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
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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.doczj.com/doc/1b8258485.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。
要概念上理解ray fan图，我们假设有一个薄透镜的光学系统。光阑就在这个薄透镜上。有一个在子午面上的轴外点，发出一束光线射向这个透镜，那么它在子午面的ray fan图将是这样绘制的：
首先，这一束光线会射向光学系统的入瞳（同时也是光阑）上，会在子午面上有一个光束的分布。因此他们每个对应点都将在未来的rayfan图上显示－1到＋1的横坐标。显然主光线的位置是光阑的中点，就是0的位置。
然后这一束光线继续穿过光学系统，最后折射到像面上。由于由像差的存在；在像面的子午面上将形成由无数光点形成的光线。（对于理想的光学系统，还是应该形成一个点）
这个线上一定会有一个点，是由主光线形成的。这个点就做为整个像差的参考原点。其他的各个点到这个点的位置差值就是在ray fan中对应于各个横坐标入瞳位置的纵坐标值！
这样，一系列的点就可以在这个下xy的坐标系统中表示出来。只要有足够的点，就能连接绘制一个完整的ray fan图。
这就是ray fan图的含义，它表示的是这个光学系统参照入瞳位置的像差综合值。
需要指出的是：
● 由于有子午和弧矢两个面，因此对于每个视场的ray fan都有两个。一个子午T（对应于PY和EY），和一个弧矢S（对应于PX和EX）
● 又由于系统选择的光线不同，在每个视场的ray fan中可能会显示多个光线的不同ray fan。
● zemax将会给每个视场都绘制一个ray fan图。
ray fan缺省的位置是IMA面位置，缺省的采样点是20个点等等都可以在setting中进行重新设置。
关于rayfan中各种图形的含义，需要设计人员根据光学经验进行判断。
比如S行状的ray fan表示这个系统有球差。多个S行状（蛇行状）的ray fan表示这个系统有高级球差等等。
spot diagram
spot diagram是另外一种重要的分析像差的工具。spot diagram可以通过方式一：直接点击在屏幕菜单工具栏中的“Spt”按钮；方式二：选择菜单Analysis-Spot Diagrams-Standard，进行查看。
参照上边的说明，spot diagram的形成，我们也可以在轴外子午面上选择一点做为发光点。这个点同样将光线射向系统的入瞳和光阑位置。和ray fan 不同的就是，这次我们考虑的更全面些。这一束光线不是一个子午面的方式，而是一个面阵的方式发散。而是全面的射入入瞳。为了计算和比较，有几种布置光线的方式可以选择，比如随机点方式，矩形方式，圆形方式，还有三角方式等等。目的是能尽量保证平衡射入这个系统。
光线进入系统以后经过转折等，最后仍然是射入IMA面。对于理想光学系统，这些光线会再次重复为一个光点。但对于有像差的光学系统，这些光线会在IMA面上形成一系列的图形。这图形实际就是模拟显示了光学系统对这个轴外点的实际成像！
不同的像差有不同的像表现，同时随着像差的大小不同，这个像，也叫斑点的大小也不一样，显然像差越小的光学系统，其斑点也越小。衡量这个斑点大小有个定义，就是RMS半径定义，另外还有一个就是几何半径的定义。RMS 是均方根半径，可以定量的反映这个系统实际的斑点大小。
需要说明的是：
不同的射入入瞳的光线排列会对最后的RMS半径等有影响，但并不大。
关键影响RMS半径的是，每个斑点的中心点参考点的选择：一种选择的方式是根据主光线的位置做为斑点中心光线的中点。另外一种方式是采用斑点的实际重心做为斑点中点。
对于一个轴对称系统，在轴上，显然主光线中心和斑点重心是一点没有差别，但在轴外点成像。主光线的中心计算出来的RMS显然要比斑点重心计算的RMS半径要大。其实，通常采用的是斑点重心的参考中点方式。
如何应用ZEMAX设计光学系统
如何应用ZEMAX设计光学系统？这是拿到ZEMAX的朋友常常会想到的一个问题。
但遗憾的是，ZEMAX始终紧紧是一个工具，不是能自动完成光学系统的设计大师。
就如同ZEMAX手册说的，ZEMAX是工具，而你使用人是设计师。
但如何才能设计光学系统。
典型的做法就是
1）根据自己要设计的系统，先有一个大致的光学结构。
2）从手册查阅，找到类似的光学结构。
3）输入系统，然后优化这个系统知道自己满意。
zemax提供的紧紧是：
设计师在zemax中可以通过
分析功能得到系统的预期。
主要需要使用的是，点图，就是spot diagram.这个可以看出最后系统的点好坏。
波面图，就是OPD fan，这个可以看出设计的系统在出瞳位置的波面差
还有就是MTF，zemax的mtf有两种，一种是衍射的，一种是几何的，一般来说在OPD超过5个波长的时候几何的比较常用
