zemax设计-双胶合设计
光学设计软件zemax中文教程
注：此版本ZEMAX中文说明由光学在线网友elf提供！目录第1章引第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)§§§§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)§10.3 系统数据 (125)§10.4 规格数据 (125)§10.5 Report Graphics 4/6 (126)第十一章宏指令菜单 (127)§11.1 编辑运行ZPL宏指令 (127)§11.2 更新宏指令列表 (127)§11.3 宏指令名 (127)第十二章扩展命令菜单 (128)§12.1 扩展命令 (128)§12.2 更新扩展命令列表 (128)§12.3 扩展命令名 (128)第十三章表面类型 (130)§13.1 简介 (130)§13.2 参数数据 (130)§13.3 特别数据 (131)§13.4 表面类型概要 (131)§13.4.1 用户自定义表面 (131)§13.4.2 内含表面 (132)§13.5 标准面 (136)§13.6 偶次非球面 (136)§13.7 奇次非球面 (137)§13.8 近轴表面 (138)§13.9 近轴X-Y表面 (138)§13.10 环形表面 (139)§13.11 双圆锥表面 (139)§13.12 环形光栅面 (140)§13.13 立方样条表面 (141)§13.14 Ⅰ型全息表面 (142)§13.15 Ⅱ型全息表面 (143)§13.16 坐标断点表面 (143)§13.17 多项式表面 (145)§13.18 菲涅耳表面 (145)§13.19 ABCD矩阵 (146)§13.20 另类面 (146)§13.21 衍射光栅表面 (147)§13.22 共轭面 (148)§13.23 倾斜表面 (149)§13.24 不规则表面 (149)§13.25 梯度折射率1表面 (150)§13.26 梯度折射率2表面 (152)§13.27 梯度折射率3表面 (152)§13.28 梯度折射率4表面 (153)§13.29 梯度折射率5表面 (154)§13.30 梯度折射率6表面 (155)§13.31 梯度折射率7表面 (156)§13.32 梯度折射率表面Gradium TM (157)§13.33 梯度折射率9表面 (160)§13.34 梯度折射率10表面 (161)§13.35泽尼克边缘矢高表面 (162)第十五章非序列元件 (162)第十七章优化 (228)第十八章全局优化 (290)第十九章公差规定 (298)第二十章多重结构 (338)第二十一章玻璃目录的使用 (345)第二十二章热分析 (363)第二十三章偏振分析 (373)第二十四章ZEMAX程序设计语言 (390)第二十五章ZEMAX扩展 (478)第五章文件菜单新建（New）目的：清除当前的镜头数据。
zemax实验
第三章 ZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror）
注意，在倾斜和非倾斜过程中，反射镜和透镜的半径不同，随着结构的变化 而变化。 解决办法、；最大值解决办法可以设置半径为所有结构中的最大值。 方法，点击菜单“tool/Apertures/Convert Semi-Diameters to Maximum Apertures”进行设置。
第三章 ZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror）
要求：设计一个扫面系统，扫描一个直径为50mm的氦氖激光光束，扫描角度10°，后面 有一个F/3的聚焦透镜系统。 分析：需要设计一个F/3的双胶合透镜，EPD为50mm，留5mm的边缘冗余量，波长为氦氖 激光的红色波长，使用N-BK7和F2玻璃材料。 菜单system/general…..设置EPD为50mm，5mm的边缘冗余量，菜单system/wavelengths…. 波长为氦氖激光的红色波长0.6328，一个FIELD.如图建立各面,如图设置各面的Thickness 、Glass。双击面5的radius，设置F number为3，其Radius自动变为-92.483261.
