校正方法；波像差的定义、形成原因及其与像差的关系；由于涉及到面型，本文还介绍了Zemax中包含的面型以及重要面型的简介。最后，利用Zemax进行一个实例的优化设计，得到了优化后的数据。 关键字：像差，波像差，表面类型
ZEMAX优化操作数的中文含义
ZEMAX 优化操作数的中文含义 在很多次的成像及激光系统培训中，都有学员非常希望能够有一份ZEMAX中文的优化操作数说明。这样的确会对学习ZEMAX软件及控制光学系统有很好的帮助。 例如我们常用的EFFL控制焦距，PMAG控制近轴放大率，SPHA控制初级球差等。 尽管随着软件的不断升级，会有不断新增的操作数，但是下面的内容为您提供了一份比较全面的参考资料。 这里有比较完整的操作数ZEMAX优化操作数 一阶光学性能 1. EFFL 透镜单元的有效焦距 2. AXCL 透镜单元的轴向色差 3. LACL 透镜单元的垂轴色差 4. PIMH 规定波长的近轴像高 5. PMAG 近轴放大率 6. AMAG 角放大率 7. ENPP 透镜单元入瞳位置 8. EXPP透镜单元出瞳位置 9. PETZ 透镜单元的PETZV AL半径 10. PETC反向透镜单元的PETZV AL半径 11. LINV 透镜单元的拉格朗日不变量 12. WFNO 像空间F/# 13. POWR 指定表面的权重 14. EPDI 透镜单元的入瞳直径 15. ISFN 像空间F/# (近轴) 16. OBSN 物空间数值孔径 17. EFLX “X”向有效焦距 18. EFL Y “Y”向有效焦距 19. SFNO 弧矢有效F/# 像差 1. SPHA 在规定面出的波球差分布（0则计算全局） 2. COMA 透过面慧差（3阶近轴） 3. ASTI 透过面像散（3阶近轴） 4. FCUR透过面场曲（3阶近轴） 5. DIST透过面波畸变（3阶近轴） 6. DIMX 畸变最大值 7. AXCL 轴像色差(近轴) 8. LACL 垂轴色差 9. TRAR 径像像对于主光线的横向像差 10. TRAX “X”向横向色差
ZEMAX入门教学
课程设计安排 本课程设计着眼于应用光学的基本理论知识、光学设计基本理论和方法，侧重于典型系统具体设计的思路和过程，加强学生对光学设计的切身领会和理解，将理论与实际融合、统一，以提高学生综合分析及解决问题能力的培养。 结合<
ZEMAX入门教学 例子 1 单透镜(Singlet) (3) 例子 2 座标变换(Coordinate Breaks)................................18例子 3 牛顿式望远镜(Newtonian Telescope). (26) 例子4消色差单透镜(Achromatic Singlet) (40) 例子5变焦透镜(Zoom Lens) (47)
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。S 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、
ZEMAX软件的优化函数构成以及优化函数算法的心得
各种光学自动软件最终都归结到优化函数结构和优化过程算法的问题。最近，本人在使用ZEMAX过程中，仔细分析了一下构成ZEMAX软件的优化函数构成以及优化过程算法，有些心得，留给入门的朋友们共享。一、 优化函数结构凡使用过SOD88软件(北京理工大学光电工程系开发)或者ZEMAX、CODEV的设计人员都知道，优化的参数包括以下几个种类：光学特性参数，例如焦距、入瞳距离、成像尺寸或者物高、物距，镜片间空气间距、镜片厚度等等；像质参数，例如畸变、场曲、彗差等等。ZEMAX将所有这些要求达到的目标都作为一个优化元附加一定的权重系数组成一个优化函数，并且通过改变结构参数使得这个优化函数趋向最小。数学表达式为：，其中 为各个优化元的权重系数， 为系统结构参数光学追迹出来的各个优化元，例如焦距、畸变、彗差等等， 为该优化元的目标值。优化过程有局部优化和全局优化两种。