ZEMAX主要功能介绍
ZEMAX光学设计软件操作说明详解
ZEMAX光学设计软件操作说明详解Zemax是一种光学设计软件，它提供了丰富的功能和工具，用于设计和优化光学系统。
以下是对Zemax光学设计软件的操作说明的详细解释。
工具栏是软件的快速访问工具。
其中包含了一些最常用的工具按钮，例如放大、缩小、旋转和平移视图等。
您可以通过单击这些按钮来快速执行相应的操作。
设置和属性面板是对光学系统进行设置和属性调整的地方。
您可以在设置面板中设置光源的参数，例如光强和颜色。
在属性面板中，您可以对每个光学元件的属性进行调整，例如位置、形状和材料属性等。
三维视图是用于可视化整个光学系统的地方。
您可以在这里查看光线的传播路径、光束的参数和各个光学元件的位置。
通过旋转、缩放和平移操作，您可以查看整个系统的不同视角。
在操作Zemax时，您需要先创建或导入光学设计文件。
然后，按照以下步骤进行操作：2.双击光学元件或在属性面板中进行设置，例如位置、孔径、曲率和折射率等。
3.在设置面板中选择光源类型和参数，并将其添加到光学系统中。
4.在光学系统中添加或删除光学元件，例如透镜、镜面和光学器件等。
5.使用光线追迹工具来模拟光线在光学系统中的传播，并分析光线的参数，例如入射角、焦点位置和光强分布等。
6.使用优化工具来调整光学元件的参数，以优化光学系统的性能，例如最小化像差、最大化光束质量和最优化焦点位置等。
7.最后，可以通过三维视图和结果分析面板来查看和评估整个光学系统的性能和效果。
需要注意的是，Zemax是一种强大的光学设计软件，操作较为复杂。
在使用之前，建议您先阅读官方提供的操作手册和教程，熟悉软件的功能和操作方法。
此外，良好的光学基础知识也是操作Zemax的前提。
以上是对Zemax光学设计软件操作说明的详细解释。
希望能帮助您理解和使用这一软件。
ZEMAX培训课件
编辑项目
编辑项目的方法
用户可以通过zemax的菜单栏或右键菜 单选择编辑项目，也可以通过快捷键 Ctrl+E来编辑项目。
VS
编辑项目的步骤
编辑项目时，用户可以修改项目的各种参 数，如系统名称、波长、视场等，还可以 添加或删除组件、改变组件的位置和属性 等。
光线追迹的高级功能
01
02Βιβλιοθήκη 03光线分束zemax支持对多条光线进 行追迹，并可以设置每条 光线的初始状态和属性， 如能量、偏振态等。
光学材料的分类
光学材料包括透明材料和不透明材料两大类，透明材料如玻璃、水晶等，不透 明材料如金属、陶瓷等。
光学材料的属性
光学材料的属性包括折射率、透射率、反射率、色散等，这些属性对光线的传 播和出射有不同的影响。
导入和导出文件
导入文件
zemax支持导入多种类型的文件，包括.zem文件、.opt文件、.zmx文件等，用户可以通过导入功能将这些文件导 入到zemax中。
导出文件
zemax支持导出多种类型的文件，包括.zem文件、.opt文件、.zmx文件等，用户可以通过导出功能将zemax中 的文件导出到其他应用程序中。
建立新项目
新建项目的方法
用户可以通过zemax的菜单栏或右键菜单选择新建项目，也可以通过快捷键 Ctrl+N来新建项目。
新建项目的步骤
新建项目后，用户需要选择一个模板，设置项目名称、保存路径等参数，然后就 可以开始设计光学系统了。
zemax界面主要包括菜单栏、工 具栏、项目浏览器、工作区等部 分。
工具栏包括常用工具、快捷键等 。
工作区包括设计界面和仿真界面 ，可以方便地进行光学设计和仿 真分析。
02
zemax设计指标
zemax设计指标
Zemax是一种用于光学系统设计和分析的先进软件工具，它提
供了许多设计指标，用于评估和优化光学系统的性能。
以下是一些
常见的Zemax设计指标：
1. 光学质量，这是评估光学系统成像质量的重要指标。
在Zemax中，可以使用MTF（Modulation Transfer Function）来评估
系统的分辨能力、畸变和像散等光学质量指标。
2. 焦距和视场，焦距是光学系统的一个重要参数，它影响成像
的大小和清晰度。
Zemax可以帮助用户优化焦距以满足特定的成像
要求。
视场指标则评估了系统能够覆盖的视场范围。
3. 光学元件特性，Zemax可以评估各种光学元件（如透镜、棱镜、反射镜等）的性能，包括折射率、散射、吸收等特性。
