光学设计贴6《ZEMAX宏解析》
光学设计指引贴6《ZEMAX中棱镜建模与优化》
观察图3，系统聚焦不好，但不在 此贴讨论范围，略。
图4
三 小结
断点平移量（平移量＝断点面中 心点对断点的X、Y坐标值）在棱镜入 射，出射面的矩形口径上设置，旋转 量在棱镜入射出射面的断点上设置， 这样便于调整系统。 其它小结同上面说的。
******* 例2－合色棱镜设计 *******
图11
它对DMD法线的三个方向余弦计 算如下。
设射向DMD的0W0H的光线为1个 单位矢量，则由余弦定义有： ARGC（与Z轴夹角余弦）=COS27°＝ 0.891028, RAGA（与X轴夹角余弦）=1*COS(9027°)*COS45°/1=0.320998， RAGB（与Y轴夹角余弦）=1*COS(9027°)*COS45°/1=0.320998，
至于为保反衬度的3°是否合适， 还要看系统光照场均匀性，对于照明 系统均匀性*投影系统均匀性>70%的， 可给27°，否则给26°。
操作集中还有许多别的约束，是 不难理解的。
以上 GGX1945813
2012年8月22日
本贴主要是以微投照明系统的棱镜为 例，小结棱镜最常用的建模方法，优化 方法，其它类型的光学系统棱镜建模与 优化可仿此进行。
棱镜建模有多种方法，但只有断点建 模的棱镜才能进行优化，因此它也是应 用最广的建模方法，为了简单扼要，
重点突出，本贴只介绍棱镜断点建模 的方法。
***** 例1－作图法确定棱镜 *****
例1介绍了用断点平移的方法，调 整棱镜尺寸达到要求的方法，本例介绍 镜面旋转调楔镜达到合色的方法（手机 微投影照明系统用）。
在“手机微投影照明系统“中，合 色系统采用DM楔形合色镜，该镜主要 应用了楔镜的两面的反射，透射性能实 现了RGB三基色光轴的重合。由于采 用了此项技术，使照明系统具有了最小 尺寸。
ZEMAX光学设计软件操作说明详解_光学设计
ZEMAX光学设计软件操作说明详解_光学设计.txt9母爱是一滴甘露，亲吻干涸的泥土，它用细雨的温情，用钻石的坚毅，期待着闪着碎光的泥土的肥沃；母爱不是人生中的一个凝固点，而是一条流动的河，这条河造就了我们生命中美丽的情感之景。
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初学者教程(光学设计)习作六反射镜面和坐标断点
学习光学设计，练习使用Zemax！Zemax 不会教你怎么做光学设计，就像CAD 不会教你怎么设计汽车一样。
——道冲/charlietian- 1 –好的设计取决于你的知识和经验，而不是Zemax 这样的工具，好的镜头出自你的头脑。
你将学到：了解coordinate breaks, sign conventions 调整倾斜度，或改变系统中心的作用和如何装置fold mirrors 等。
本习作的大部分技巧在”Add Fold Mirror”工具中可自动执行，然而了解实际的操作内容和细节，才是本习作的目的。
在习作3 时或许你已学会绾紊杓婆６偻毒担渲幸丫?coordinate breaks 的操作，以及光在经过mirror 反射后thickness 虚设定为负值，和coordinate breaks 需伴随着一对使用，而把需要的fold mirror 如三明治般地夹在其中。
本习作将教你如何在一个简单的converging beam 中manually 加入foldmirrors，而不使用Tools 中的“Add Fold Mirror”功能。
叫出LDE，把STO 的surface type 改为paraxial。
学习光学设计，练习使用Zemax！Zemax 不会教你怎么做光学设计，就像CAD 不会教你怎么设计汽车一样。
——道冲/charlietian- 2 –好的设计取决于你的知识和经验，而不是Zemax 这样的工具，好的镜头出自你的头脑。
thickness 定为100，这是对paraxial lens 的default focal length 值；然后从System, General，中把aperture 设为20，即产生一个F/5 的lens。
完毕后看看3D layout，一个简单的paraxial lens 所构成的convergingbeam 光学系统已完成。
学习光学设计，练习使用Zemax！Zemax 不会教你怎么做光学设计，就像CAD 不会教你怎么设计汽车一样。
ZEMAX光学设计第06讲双胶合消色差透镜设计
image points O'tan O' sag
y chief ray