局部优化是指，通过改变系统结构参数的数值(半径、厚度、光学玻璃材料)计算出各个优化元的数值，然后构成整个优化函数的值的计算过程。该过程的思路是解决当前状态已经处于“U”型中的某个位置，迫使其落到“U”中间的最小位置。全局优化和局部优化不同的是，优化过程类似于一个搜索过程，这个搜索过程在结构参数限定的某个区域内进行优化，优化函数可能经历若干过波峰和波谷(多个极值之间)进行。由于采用的方法不同，构成了多种全局优化算法。全局优化能够避开某个局部极值寻找到更加优良的结构形式，使得光学设计距离完全自动化更进了一步。当然，目前的各种算法都还有一定局限性，例如搜索能力强度、计算复杂程度，由此影
响计算速度、计算资源需求量以及误差累计造成的准确度等等问题。但是不管怎么样，现有的几种光学设计软件基于现有的高度发达计算机水平、光学设计发展水平和数学优化算法等，已经能够很好的满足具有一定光学设计经验知识的设计者们。二、 ZEMAX的缺省优化函数结构入门的光学设计者通常知道在进行结构优化时选用default 缺省的优化函数，然后加入少量的优化目标例如焦距来进行优化分析，但是对于这个缺省结构怎么构成的常常缺乏深入分析，这在一定程度上限制了我们进一步充分利用软件优化能力的水平发挥。实际上，缺省函数的构成结构并不复杂，它和ZEMAX提供给设计人员的“Default Merit Function(缺省优化函数)”紧密相关。如下图所示。第一行中的“Optimization Function and Reference (优化函数和参数方式)”。他的主要思想是：从某个视场代表物点发出若干条光线，在像面上有一个分布形式，按照各个象差的定义进行象差数值计算。第一个框中有“RMS(方均根)”和“PTV(峰谷差)”，第二个框中有差值计算的各种依据：WaveFront(波前)、Spot Radius(像点尺寸)、Spot X(X方向度量尺寸)、Spot Y(Y方向度量尺寸)、Spot X+Y(X和Y方向平均度量尺寸)。第三个框中有“Cetriod(重 心点)”、“Chief Ray(主光线)”、“Mean（平均值）”。举例说明各自配合的含义，缺省状况一般是：峰谷值＋波前＋质心点，优化的目标是：通过重心的光线到达像面时的相位和其他光线该相位状态时所在的位置有一个位置差别，将这些位置差别减小到最少，即认为各种像差都可能趋近于零。从定义而言，这个组合适合于象差不是很大的场合，对于小象差
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
Zemax优化函数探讨2
Zemax优化函数探讨2 1 Zemax优化函数探讨1 小结 在前面我们讨论的是“Zemax优化函数”在→激活的优化过程 中，各操作数权的选取原则和优化过程的数学原理。从中我们体会到掌握好优化的关键是操作数的权的选取。下面是7组元镜头优化时，各操作数的选取一例： 上面传函是选用的几何子午传函，这样选取有两个原因，其一是该数据是针对低分辩率系统的优化（对最初镜头结构），其二是子午传函比弧失传函差较多，因此应控制子午传函。在分辩率设定目标值时，要保正不同视场给于不同的空间频率和和传函值，操作数的权也应不同。上面玻璃与空气隙的权出入较大的原因有以下几方面： （1）保正玻璃边缘通光处有正厚度。 （2）保正空气隙不为负 在给厚度和气隙权时，先给小点的数，运行看看，然后逐渐加大，以恰能控制为宜。注意，操作数与权在优化全过程中，不是一程不变的，要随时监控操作数的控制状态，对于失控的操作数，或变化太慢的操作数，要重新调整操作数的权，或增加，减少操作数。