第三章 ZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror）
优化： 当前的透镜是为了优化在轴上的情况。 接下来，优化透镜在±5°视野内，优化之 前，需重建评价函数以适应新的结构。 重新运行默认的评价函数工具。 运行菜单“Editor/Merit Function”,在 Merit function Editor窗口中，运行 “tools/default merit functions……”,在 打开的窗口中进行如下设置。
哈工大 光机系统设计 双胶合透镜 实验报告
哈工大光机系统设计双胶合透镜实验报告哈工大光机系统设计双胶合透镜实验报告哈尔滨工业大学实验报告Harbin Institute of Technology 实验报告课程名称：光机系统设计实验名称：双胶合消色差物镜设计院系：电气及自动化与控制系班级：姓名：学号：哈尔滨工业大学1，实验目的设计一个双胶合消色差透镜，并绘制图形，熟悉应用光学、机械学等相关知识，掌握光机系统设计的流程。
2. 结构特性分析双胶合消色差物镜光学性能要求: 1) f / 6，焦距540mm；2) 视场角1.5°；3) 镜片材料选择BAK1 和BK7；4) 20 线对/mm 处MTF>0.4；5) 工作波长：可见光 3. 初始结构设计当物体处于无穷远时，P∞=W∞=0（孔径角消失），设计消色差系数C=0。
透镜的光焦度分配公式：通过应用光学相关知识，算的双胶合透镜的曲率半径依次为：R1 =345.231 R2 =-240.89 R3 =-1003.25 两个透镜的初始厚度设计各为7mm，透镜组到成像面的距离设计为近轴光线，由ZEMAX 计算出相应厚度调整值。
图1 双胶合透镜出结构设计图2 所示，视场90mm；如图3 所示，视场角设定为1.5°，图4 所示，入射光线为可见光；如所示为初始透镜结构图。
图2 设定视场图3 设置光场图4 设定入射光4. 系统优化设计焦距值为540mm,设定默认优化函数EFFL target 为540，权重为1，选择透镜的三个曲率半径以及相应的厚度作为优化参数，优化结果如图5所示。
图5 优化结果参数5. 像质分析由图6所示，优化后最大的波像差大约为4个波长，尚未达到衍射极限，应为焦平面上的彗差影响所致；同时可见这个透镜相对与可见光的低阶色差比较小，满足设计要求。
图8优化后光线追迹曲线如图6所示，优化后存在彗差，由图中度数可得艾里斑半径为8.595μm，而像差RMS半径为18.570μm，可见此优化结果基本达到设计要求，可以使用。
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？
2-4zemax入门指导说明
Zemax2005盗版软件的安装A、在打开文件压缩包之前，关闭杀毒软件；B、打开文件压缩包，ZEMAX05.exe是主文件，安装。
C、zemax 2005.exe和ZEMAX_CN.exe剪切到ZEMAX安装目录下，用ZEMAX_CN.exe启动就是汉化版。
D、（注意：若文件中不能出现zemax 2005.exe和ZEMAX_CN.exe两个文件，可能是因为杀毒软件把这两个文件当成了病毒文件，解决方法是把杀毒软件卸载后再解压，安装即可。
）E、将CDGM2010.6.AGF文件复制到Glasscat文件夹中，即可使用。
Zemax上机操作指导设计任务：设计一F数为4，焦距100mm的望远物镜。
1、初步操作：a、打开Zemax软件，下拉文件菜单，将下面2项打对勾。
b、设置入瞳直径：下拉系统→通用配置→光圈数值→填写25→确定c、设置波长：下拉系统→通用配置→光波长→选择→F、D、C（Visible）→确定d、在LDE中输入透镜参数：将光标放置在IMA中→下拉镜头数据编辑中的编辑→点插入曲面，在IMA前面插入一行。
e、输入透镜参数，如下表：d、玻璃库调用：工具→目录→玻璃目录→CDGM2010.6.AGF→重新加载目录→退出e、快速聚焦：工具→杂项→快速聚焦。
f、观察2D图：分析→草图→2D图g、观察光线扇形图：分析→特性曲线→光线像差h、观察光程扇形图：分析→特性曲线→光路像差i、观察点列图：分析→点列图→标准点列图j、观察像差图：分析→杂项分析→（要观察的像差图）k、观察剩余像差大小：分析→像差失真系数分析→赛德尔系数分析→SPHA(球差)、COMA(慧差)、ASTI(象散)、FCUR(场曲)、DIST(畸变)、CLA(轴色)、CTR(垂色)。