其余的就是优化的时候如何能调整优化参数。
最后可以通过公差torlrance对未知的系统成品
特性得到一个模拟验证。
但上述的步骤都是在使用zemax的设计师本身对光学设计
非常了解的情况下才能得到的。
如果本身刚刚毕业，又没有多少实际的光学设计经验。
基本的概念又不是很熟悉。
那么却是使用起来是很难的。
常看见论坛有朋友问怎么用zemax
图怎么看？
玻璃如何根据系统选择？
怎么优化才可以满足自己的要求。
这是很难得到的！
因为这个是每个设计师的“谋生财富”！
如果告诉你我，那么大家不都知道怎么发财了么：）
大面上，大致都会说。
但说道节骨眼上，我看是个人都会留一手的。
问别人光学设计要旨，就好比在问师父药方子。
药就哪些种，怎么搭配有讲究。
光学设计体会20040125.txt
这里写下我进行光学设计的体会，算是日记，如有可能，也做为同行的相互交流。
我的Email lanfier@https://www.doczj.com/doc/1b8258485.html,
我只能算个初级的光学设计者。大学的光学仪器专业的知识，在10多年的IT工作中，几乎丧失殆尽。
由于个人的原因打算重新进入光学设计的领域，现在进行这个行当－－好处是有很多资料可以借鉴，光学设计软件也很多，同时30多岁的人，记忆力不行，但理解力正是高峰位置。坏处是很多有关数学的东西已经不很清楚，而这是光学设计很重要的部分。
说到光学设计，不能不提到我现在用的光学设计软件ZEMAX。这个软件可以极大的提高光学设计进程。
但也仅仅而已，很多初学光学设计的人，以为ZEMAX可以使得他们可以借助这个系统“自动”的设计或者优化出一个好的光学系统。他们认为有好软件，有好的硬件，只要自己稍微画画图，画上一到几个镜头的图。ZEMAX就可以自动找到最优化的光学设计。我要说，错了，ZEMAX没有这个能力！
即使是一个很好的初始的设计思路，要达到最后的目标，你还需要指点ZEMAX采用你的步骤一步一步达到最后的最优设计。你始终是这个系统的总设计师，而不是一个忠实肯干的仆人的主人，可以轻易得到结果的。
当然，如果你要设计的系统极为简单，然后就是想看看设计的感觉，那是很容易的。比如你打算设计一个没有球差的非球面单透镜，而且在单色光下工作。ZEMAX只要几分钟就可以得出你满意的结果。
但实际的光学系统，往往要复杂的多。根据我的个人学习经验要掌握光学设计必须要有如下的准备：
1）熟练的扎实的光学理论基础
建议的书籍是：大学的《应用光学》教程，最好是最近几年的，老的不是不好，但有大量的公式推导，上来就肯，估计马上就晕了。
2）大量的例子参考
建议的书籍是：《光学设计手册》，对于上边的例子最好能找几个仔细分析看看，结合《应用光学》的讲解，这样在脑子中就有了一些概念。
3）相关的可以使用的软件
ZEMAX是不错的软件。但正版的ZEMAX是非常昂贵的！同样的软件比如Code V等都是可以使用的，不在于具体的软件，而在于熟练可以使软件为自己服务。
4）应用到实际中的设计例子
只有应用，才是最后解决问题之道。
最后要说的是，
我认为光学设计是一门专业科学，它虽然需要智力和技巧去掌握，但更重要的还是扎实的基础和实实在在的掌握。光学设计不是可以朝发夕至的行业，这里应该看不到IT网络的一夜暴富；但掌握它，它却是能成为可以吃一生的饭食。
这对于我来说，已经足够了。常用电脑的人，都知道短短几年Windows更新了多少版本，Office有多少版本，每个版本的使用都有不小的差异。但光学设计基本已经不会有太大的改变。现在虽然有的非球面的设计，但99％的透镜应用还是球面的。
想掌握一门不需要一辈子拼命更新的生存技能么？考虑一下光学设计吧
祝各位2004年新春愉快！
PS. 欢迎有Joseph 《Lens Design》的同行和我Email交流。
我是个网管，可以建立自己的网站和论坛等，我也有建立一个论坛共同讨论光学设计
能成为一个小小的沙龙形式即可，因此有Lens Design的朋友不妨报到一下，
先可以就书上的内容进行讨论。
第一章，介绍（择选自ZEMAX用户手册）
ZEMAX或者ZEMAX的手册并不能告诉你如何设计镜头或者光学系统！通过这个软件可以帮助你设计和分析光学系统，你仍然是设计师。ZEMAX的文档不是一个光学设计，属于或者方法的教程。技术支持可以帮助用户使用这个软件，但并不包括告诉用户光学设计的基础理论。如果你紧紧有少量或者没有光学设计的经验。你可能需要先阅读一些有关光学设计的书籍。下边的表格的书籍可能对你的光学设计会有帮助
镜头设计的参考书
作者标题出版社
BassHandbook of Optics
光学手册McGraw-Hill
Born & WolfPrinciples of Optics
光学概念Pergamon Press
Fischer & Tadic-GalebOptical System Design
光学系统设计McGraw-Hill
HechtOptics
光学Addison Wesley
KingslakeLens Design Fundamentals
镜头设计基础Academic Press