4. 光学系统的传输特性，这些指标包括透过率、反射率、吸收
率等，它们对于评估光学系统的能量传输效率和损耗情况非常重要。
5. 光学系统的色差，色差是光学系统中常见的问题，Zemax可
以帮助分析和优化系统的色差性能，确保成像的色彩保真度。
6. 热学特性，在一些特殊应用中，光学系统的热学特性也是重要的设计指标。
Zemax可以帮助分析系统在不同温度条件下的性能变化。
以上列举的指标只是Zemax软件中涉及的一部分，实际上还有许多其他指标可以用来评估和优化光学系统的设计。
在使用Zemax 进行光学系统设计时，根据具体的应用需求，可以结合这些指标进行全面的分析和优化，以确保光学系统能够达到最佳的性能和成像质量。
ZEMAX主要功能介绍PPT参考课件
ZEMAX的主要功能
公差分析
1.样板匹配 2.公差分析
数据输出
1.系统结构参数及性能输出 2.零件图输出
用户扩展功能
1.ZPL宏语言编程(Zemax Programming Language) 2.C++语言功能扩展(Zemax Extension)
4
ZEMAX操作界面快速扫描
顺序/非顺序模式选择
6
光学设计流程
ZEMAX主要功能
初 始
初始结构输 入与编辑
系统性能分析
优化
样板匹配与 公差分析
结
光学系统图
构
系统性能
球差色差曲线
样板匹配
计
参数输入
场曲畸变曲线 垂轴像差
设置优化操作数
设置公差分析操作数
算 或
波像差 点列图 光学传递函数
设置优化变量 优化
公差分析
选 择
系统结构 参数输入
像面照度分析 其它辅助分析
F#： 3.5
-42.885 1.48 F6
视场：2ω=56度 28.5 4.0
光阑 4.17
160.972 4.38 ZK11
-32.795
9
系统性能参数输入——孔径值
System->General
10
系统性能参数输入——孔径值
名称
说明
入瞳直径
一般L=∞
像方F#
物方NA
由孔径光阑 尺寸决定 近轴F#
f’/D， 一般L=∞
nsinu 一般L< ∞ 大小取决于 Stop的尺寸 1/（2n’tanθ)
物方孔径角 u,一般L< ∞
11
系统性能参数输入——玻璃库
ZEMAX主要功能介绍-课件PPT
全口径球差优化操作数：ZPL03.zpl
l L1
PZ1
ZPL宏语言在优化中的应用举例1 ——ZPL03.ZPL
TYPE: ZPLM MARC#: 3 ZPL03与SPHA的区别：
SPHA表示波相差中球差系数W040的大 小；而ZPL03则表示全口径球差的实际大 小。
主面位置
l
H l
H
(1 C ) n
A (1 B ) n
A
ZPL07.ZLP ——主面位置计算操作数
优化对话框中的ZPL07.ZPL
ZEMAX EXTENSION编程 ——基于C++语言的ZEMAX编程
ZEMAX具有强大的光学数据处理能力 C++语言则是功能强大灵活的高级程序语
光学系统的性能分析与优化
1.像质分析/照明特性分析 2.优化功能
Optimization Global Search Hammer optimization
ZEMAX的主要功能
公差分析
1.样板匹配 2.公差分析
数据输出
1.系统结构参数及性能输出 2.零件图输出
用户扩展功能
1.ZPL宏语言编程(Zemax Programming Language) 2.C++语言功能扩展(Zemax Extension)
添加结果
ZEMAX编程
应用ZEMAX这一光学平台，结合用户自 己的需要，添加自己特定的功能。
ZEMAX编程包含ZEMAX Programming Language (ZPL宏语言编程）和 ZEMAX Extension （ZEMAX C++语言扩展编程） 两种
ZEMAX软件基础介绍
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(第一次课内容) 光学设计课堂软件界面使用
2. 检查透镜的系统参数
3. 检查透镜的像差
从 透镜结构图、系统参数及像差曲线，可以发现该 透镜没有符合设计要求，像差很大。怎么让它合格 呢？
优化！！
步骤七、优化 1.设置变量：利用Zemax为我们计算一个满意的结果，就必 须为 它提供可以变化的参数。例如：半径、材料、厚度 等等。在此，我们设置1、2面的半径和像距为变量。右键 单击某个参数，可以定义它为variable.