O' ciቤተ መጻሕፍቲ ባይዱcle
最清楚面2焦点中间
x
sagittal differential
ray
optical axis
• 斜向入射时的像差
– 会有两个焦点（一横一竖，子午面） –子午平面(Tangential) : 中心光线 + 光轴 – 横切面 (Sagittal): 中心光线 + 垂直子午面
• 例如激光聚焦
2.双胶合消色差透镜设计
像散 直观概念
在没有其它像差的情况下，各 方向入射光束焦点与透镜的距 离应该一样
–斜向入射的光聚焦点离透镜表 面的垂直距离较短
源于光学系统的不对称！
散光眼睛看到的影像
如何消除像散 • 改变透镜的形状
子午面焦点重合
彗差 vs.像散
同样都是斜向入射的像差 • 彗星像差在入射光直径很粗的时候明显
• 例如阳光 • 散光像差在入射光直径很细的时候明显
像散
• 波前像差：对称 xz 平面，离轴越远越严重 • y相关性代表也是在y轴上斜向入射造成的像差
• 像差距离：会在焦点形成一个线段散开
横切面后聚集
像散
子午平面
tangential differential
ray
子午平面先聚焦
al section are different
d in different
ZEMAX光学设计 (第6讲)
Optical Design & ZEMAX
双胶合消色差透镜设计
1.像散
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
2024版光学设计软件Zemax中文教程
在Zemax中引入偏振器件，如偏振片、波片 等，进行光学系统的偏振设计。
通过仿真分析，评估偏振设计对光学系统性 能的改善程度。
自定义操作数编写技巧
了解自定义操作数基本概念
自定义操作数是指用户根据实际需求，在 Zemax中自定义的光学性能评价指标。
调试自定义操作数
在编写过程中，需要对自定义操作数进行调试和 验证，确保其正确性和可靠性。
它具有强大的光学仿真功能，可以模拟各种光学现象，如光的传播、反射、折射、 散射等。
Zemax还提供了丰富的光学元件库和优化的算法，使得用户可以更加高效地进行光 学设计。
软件安装步骤及注意事项 01
下载Zemax安装程序，并双击运行。
02
按照提示完成软件的安装过程，注 意选择正确的安装路径和组件。
安装完成后，需要激活软件，输入 正确的许可证密钥。
02 智能化、自动化将成为光学设计的重要发 展方向。
03
新材料、新工艺的不断涌现将为光学设计 提供更多可能性。
04
光学设计将与机械、电子、计算机等多学 科进一步交叉融合。
下一讲预告及预备工作
下一讲将介绍光学系统 的公差分析与优化方法。
01
02
建议学员多阅读相关文 献和资料，加深对光学 设计理论的理解。
属性栏显示了当前选中对 象的各种属性，用户可以 在这里进行修改和调整。
设计区域是用户进行光学 设计的主要场所，可以在 这里绘制和编辑光学系统。
初学者常见问题解答
问题1
01
如何启动Zemax软件？
解答
02
双击桌面上的Zemax图标或者在开始菜单中找到Zemax程序并
单击启动。
问题2
03
如何新建一个光学设计项目？
光学设计指引贴6《ZEMAX中的宏解析》2
光学设计指引贴6《ZEMAX中的宏汇编》ZEMAX程序使用灵活，各种接口易于掌握，极大的扩展了功能，灵活的解决了用户的特别要求。
其中ZPL宏编程，是应用最广，扩展功能最齐全的，用活了它，可以解决操作数无法实现的控制，本贴是通过解析ZEMAX 2005自带的各宏程序，凸显编程思路，层次控制，并例举了几种有用的宏程序，加深体会ZPL 宏语言编程的特点，控制的灵活性，抛砖引玉，扩展光学设计的视野。
一综述1 宏指令索引为了便于查看宏程序，本贴给出了宏命令索引文件“ZEMAX 程序设计语言（ZPL）.txt”，便于快速对宏程序进行简单翻译。
2 宏编程要点⏹ZPL 类似与BASIC 程序设计语言，可用任何文本编辑器创建ZPL程序。
⏹宏指令的优化在评价函数中使用操作数ZPLM 来调用ZPL 宏指令，然后使用ZPL关键字OPTRETURN 得到其结果。
数据域编号在0-50号（optreturn 0 =…optreturn 50 =），其中只有optreturn 0 =可以由外部控制宏程序中的视场(PVHX，PVHY)，口径光线（PVPX，PVPY）。
宏指令编号应在0－99号（ZPL00.ZPL～ZPL99.ZPL）。
且存放在…\ZEMAX\Macros中。
⏹宏指令的调试要观察宏指令运行情况，需通过宏菜单来运行宏指令程序，才能观察到中间步骤的输出，同时可修改存盘，进行程序调试。