LaikinLens Design, Second Edition
镜头设计，第二版Marcel Dekker
Mahajan AberrationTheory Made Simple
理论的掌握SPIE Optical Engineering Press
O’ SheaElements of Modern Optical Design
现代光学设计的元素John Wiley and Sons
Rutten and van VenrooijTelescope Optics
望远镜光学Willmann-Bell
ShannonThe Art and Science of Optical Design
光学设计的艺术和科学Cambridge University Press
Smith, Gregory HallockPractical Computer-Aided Lens Design
计算机辅助设计光学设计Willmann-Bell, Inc
Smith, WarrenModern Optical Engineering
现代光学工程McGraw-Hill
Smith, WarrenModern Lens Design
现代光学设计McGraw-Hill
WelfordAberrations of Optical Systems
光学系统像差Adam Hilger Ltd.
WelfordUseful Optics
有用的光学University of Chicago Press
最重要的是：ZEMAX不能代替实际的工程实践。在没有被一个合格的工程师检验所有的设计计算的时候，设计不能认为已经完成了。这在设计完全是虚拟条件或者涉及费用很高的时候尤其重要。检验zemax的结果是工程师的责任，不能免除。
使用zemax设计光学系统新手常见问题说明
使用zemax设计光学系统常见问题说明：
建议斑竹看着合适可置顶方便他人，或修改补充问答问题。
到这个论坛有一段时间了，从这个论坛得到帮助，也试着给过别人一些帮助，想着写个帖子能对zemax的新手有点帮助。
【前言和闲话】
我非常希望到这个论坛的人能相互是“对等”的！就是前提是大家在这里交流使用体会，但没有那个人欠另外人的，一定要回答别人的问题。
人的能力有高低，入门有早晚。但我认为的新手没有任何“妈妈，我要吃奶”的权利。
因为这里没有妈妈。你要自己找奶水。
因此，“zemax的lens参数如何输入”，“哪里可以得到spot”等等zemax的基本操作的问题，完全可以通过自己在zemax软件上通过看英文手册，或者中文手册得到答案。我认为由于zemax软件的专业面狭窄，不可能短期有中文版本。因此使用zemax的各位同仁，必须要了解基本的光学英文词汇。
另外，不知道别的人怎么想，我不会回答“谁能给我一份zemax中文使用手册”这样的问题。因为奶水elf已经给做好了。
难道我们还要把奶水送到嘴边，然后告诉你：这个elf的中文手册没有前四章，前四章我也放在邮件的后边的另外附件里了，你要看的elf中文手册的软件叫adobe arcobat reader，在另外一个附件里面么？！
因为我觉得大家都是搞技术的，是平等的。做技术的就是每个人都要自己努力去尽量解决问题。如果实在不行了。相互的讨论是必要的，但如果开始最基本入门的问题，都要别人帮助，而不自己努力。哪怎么对自己以后的光学设计有信心？！
另外我个人的体会，在中国，搞技术，很操蛋！因为如果你在一个国营单位，你不得不在考虑技术的同时，你还要考虑你的职称和工资住房等等待遇。你的技术好，你的待遇未必就高，很多时候由于别人在你花费大量的时间在技术问题上的时候，他们在搞人事关系。结果通常是你的技术比不过他们的人事。
但我想，来这里的朋友，应该都是自愿提高自己光学设计水平的朋友。因此交流的都是大家的心血，每个人都要努力。与大家共勉
【问题和回答】
『问题1』
zemax是干什么用的？
『回答』
是光学设计软件，它可以辅助你（不是自动智能设计！）设计光学系统，包括透镜，镜面，棱镜等系统。它需要你的光学设计知识！
它可两种方式设计，
顺序方式：总是按照镜面的顺序，从物发出光，到镜面1，到镜面2....到最后的镜面...到像面
非顺序方式，需要你选择一个模型，定义它情况，然后光线可以从任何方式射入，射出。显然非顺序方式更符合实际，但其实没有必要，99％的系统都是用顺序方式设计的。（注zemax还表明可以混着两种方式设计）
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『问题2』
zemax设计一个简单的系统需要输入哪些参数？
『回答』
以下的参数几乎都是要输入的：
a 透镜的各个参数，半径，材料等。
b 视场
c 波长
d 入瞳或者F＃
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『问题3』
哪里能得到盗版zemax？
『回答』
我相信，很多人都在使用盗版，因为正版要个人用实在是太贵了(2-3万RMB)。但做为论坛，不能允许在这里流传盗版的信息为什么？我想不是论坛的道德有多么高，是由于如下的原因，它在威胁论坛的生存。