• B）计算公差对系统的影响
四、设计实例
• 实例一：单透镜 设计参数要求：F＝4，f’=100mm，在可见光谱下，材料： BK7 步骤一：进入Zemax主窗口，打开LDE
步骤二：设置波长。在system菜单下选择Wavelength，输 入需要的波长。在本例中输入 F，d，C，再选择一个主波 长。
注意：这种计算方法的精度和速 度都比Gaussian quadrature 差。一般不使用。
4×4
现在看一下Default Merit Function的设置结果
DMF的作用是将RMS wavefront error 减至最低 。但是，这些设置还不够，至少还要 设置焦距参数。EFFL＝100
3 开始优化
1. Gaussian quadrature (GQ) 根据镜头输入数据，例如波长、 视场的权重及渐晕系数等，为光 瞳上的各光线设置合理的优化权 重，计算结果精确。需要设置2个 参数。 Rings：设置某个波长的每个 视场追迹的光线环数 Arms：设置每个追迹环上的 光线数
物
透镜
对0视场，由于圆对称，追迹的总光 线为Ring的数量；对其它视场，由于 左右对称，每个环上追迹的光线为 Arms的一半。
• 1.编辑镜头数据
• 2. 设置工作波长、系统F数
光学设计软件介绍
光学设计ZEMAX是美国焦点软件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。
版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），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。
ZEMAX的主要特色：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；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；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。
CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。
除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。
是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。
CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA®）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。
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f’/D， 一般L=∞
nsinu 一般L< ∞ 大小取决于 Stop的尺寸 1/（2n’tanθ)
物方孔径角 u,一般L< ∞
系统性能参数输入——玻璃库
初始结构输入
初始结构性能
焦距缩放：74.989 Tools—>Scale lens
缩放后的系统
缩放后的系统
优化——设置优化操作数
Editors->Merit Function
优化结果
样板匹配
根据加工方提供的样板数据将设计的半 径数值用一系列样板半径值代替，以利 于降低生产成本
Tools Test Plate Fitting
Test Plate Fitting 运行结果
公差分析
Editors ——〉Tolerance Data Tools——〉Default Tolerances
F#： 3.5
-42.885 1.48 F6
视场：2ω=56度 28.5 4.0
光阑 4.17
160.972 4.38 ZK11
-32.795
系统性能参数输入——孔径值
System->General
系统性能参数输入——孔径值
名称
说明
入瞳直径
一般L=∞
像方F#
物方NA
由孔径光阑 尺寸决定 近轴F#
1.成像光学 2.照明光学 3.其它(如:物理光学元件,光耦合元件) 构件方式包括Sequential模式和Non-sequential模式
光学系统的性能分析与优化
1.像质分析/照明特性分析 2.优化功能
Optimization Global Search Hammer optimization
ZEMAX的主要功能