2、初步优化：在厚度为100的地方，右键打开，在求解类型中选择Marginal Ray Height（边缘光线高度），会发现100变味了96.08，更新像差曲线，发现像质有所提高。
光学设计实例(完整版)--zhengliban
p: 优化函数结果，v: 变量；
为了使残余结果的平方和最小(最小二乘法)，对每 个变量联立方程求解；
重复上述过程直至实现最优化。
光学设计人员的任务
1. 获得并考虑技术要求（需求分析）
2. 选择具有代表性的切入点
前期设计、专利、建立联系、原始推导
3. 建立变量和约束
变量包括：曲率半径-r、厚度-d、空气隙-d、玻璃特性-n、 约束可能是相关结构，如长度、半径等，或者是光线角度、F数等具体的参量
约束可能是相关结构如长度半径等或者是光线角度f数等具体的参量使用程序对结果进行优化评价设计结果重复步骤3和4直至满足设计要求如果结果不满足条件通过添加或分离元件变化玻璃种类等来修改设计然后返回步骤4另一种方法是返回步骤2选择的初始结构可能不合理达不到预期要求进行公差分析估计结果误差透镜加工机械结构与装校要求光学设计软件zemax简介优化实例1单透镜2双胶合透镜3非球面单透镜4激光扩束镜5显微镜物镜6双高斯照相物镜公差计算目的1如果初始结构选不好则再简单的系统也难得到好的结果
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。
关于Merit Function，最简单的做法是用程序内的Default Merit Function，通过 下列方法，即可调用适当的Default Merit Function：
所以这里没有计算能量集中度 Enc 及Huygens Point Spread function, 为 能容易完成这类计算，波像差（OPD，不是RMS）宜小于一个波长，否则必须加 大Sampling 点数，增长时间。
【ZEMAX光学设计软件操作说明详解】2 下
运算操作数（SUMM，OSUM，DIFF，PROD，DIVI，SQRT）连同参数操作数（CVGT，CVLT，CTGT，CTLT通而又复杂的优化操作数，如在“复合操作数的定义”一节中论述的一样，这些将在本章后面部分可以见到。
因为参数之间差别是空间的，如有效焦距（几十个毫米或者更多）和RMS 斑点尺寸（微米），所以对于一些以镜头长度单位测量的量加上一个为1 的权重通常是足够的。
然而，带有这个权重的有效焦距的残留值不可能为零。
提高权重可以使得到的系统的焦距更接近于要求的有效焦距。
在定义ETGT（边缘厚度大于）操作数时，这种影响是显而易见的。
通常，一个目标值为零的ETGT 将产生一个刚好略小于零的值。
与提高权重相比，规定一个值为.1 或者一些类似数字的目标值更加简单有效。
在改变操作数列表之后，可以通过选择工具，更新来更新每个操作数的当前值。
这对于通过核对来了解每个操作数的值是多少，哪个操作数对评价函数有最大的贡献，是十分有用的。
贡献值的百分数定义如下：这里下标j 表明所有操作数的总和。
这个评价函数将被自动和镜头文件一起被保存。
边界操作数的理解边界操作数，如MNCT、CTGT、DIMX 和其他一些，运行起来与特殊目标值的操作数，如TRAR 和TEAY，稍微有些不一样。
当你给一个参数规定一个边界时，你将指定一个目标值作为边界的定义。
例如，要保持表面5 的最小中心厚度为10mm，你可以使用一个普通的命令，如CTGT 5 10（这里5 在Int1 栏中，10 在目标值栏中）。
如果你更新评价函数，然后观察那个操作数的“数值”栏，这个数值会有两种可能情况：1) 如果违反了边界条件，那是指中心厚度小于10，那么这个厚度的实际值将被显示；2) 如果没违反边界条件，那是指中心厚度大于10，那么数值10 将被显示。
这个规则十分简单：如果违反了边界条件，则显示实际值；如果没违反边界条件，其数值将被设成目标值，因此被优化法则略过。
基于ZAMX仿真的显微物镜设计方法
第24期2019年8月No.24August ，2019基于ZAMX 仿真的显微物镜设计方法江苏科技信息Jiangsu Science &Technology Information张云哲，张旭，钟晓康，韩飞宇（西安文理学院，陕西西安710065）基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目；项目名称：基于光场调控的光子带隙多波混频理论与实验研究；项目编号：18JK1154。