通过宏菜单运行的宏程序，只要文件名为*.zlp即可。
⏹参考资料见“ZEMAX光学设计软件操作说明详解.pdf”第二十四章。
二 ZEMAX文件夹中的宏编程样例解析下面是ZEMAX2005中Macros文件夹中宏程序索引：1 demo1.zpl（轴上点10口径色差计算输出程序）样例：DEMO1.ZPL2 demo2.zpl（输入相对口径变化步长，计算输出相应DLFC）样例：DEMO2.ZPL3 Zoomgmtf.zpl（变焦系统几何传函计算）样例：Zoomgmtf.zpl下面是该程序的操作：上程序运行时的ZEMAX文件见：样例.ZMX4 ZPL（变焦系统各镜有效口径及边厚计算）说明：在变焦系统中运行此程序，会输出各面口径及相临间隔边缘厚度，后者是很需要的。
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。
光学设计指引贴6《ZEMAX中的宏解析》
光学设计指引贴6《ZEMAX中的宏解析》ZEMAX是一款强大的光学设计软件，它提供了多种功能和工具来帮助工程师进行光学系统的设计和分析。
在ZEMAX中，宏解析是一个强大的功能，它允许用户自定义一系列的计算和操作，以实现更高级的分析和优化。
本文将介绍ZEMAX中的宏解析功能，并给出一些使用宏解析的实例。
首先，我们来了解一下什么是宏解析。
宏解析是一种通过自定义脚本来扩展和自动化ZEMAX功能的方法。
通过宏解析，用户可以编写一系列的指令和运算，以实现特定的计算和操作。
宏解析脚本可以用于多种用途，包括数据处理、光学元件设计、光路传输等。
以下是一个简单的宏脚本示例：!MACRO!DefocusLP2SF5EN2在这个宏脚本中，首先使用“!MACRO”指令来定义一个宏脚本。
然后使用“!Defocus”指令来给宏脚本取一个名称。
接下来的几行是实际的指令和运算。
这个宏脚本的目的是将光线损益系数从2%增加到5%，然后输出2次结果。
除了使用自带的函数和命令，用户还可以自定义函数和子程序来实现更复杂的操作。
通过使用函数和子程序，用户可以将一组指令和运算封装成一个模块，方便重复使用。
这样可以提高效率和灵活性。
另外，ZEMAX还提供了批量处理功能，允许用户同时运行多个宏脚本。
用户可以将需要批量处理的宏脚本写入一个主脚本，然后通过运行主脚本来依次执行各个宏脚本。
这样可以简化复杂的工作流程，提高批量处理的效率。
总结一下，在ZEMAX中的宏解析功能是一个强大而灵活的工具，可以帮助用户进行更高级的分析和优化。
通过宏解析，用户可以自定义指令和运算，扩展和自动化ZEMAX的功能。
用户可以使用自带的函数和命令，也可以自定义函数和子程序。
此外，ZEMAX还提供了批量处理功能，方便用户同时运行多个宏脚本。
通过合理利用宏解析功能，用户可以提高工作效率，简化工作流程。
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这个程序较简单，说明略。
11 GRAFTEST.ZPL（在视窗出 图）
见“GRAFTEST.ZPL”程序中的中 文说明，其中出图部分如下：
12 SYSTEM.ZPL（系统数据输 出）
见“SYSTEM.ZPL”，原理见其中的 中文说明。
13 ZERNIKE.ZPL（系统数据输 出）
ZEMAX的Macros文件夹中，再运行 上文件才能观察到正确的结果。
下面是操作集对几何象差宏扩 展程序的调用图示
3 很有用的凸轮计算程序
（1）基本程序
见“二组元变焦曲线计算.zpl”，
这是石恩涛网友编的非常有用的凸轮
程序
（2）功能扩展与说明
在培训课中将详细解析该程序
各语句的功能，应用，功能扩展编程，
1 demo1.zpl（轴上点10口径色 差计算输出程序）
样例：DEMO1.ZPL
2 demo2.zpl（输入相对口径变 化步长，计算输出相应DLFC）
样例：DEMO2.ZPL
3 Zoomgmtf.zpl（变焦系统几 何传函计算）
样例：Zoomgmtf.zpl 下面是该程序的操作：
上程序运行时的ZEMAX文件见：创 建等效入瞳.ZMX
见“Zernike.zpl”，输出所有系统数 据。 参考：VEC1中存放系统数据详见 2010年2月1日版的“ZEMAX中文使 用手册”656页。
二 ZEMAX宏编程与自带有用的 宏程序 1 计算象差的宏
（1）基本程序 见“ZPL04(几何象差).ZPL”，
这个程序以简洁方式计算了各种几 何象差，并输出到ZEMAX自带的文 本窗口（可以用ASC II码
以上 GGX1945813 2012.