设置优化操作数 Default Merit Function 编辑框
优化函数
参考
在默认的优化操作数基础上添加用户操作数
用 户 优 化 操 作 数
设置优化变量——曲率半径
Variable：变量 Pick up：拾取
12 34
R3—中心厚度
设置优化变量——中心厚度
入 类
系统性能参数输入框(system)
综合数据输入 General
视场数据输入 Field
波长数据输入 Wave length
ZEMAX操作界面快速扫描
分析类功能（Analysis) 工具类功能（Tools) 输出类（Report) 编程功能
ZPL宏语言(Marcos) C语言扩展(Extension)
Non-Sequential设计示例 ——方棒透镜的均匀照明
光学设计软件
10月16日
ZEMAX 介绍
中国兵工学会 讯技科技股份有限公司 北京理工大学光电工程系
主要内容
ZEMAX光学软件介绍
光学设计流程 光学系统的建模
1.一般系统 2.多重结构 3.含非顺序元件的光学系统
玻璃库的构建 公差分析 ZEMAX编程
ZEMAX的主要功能
光学系统模型的构建与仿真
or mixed sequential/non-sequential mode
编辑框(editors)
数
光学系统结构编辑框 Lens data editor
据
优化函数编辑框 Merit Function editor
输
多重结构编辑框 Multi-configuration editor 公差数据编辑框 Tolerance data editor 附加数据编辑框 Extra data editor
Radial Height=0 表示半直径处
优化 ToolsOptimization
球差色差：Analysis->Misscellaneous->Longtitude aberration 场曲畸变： Analysis->Misscellaneous->Field Curv/Dist 垂轴色差： Analysis->Misscellaneous->Lateral Color 垂轴像差： Analysis->Fans->Ray aberration
Monta Carol仿真结果
反向灵敏度分析
设计示例：多重结构 ——干涉系统仿真
多重结构多用于对含有运动元件的系统 或多光路系统进行仿真分析（如：变焦 系统，扫描系统，分光系统以及干涉仪 等）
Editor——〉Multi-Configuration
多重结构操作数：Editor——〉MultiConfiguration——〉 Help 菜单
Tools——〉Toleracing
Sensitivity:正向分析 Inverse Limite: 反向分析（极限偏差） Inverse Increment: 反向分析（增量）
默认公差设置结果
Sensitivity 分析结果
当前值
当前值与名义值的差值
Sensitivity 分析结果
影响最大10个因素
干涉系统仿真设计 导入透镜系统
系统翻转：Tools——〉Reverse Element
添加45度倾斜平面镜 ——Tools——〉Add Fold Mirror
添加并完成第一光路
添加第二光路——多重结构 Editor——〉Multi-Configuration
添加第二重结构和操作数
公差分析
1.样板匹配 2.公差分析
数据输出
1.系统结构参数及性能输出 2.零件图输出
用户扩展功能
1.ZPL宏语言编程(Zemax Programming Language) 2.C++语言功能扩展(Zemax Extension)
ZEMAX操作界面快速扫描
顺序/非顺序模式选择
File—Sequential
光学设计建模——一般光学系统设计
1.系统要求
焦距：f’=9mm • 系统参数：
F#： 4 视场：2ω=40度 • 要求所有视场在67.5lp/mm处
MTF〉0.3
选择初始结构
《光学设计手册》（李士贤，郑乐年编） 1990版
P311:
28.25 3.7
ZK5
焦距：f’=74.98mm -781.44 6.62
光学设计流程
ZEMAX主要功能
初 始
初始结构输 入与编辑
系统性能分析
优化
样板匹配与 公差分析
结
光学系统图
构
系统性能
球差色差曲线
样板匹配
计
参数输入
场曲畸变曲线 垂轴像差
设置优化操作数
设置公差分析操作数
算 或
波像差 点列图 光学传递函数
设置优化变量 优化
公差分析
选 择
系统结构 参数输入
像面照度分析 其它辅助分析