西安市科技计划项目；项目名称：基于铷原子参量放大涡旋光全光开关的研究；项目编号：2017CGWL07。
作者简介：张云哲（1982—），男，陕西西安人，讲师，博士；研究方向：光电子方向。
摘要：文章应用ZEMAX 光学软件，设计符合目标要求的显微镜物镜光学系统。
首要计算光学系统的初始结构参数，在此基础上进行数据微调；其次在该初始结构参数之下，进行像质分析，比如光线扇形图（Ray Fan ）、点列图（Spot Diagram ）、光学传递函数（MTF ），分析出来的图形好坏决定了是否要继续对光路系统进行优化；再次就是光路仿真图的优化过程，在反复的优化过程中，判断该光路系统是否满足设计要求，能够消除球差、轴向色差以及正弧差。
经过外形尺寸计算和ZEMAX 仿真，达到了显微镜的设计参数要求并且像差合理。
关键词：显微物镜；ZEMAX ；光学系统中图分类号：O439文献标志码：A 1国内外发展现状显微镜的发明是在17世纪晚期，发明这台显微镜的是荷兰发明家列文虎克，以至于后来人们尊称他为“显微镜先驱人物”。
随着显微镜的诞生［1］，人们在18世纪又发明了复式显微镜，简单的理解这类显微镜利用的显微镜的镜片数目超过一个，因而，这种复式显微镜一个镜片下的图像可以接着被另一个镜片放大，更便于人们观察。
在显微镜发明初期，由于使用的玻璃的质量，镜片的形状存在很多的瑕疵，导致人们在显微镜中看到的物体形状是不规范的、比较弯曲的。
一直到19世纪中期，显微镜技术才得到了飞跃性的提升，并且逐渐有了现代显微镜应该具备的特性［1-3］。
ZEMAX光学设计超级学习手册第2章
第2章像质评价ZEMAX提供了丰富的像质评价指标，如评价小像差系统的波像差、包围圆能量集中度；评价大像差系统的点列图、弥散圆、MTF、PSF、几何像差评价方法等。
像质评价结果也是表现形式多种多样，既有各种直观的图形表示方法，也有详细的数据报表。
我们将在本章中详细介绍。
学习目标：（1）了解分析界面中像质主窗口菜单的各项功能。
（2）熟练运用像质评价快捷工具栏。
（3）熟练掌握像质评价方法，如波前、点列图等。
（4）熟练掌握各对话框的操作，如镜头数据、波长数据等。
2.1 外形图外形图（Layout）是指通过镜头截面的外形曲线图。
主要有二维外形图、三维外形图、阴影图、原件图。
二维外形图是通过镜头YZ截面的外形曲线图；三维外形图则显示镜头系统的三维空间外形；阴影图则表示阴影的立体模型；原件图能建立光学加工图。
2.1.1 二维外形图二维外形图（2D Layout）：通过镜头YZ截面的外形曲线。
打开二维外形图对话框“2D Layout → Settings”，如图2-1所示。
图2-1 二维外形图对话框（1）First Surface：绘图的第一个面。
（2）Last Surface：绘图的最后一个面。
（3）Number of Rays：光线数目确定了每一个被定义的视场中画出的子午光线数目。
除非变迹已被确定，否则光线沿着光瞳均匀分布。
这个参数可以设置为0。
（4）Delete Vignetted：若选取，被任意面拦住的光线不画出。
（5）Suppress Frame：隐藏屏幕下端的绘画框，这可以为外形图留出更多的空间。
比例尺、地址或者其他数据都不显示。
（6）Fletch Rays：显示光线箭头。
（7）Marginal and Chief Only：只画出边缘光线和主光线。
（8）Wavelength：显示的任意或所有波长。
（9）Field：显示的任意或所有视场。
（10）Scale Factor：若比例因子设置为0，则“Fill Frame”将被选取，“Fill Frame”将缩放各面来充满画页。
(完整版)光学设计zemax
2014.9
光学系统设计
➢再点Opt，优化结果如下
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光学系统设计
样板比对
➢为了降低加工成本，需与镜片加工厂家的 样板进行比对
➢样板比对：将设计中各面的曲率半径与厂 家的样板库进行比对，尽量选择样板库中 已有的尺寸
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光学系统设计