a 国内，众所周知的原因，批准一个网站可运行论坛是极为严格和少见的。因此严格意义99.999%的论坛都是“非法”开办，这个论坛也是这样。
b 国内，大致的情况是，你不出事，没有人管你，你如果出事，一定会有人找你。
c 如果这个论坛在讨论zemax的盗版获取，这无疑是打碎了卖正版zemax人的饭碗！一定，100%的有人要举报，给这个论坛带来麻烦。我不相信举报的人是出于正义目的，100%是出于经济利益！
如果就是要用zemax，可以：
用google查询“zemax 盗版”，奇怪，我怀疑盗版的人中国人干的居多。价格在150－1000之间，全看你的运气。
前一段有一个网站有免费的zemax盗版下载，几天以后就被迫关闭了。我想原因一定是有卖正版专业软件的人举报了它。
请不要因为你的一己私利影响论坛的前程！
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『问题4』
哪里有中文的zemax使用手册？
『回答』
就在这个论坛的文章中就有，搜索一下看看。
或者到google查询“zemax 中文手册” 很容易找到，大约几个M大小，是一个叫elf的网友翻译的，令人钦佩！
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『问题5』
哪里有中文zemax手册的前四章内容？
『回答』
elf翻译的中文手册没有前四章内容，同样在这个论坛就有，找找看。
另外可以到google上去找。
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『问题6』
有没有好的学习zemax的书？
『回答』
学习zemax操作最好的就是zemax使用手册，具体参看上边。
结合zemax学习光学设计的最好的教程是：Lens Design with Practical ZEMAX Examples，作者是Joseph M. Geary，价格是50美金，需要到网站或者托人从美国带。
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『问题7』
有没有学习光学设计的书？
『回答』
学习光学设计的书叫《应用光学》。这通常是各位在学的教科书，我的体会是尽量购买最近几年出的应用光学。以前的书过于繁杂。如果可能尽量采用美国出的一些书，可以用关键字opical design查询google得到书名，然后选择购买。
我觉得国内书不好的原因是，我感觉国内的有些应用光学像“杨过的师父”，什么公式，什么结构，什么原理都告诉你，就是不讲或者不多讲如何在实际中进行真实的设计和应用。
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『问题8』
有没有现成光学设计参考例子？
『回答』
用参考例子是重要的设计手段之一。
《光学设计手册》是非常好的手册，另外一个很好的是zebase，是完全按照zemax格式发布的几千个镜头设计文件。由于同样设计有版权问题，请各位自己找方法解决。
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『问题9』
看大量zemax镜头文件有没有好的工具？
『回答』
lensview软件可以帮忙。
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『问题10』
zemax在镜头设计中还能做什么？
『回答』
◇zemax可以进行镜头的初期设计结构绘制和保存。
◇可以进行镜头成像情况的分析rayfan spot opd pre等。
◇可进行镜头的优化，可缺省优化和根据需要进行个别条件的优化。
◇在加工前套用对样板以及计算大致的物理参数：尺寸，重量等等◇可以模拟公差，对最后的产品合格率进行统
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
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
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
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。
Brightview扩散膜在Zemax中的仿真应用 第一步：新建文件 打开Zemax，点击左上角File按钮，再点击New新建文件
第二步：添加Bright View系列材料 点击上方Libraries选项卡，选择IS Scatter Catalog 在Manufacturer中选择Bright View Technologies，并在File中选取所需的Bright View系列材料（如选取CHE15系列）
点击Download Scatter File下载所需扩散膜材料数据，下载完成后点击Close 关闭该对话框 第三步：光学仿真设计 建立光源（如选择Source Ray【线光源】），并设置参数Layout Rays【显示光线】、Analysis Rays【分析光线】及相应Power【功率】