2 全局优化 由Zemax帮助文件有“全局搜索很少会自己找到全局最小量。其原因是全局搜索集中力量用来搜寻一个新的、有前途的设计形式，而不是正确集中来搜寻每种形式的最好的可能方案”。我们分析一下这句化的数学含意，全局优化不是在找局部极值，而是从局部优化中跳出，重新找其它极值点。可见全局优化着眼的是全局，而不是局部。这恰恰和前面介绍的局部优化相反的优化过程。之所以称之为相反，是因为： ?局部优化在数学处理手法上是加大控制权，减小搜索步长，以满足局部优化的线性 迭代条件。 ?全局优化在数学处理手法上是减小控制权，加大搜索步长，以满足非线性迭代条件。 从而使过程跳出局部限制，到达别的区域,如果该区域的优化函数比原局部极值还要好，就保留新的极值对应的改动结构。 由上分析可见，只要将局部极小化的传函权数，按比例减小(不能减小的太小)，就可使迭代的线性变为非线性。这是掌握此法的关键。不少人在使用全局优化很长时间得不到结果，是因为优化过程的非线性不够，跳不出局部极值造成的。 注：垂形优化由说明书可见，是用于求局部极值的优化方法，它应该比局部优化更有效。在全局优化完，或局部优化完后，辅以垂形优化，会得到更好的解。 以上是部分优化体会，不妥之处望指正！ GGX19458132
ZEMAX优化操作数
ZE M A X优化操作数 ZEMAX Merit Function,是在网上下下来的一个word文档，觉得蛮好的，一般用到的好像就是EFFL。呵呵，这个收集下，以后有用。 一阶光学性能 1. EFFL 透镜单元的有效焦距 2. AXCL 透镜单元的轴向色差 3. LACL 透镜单元的垂轴色差 4. PIMH 规定波长的近轴像高 5. PMAG 近轴放大率 6. AMAG 角放大率 7. ENPP 透镜单元入瞳位置 8. EXPP透镜单元出瞳位置 9. PETZ 透镜单元的PETZVAL半径 10. PETC反向透镜单元的PETZVAL半径 11. LINV 透镜单元的拉格朗日不变量 12. WFNO 像空间F/# 13. POWR 指定表面的权重 14. EPDI 透镜单元的入瞳直径 15. ISFN 像空间F/# (近轴) 16. OBSN 物空间数值孔径 17. EFLX “X”向有效焦距 18. EFLY “Y”向有效焦距 19. SFNO 弧矢有效F/# 像差 1. SPHA 在规定面出的波球差分布（0则计算全局） 2. COMA 透过面慧差（3阶近轴） 3. ASTI 透过面像散（3阶近轴） 4. FCUR透过面场曲（3阶近轴） 5. DIST透过面波畸变（3阶近轴）
6. DIMX 畸变最大值 7. AXCL 轴像色差(近轴) 8. LACL 垂轴色差 9. TRAR 径像像对于主光线的横向像差 10. TRAX “X”向横向色差 11. TRAY “Y”向横向色差 12. TRAI 规定面上的径像横向像差 13. TRAC径像像对于质心的横向像差 14. OPDC 主光线光程差 15. OPDX 衍射面心光程差 16. PETZ 透镜单元的PETZVAL半径 17. PETC反向透镜单元的PETZVAL半径 18. RSCH 主光线的RMS光斑尺寸 19. RSCE 类RSCH 20. RWCH主光线的RMS波前偏差 21. RWCE衍射面心的RMS波前偏差 22. ANAR像差测试 23. ZERN Zernike系数 24. RSRE 几何像点的RMS点尺寸（质心参考） 25. RSRH 类同RSRE（主光线参考） 26. RWRE类同RSRE（波前偏差） 27. TRAD “X”像TRAR比较 28. TRAE “Y”像TRAR比较 29. TRCX 像面子午像差”X”向（质心基准） 30. TRCY像面子午像差”Y”向（质心基准） 31. DISG 广义畸变百分数 32. FCGS 弧矢场曲 33. DISC 子午场曲 34. OPDM 限制光程差，类同TRAC 35. PWRH 同RSCH 36. BSER 对准偏差
Zemax操作