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光学系统设计
➢以applied样板库为例，比对样板后获得如下 结果
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光学系统设计
➢压圈法
球面或曲面
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光学系统设计
➢补充：压圈与径向的几种接触方式 相切法：
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光学系统设计
相切法：
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光学系统设计
球面包络法：
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光学系统设计
➢弹性元件法：弹性元件固定法是利用琴钢 丝制成的弹性卡圈将透镜或其他光学元件 固定在镜框内的一种方法。一般只用于同 轴度及牢固性要求低的透镜。通常用来固 定保护玻璃、滤光镜等不重要的光学零件。
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光学系统设计
➢Merit项：
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前12 项为具体的像质评 质函数,包括点大小、 Merit Function 值、几何 MTF、Diffraction MTF值。 其中对于没有趋近衍射极 限的系统应首选前三项， 即RMS Spot Size。而对 于趋近于衍射极限的系统 则最好选择MTF。
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光学系统设计
➢Default merit function作如下修改 ➢添加EFFL操作数，target 21.46，weight 1
Why?
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光学系统设计
Why 尺寸考虑
2014.9
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双胶合设计
设计一：
透镜参数：
1. 焦距为100mm。
2. 相对孔径为1/5。
3. 全视场2ω为10度。
4. 物距为无穷远。
5. 双胶合透镜一个采用BK7玻璃，另一个采用F2玻璃。
1. Prescription Date
具体参数：
1. Lens Data Editor
2. 系统二维图
3. 系统三维图
4. 点列图
从图中我们可以看到，系统的弥散斑并不太大，弥散斑随着视场
的增加而增加。当ω=5度时，系统的弥散斑半径为60.847，保持在
可承受的围。
将Show Airy Disk选中，并选择ω=2.5度时作为观察对象，可
以得到上面的图形。虽然大局部光线并不集中在中心区域，但是这种
效果对于双胶合设计来说也足够了。
5. MTF曲线
-
TS 5.0000 degree这条曲线在10(lp/mm)时大致为0.35，满足
设计需求。其他的曲线也较接近最上面的黑线〔衍射极限〕，且较为
平滑。S曲线〔弧矢曲线〕与T曲线〔子午曲线〕也比拟重合。
6. Ray Fan〔光线扇面〕
7. OPD Fan(光程差扇形图)
8. Field Curv/Dist〔场曲〕
设计二：
设计二的MTF曲线更高，但弥散斑也比设计一高，当ω=5度时，弥
散斑半径为69.830。
透镜参数：
6. 焦距为100mm。
7. 相对孔径为1/5。
8. 全视场2ω为10度。
9. 物距为无穷远。
10. 双胶合透镜一个采用BK7玻璃，另一个采用F2玻璃。
2. Prescription Date
具体参数：
3. Lens Data Editor
4. 系统二维图
5. 系统三维图
6. 点列图
在上图中，当ω=5度时，弥散斑半径为69.830，比设计一中的
-
要高。
7. MTF曲线
TS 5.0000 degree这条曲线在10(lp/mm)时大致为0.4，比设计
一的效果要好。
8. Ray Fan〔光线扇面〕
9. OPD Fan(光程差扇形图)
10. Field Curv/Dist〔场曲〕