在序号处单击鼠标右键选择Insert Object After，插入两个物体栏 将这两个物体类型分别选为Rectangle【矩形面】和Detector Rectangle【矩形探测器】，参数设置如下图所示
点击Setup选项卡中NSC3D Layout及NSC Shaded Model可查看此时仿真设计的平面图及三维立体图 点击NSC Shaded Model窗口左上角下拉箭头，将Detector选择为Color pixels by last analysis并在下方四个选项上打钩，点击OK确认后可查看最终仿真设计模型
第四步：将Bright View扩散膜应用于仿真模型 选择Rectangle，点击对话框左上方下拉箭头，在Coat/Scatter选项卡右侧Scatter Model中选择IS Scatter Catalog，在弹出对话框中选取所需Bright View系列材料并设置相关参数，点击OK确认 根据需要调节Number Of Rays【光线数量】，并收起该下拉菜单
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
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.doczj.com/doc/1b8258485.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 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.doczj.com/doc/1b8258485.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。
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
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)
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）
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。
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、F/4的单透镜。所以需要直径为25 mm的入瞳(Entrance Pupil)，因此设罝：
ZEMAX的基本像差控制与优化 公安部第一研究所许正光 ZEMAX已经成为光学设计人员最常用的工具软件了。光学设计中，描述和控制一个光学系统的初级像差结构，通常使用轴上球差、轴向色差、彗差、场曲、畸变、垂轴色差、像散等像差参数。当我们企图更为详细的描述和控制轴外指定视场、指定光束的像差结构时，常常会使用轴外宽光束球差、彗差和细光束场曲等三个像差参数。然而，ZEMAX并不能像SOD88那样直接引用相对应的像差操作数来指定像差目标大小，更没有描述高级像差数的像差操作数，这些通常都需要设计者自行分析和定义。 描述和控制系统光束结构的方法因习惯而有一定的差异，由于某些像差变量之间有某种相关性，而设置的优化权重又可以不同，因此常常都能够达到相同的效果，只是所计算的数学步骤不同而已。到底选择多少个参数来描述一个系统，虽无统一规定，但是还是要因系统像差特性不同而区别选择。经验表明，最少最准确的参数描述量，能够尽可能的提高优化的效率，并且减少掉入效果较差的局部优化的次数。经验丰富的工程师，轻车熟路，在这个环节上少走了很多的弯路，从而其设计效率和设计出来的产品品质要比通常的设计人员有些得多，成功率高的多。 笔者撰写本文的目的就是企图浅显的探讨光学设计中，ZEMAX中光学结构的描述方法以及权重选择的问题。这些都是笔者在设计当中积累的经验，可能这个文章的论断会由于经验的多寡有一定的局限性，所以希望读者当作参考，不要照搬。 一基本像差描述和控制 1、轴上球差LONA 和SPHA LONA表示的是轴上物点指定波长，指定光束尺寸(光线对)的轴上成像交点到近轴焦平面之间轴向距离。这个定义和我们定义的轴向球差相同。光瞳尺寸(光束尺寸)在0~1之间，那么将追迹实际的光束汇交点计算轴向球差。 SPHA常用于指定面产生的像差数值。若不指定特殊面(取值为0)，则计算所有面产生球差总和。注意这个总合不是像差计算公式中的经过各面逐个放大之后的加权和，而是代数和(有待读者进一步验证)。 经验：当选择LONA控制不住球差时，同时加入SPHA操作数，设置合理的权重，可以将轴向球差进一步改善。 2、轴向色差AXCL 定义为两个指定波长的近轴焦平面轴向距离。若光瞳尺寸(光束尺寸)定义为0，那么使用近轴焦平面进行色差计算，定义不为0，则使用实际的光线与轴交点位置进行色差计算。 3、垂轴色差(倍率色差) 在ZEMAX中没有直接定义垂轴色差的操作数，但是从垂轴色差的定义可以知道，