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 以单透镜为例： 1、设置系统孔径（System->General） 注：F/#指的是光由无限远入射所形成的有效焦距F与近轴光线所对应的入瞳直径#的比值。在说明问题前，首先要了解一些光学术语：A=D/f’，A表示物镜的相对孔径，D表示入瞳直径一般就是指物镜直径，f’表示物镜焦距，另外在照相机里面为了方便常常将A的倒数即f’/D作为相机上的标示值，称为光圈F（注意此处F为光圈数，区别上面所说的有效焦距F）。现在来说明F/4的意思，即我们知道有效焦距为F，入瞳为4mm（光学里面一般以毫米为单位），假如设计时给出焦距为100mm，那么我们立即可以得到光圈数为100/4=25mm。 包括输入入瞳，选择好透镜单位等 2、设置视场角（System->Filed） ZEMAX默认的视场角是即为近轴视场角，其中「Weight」这个选项可以用来设罝各视场角之权值，并可运用于优化。 3、设置波长（Wav） 4、键入透镜资料 建立单透镜这个例子需要建立4个表面。 The object surface（OBJ）：设罝光线的起始点 The front surface of the lens(STO)：光线进入Lens 的位置。在这例子里，这表面的位置也决定了光阑(Stop)的位置 The back surface of the lens(2)：光线从Lens 出来并进入空气中的位置。 The image surface(IMA)：光线追迹最后停止的位置，不可以在IMA这个之后设罝任何的表面。这个位置上并非存真实的表面，而是一个哑的表面。 （注：游标移到「IMA」并按下按键盘上的Insert 键，即可产生「2」这个面）
zemax操作详解
ZEMAX光学设计软件操作说明详解 找到一些资料希望对大家有用！ 【ZEMAX光学设计软件操作说明详解】 介绍 这一章对本手册的习惯用法和术语进行说明。ZEMAX使用的大部分习惯用法和术语与光学行业都是一致的，但是还是有一些重要的不同点。 活动结构 活动结构是指当前在镜头数据编辑器中显示的结构。详见“多重结构”这一章。角放大率 像空间近轴主光线与物空间近轴主光线角度之比，角度的测量是以近轴入瞳和出瞳的位置为基准。 切迹 切迹指系统入瞳处照明的均匀性。默认情况下，入瞳处是照明均匀的。然而，有时入瞳需要不均匀的照明。为此，ZEMAX支持入瞳切迹，也就是入瞳振幅的变化。 有三种类型的切迹：均匀分布，高斯型分布和切线分布。对每一种分布（均匀分布除外），切迹因素取决于入瞳处的振幅变化率。在“系统菜单”这一章中有关于切迹类型和因子的讨论。 ZEMAX也支持用户定义切迹类型。这可以用于任意表面。表面的切迹不同于入瞳切迹，因为表面不需要放置在入瞳处。对于表面切迹的更多信息，请参看“表
面类型”这一章的“用户定义表面”这节。 后焦距 ZEMAX对后焦距的定义是沿着Z轴的方向从最后一个玻璃面计算到与无限远物体共轭的近轴像面的距离。如果没有玻璃面，后焦距就是从第一面到无限远物体共轭的近轴像面的距离。 基面 基面（又称叫基点）指一些特殊的共轭位置，这些位置对应的物像平面具有特定的放大率。基面包括主面，对应的物像面垂轴放大率为＋1；负主面，垂轴放大率为－1；节平面，对应于角放大率为+1；负节平面，角放大率为－1；焦平面，象空间焦平面放大率为0，物空间焦平面放大率为无穷大。 除焦平面外，所有的基面都对应一对共轭面。比如，像空间主面与物空间主面相共轭，等等。如果透镜系统物空间和像空间介质的折射率相同，那么节面与主面重合。 ZEMAX列出了从象平面到不同象方位置的距离，同时也列出了从第一面到不同物方平面的距离。 主光线 如果没有渐晕，也没有像差，主光线指以一定视场角入射的一束光线中，通过入瞳中央射到象平面的那一条。注意，没有渐晕和像差时，任何穿过入瞳中央的光线也一定会通过光阑和出瞳的中心。 如果使用了渐晕系数，主光线被认为是通过有渐晕入瞳中心的光线，这意味着主光线不一定穿过光阑的中央。 如果有瞳面像差（这是客观存在的），主光线可能会通过近轴入 瞳中心（如果没有使用光线瞄准）或光阑中央（如果使用光线瞄准），但一般说来，不会同时通过二者中心。 如果渐晕系数使入瞳减小，主光线会通过渐晕入瞳中心（如果不使用光线瞄准）或者渐晕光阑中心（如果使用光线瞄准）。 常用的是主光线通过渐晕入瞳的中心，基本光线通过无渐晕的光阑中心。ZEMAX 不使用基本光线。大部分计算都是以主光线或者中心光线作为参考。优先使用中心光线，因为它是基于所有照射到象面的光线聚合效应，而不是基于选择某一条