一 综述 1 宏指令索引
为了便于查看宏程序，本贴给 出了宏命令索引文件“ZEMAX 程 序设计语言（ZPL）.txt”，便于
快速对宏程序进行简单翻译。
2 宏编程要点
ZPL 类似与BASIC 程序设计语言， 可用任何文本编辑器创建ZPL程序。 宏指令的优化
在评价函数中使用操作数ZPLM 来调用ZPL 宏指令，然后使用ZPL 关键字OPTRETURN 得到其结果。 数据域编号在0-50号（optreturn 0 =…optreturn 50 =），其中只有 optreturn 0 =可以由外部控制宏程序 中的视场(PVHX，PVHY)，口径光 线（PVPX，PVPY）。 宏指令编号应在0－99号 （ZPL00.ZPL～ZPL99.ZPL）。且存 放在…\ZEMAX\Macros中。 宏指令的调试
6 Element Data Listing.zpl（系 统各镜近轴数据计算）
在出图时需要这些数据。
7 EXAM1.ZPL（输出各视场坐 标点）
在“样例.ZMX”中运行 “EXAM1.ZPL”得(给出7个视场时)：
在“样例.ZMX”中运行 “EXAM2.ZPL”得(给出7个视场时)：
8 EXAM2.ZPL（输出各波长下 象面弥散RMS值）
9 Example for creating and reading text files.ZPL（临时文 件操作）
见“Example for creating and reading text files.ZPL”中的中文说明，该程 序是将临时文件输出(内中主要是物 方、象方焦截距，和计算波长)。
应用。
4 输入光线读取输出程序
这是我为了便于将ZEMAX文件
向CODE V文件转换时，控制输入光
线在两种软件环境下完全一致，间接
控制视场渐晕的宏程序，该程序将在
在培训班中详细介绍其编程原理及应
用。
5 关于ZEMAX中提供的宏程序
ZEMAX中提供的宏程序中
“
”
“
”
有实用价，其它宏程序注意其 编程原理，尤其是循环转移编程 部分。
4 ZPL（变焦系统各镜有效口径 及边厚计算）
说明：在变焦系统中运行此程序，会 输出各面口径及相临间隔边缘厚度， 后者是很需要的。例如在创建等效入 瞳.ZMX中观察。
5 EDGESAG.ZPL（计算输出当 前结构各面口径下的矢高）
程序见“EDGESAG.ZPL”
在“样例.ZMX”中运行“Element Data Listing.zpl”得：
光学设计指引贴6
《ZEMAX中的宏解析》
ZEMAX程序使用灵活，各种 接口易于掌握，极大的扩展了功能， 灵活的解决了用户的特别要求。其 中ZPL宏编程，是应用最广，扩展 功能最齐全的，用活了它，可以解 决操作数无法实现的控制，本贴是 通过解析ZEMAX 2005自带的各宏程 序，凸显编程思路，层次控制，并 例举了几种有用的宏程序，加深体 会ZPL宏语言编程的特点，控制的 灵活性，抛砖引玉，扩展光学设计 的视野。
方式存成文本文件）。 （2）功能扩展
“ZPL04(几何象差).ZPL”的功 能扩展程序见“ZPL88.ZPL”，这 个功能扩展的程序，用到了操作集 与ZPL宏间的调用与控制，说明如 下：
这是宏优化对输出进行控制的根本 语句，为了使OPTRETURN 1 =， OPTRETURN 2 =，…各句均起作 用，OPTRETURN 0 = 的这行必须 为第一行。 说明：应用时，先将该系统句集牵 涉的宏程序“ZPL88.ZPL”考到
要观察宏指令运行情况，需通 过宏菜单来运行宏指令程序，才能
观察到中间步骤的输出，同时可修改 存盘，进行程序调试。 通过宏菜单运行的宏程序，只要文件 名为*.zlp即可。 参考资料 见“ZEMAX光学设计软件操作说明 详解.pdf” 第二十四章。
二 ZEMAX文件夹中的宏编程样 例解析
下面是ZEMAX2005中Macros文件 夹中宏程序索引：