实验（三）基于ZEMAX 的牛顿望远镜的优化设计
一、实验目的
学习使用mirrors（反射镜），conic constants圆锥常数），coordinate breaks（坐标断点），three dimensional layouts（三维图），obscurations（遮挡）。学会使用ZEMAX软件对典型牛顿望远镜进行优化设计。
二、实验要求
1.掌握设立反射镜、使坐标中断的方法。
2.学会使用圆锥系数来优化成像质量。
3.学习点列图和3D图形分析像质的简单方法。
三、实验内容
1.设计目标：
通过一个具有曲率为2000mm及孔径为200mm的镜面设计一个1000mm F/5的望远镜。
2.设计步骤
1.在STO上的radius 项中键入-2000 mm，在thickness 项中键入-1000，在Glass 项
中键入MIRROR，最后在System的General 项中的aperture中键入200。
2.Wavelength 选用0.550，视场角为0. spot diagram ，RMS 为77.6microns 的spot
diagram，如图1所示。
3.在spot diagram的顶端上再加一个Airy diffraction ring. 从spot diagram的menu bar
选择Setting，在Show Scale 上选“Airy Disk ”，在STO 的Conic 项中键入-1 ，Update spot diagram，如图2所示。
4.选Tools 中的Add Fold Mirror，并在“fold surface ”处选“2 ”代表定义surface
2 为fold mirror 。
https://www.doczj.com/doc/ac8220234.html,yout，用3D 看，调出layout 后，按↑↓或page down or up 看三维效果，
在STO 的前面插入一个surface ，令这个surface 的thickness 为900 ，在Max Radius键入40，Update 3Dlayout ，图4。旋转三维图观看立体效果，如图5 所示。
6.. 更名存盘后生成报告。
图1
图2
图 3
图 4
图 5
图 6 镜头数据
四、实验结果及分析
牛顿望远镜基本结构位抛物面主反射镜+与光轴成45度的平面反射镜构成，是一种全反射式的望远镜物镜；对于球面凹面镜成像，有F=R/2的关系；ZEMAX中关于在光路中新添加折叠反射镜仿真实现的步骤。
课程5：多重结构配置的激光束扩大器 先运行ZEMAX，插入几个面，并给它们设好变量，知道你的镜片数据编辑器看上去如下表所示。注意“Glass”列右边的好几列才是“Focal Length”列。表头“Focal Length”只在你将表面类型从“Standard”改变为“Paraxial”后才会显示。不是所有的列都会清楚地显示出来。 注意近轴镜片的使用是为了有平行光能到焦点。将厚度和焦距都设为25.00，并把入瞳直径设为100（“系统---通用配置---光圈类型（入瞳直径）---光圈数值100”），波长（一个）设为1.053微米，不要输入任何其他的波长。镜片厚度是任意设定的，但要符合我们的目标。250mm是由第3条要求得来的。现在选“Editors”，“Merit Function（优化函数）”，评价函数应该是空的，只显示一个“BLNK”（即Blank，意思是未被使用）操作数。在第一行，将操作数类型改为“REAY”，这个真实的Y约束将会被用来控制所要求的5:1的光束压缩比。为“Surf”输入5（这是我们所要控制光高的面），为“Py”输入1.00，在再输入一个目标值10，这会给我们一个20mm直径的平行输出光束。在“Weight”中输入一个1.0的值，再选“Tools”，“Update”，你将会看到在Value列里出现一个50的值。这只是入瞳的半径，因为我们在这一点上只有平行平板。 现在从Editor菜单条中选“Tools---Default Merit Function(默认评价函数)----Reset”，将Start（开始在）域的值改为2，再单击OK。这会使操作数从电子表格的第2行开始添加，以便保护已输入的REAY操作数不被遗失。 现在从主菜单条选“Tools，优化---优化，自动更新，自动，OK”。当优化完成后，单击Exit。再从主菜单选“Analysis（分析）---Fans（特性曲线）---Optical Path（光路）”，你将会看到如图E5-1所示的OPD图。大约有10个波长的波差，性能较差。 主要像差是球差（ZEMAX已加入了离焦作为补偿），幸运的是，我们有一种非常有效的排除球形的方法。移动光标至第一面的圆锥系数列(conic)，键入Ctrl-Z使之成为一个变量。返回到优化工具单击Automatic，评价函数会显著下降。现在单击Exit，更新OPD图，由于引入了一个合理的圆锥系数很容易地使系统性能达到了衍射极限。在三个曲率半径和圆锥系数的每一格中键入Ctrl-Z 以消除变化。 在我们深入进行之前，先选File，Save As保存文件，为镜片输入名字：MC1.ZMX，单击OK。在接下来的步骤中，如果出错，你也可以再将它打开。确认你已将3个曲率和锥形上的变化除去。 选System，Wavelengths，得到波长数据对话框，将波长从1.053改为0.6328，单击OK，再次更新OPD 图。由于玻璃的色散，性能非常差。所显示的像差明显离焦。 我们可以调整镜片间隔来改正它。使第2面的厚度250mm为可变，然后选Tools，Optimization，选Automatic，评价函数应该会降低。单击Exit，然后更新OPD图，系统在新的波长和共轭处有大约0.1个波长的像差。再次键入Ctrl-Z去掉第2面的厚度变量。 我们现在将用多重结构配置功能。从主菜单选“Editors，Multi-configuration（多重数据结构），再选Edit，Insert Config（插入结构）插入一个新的结构配置，双击第一行的第一列，从所显示的下拉框选择“操作数---WAVE”，在同样的对话框里，为“Wavelength # ”选择1，单击OK。这使得我们可以为每一个配置定义不同的波长。在“Config 1”下输入1.053，在“Config 2”下输入0.6328。现在按Insert为Multi Configuration Editor 加入新的一行，在新的第“1”行的双击第一列，然后选“THIC”作为操作数，从Surface列选2，单击OK，THIC 操作数可让我们为每一个配置定义不同的厚度。在Config 1下输入250，在Config 2下输入250。其中的2指的是第二面，因此我们已将第二面的厚度作为多重结构配置值定义了。键入Ctrl-Z，使结构配置“2下的第二面的厚度”成为变量。 现在返回到评价函数编辑器。选“Tools，Default Merit Function(默认评价函数)”，在显示的对话框中，
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。
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。
使用ZEMAX于设计、优化、公差和分析 武汉光迅科技股份有限公司宋家军（QQ：41258981）转载并修改 摘要 光学设计软件ZEMAX的功能讨论可藉由使用ZEMAX去设计和分析一个投影系统来讨论，包括使用透镜数组(lenslet arrays) 来建构聚光镜(condenser)。 简介 ZEMAX以非序列性(non-sequential) 分析工具来结合序列性(sequential) 描光程序的传统功能，且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软件包，并具有研究成像和非成像系统中的杂散光(stray light) 和鬼影(ghosting) 的能力，从简单的绘图(Layout) 一直到优化（optimization）和公差分析（tolerance analysis）皆可达成。 根据过去的经验，对于光学系统的端对端（end to end）分析往往是需要两种不同的设计和分析工具。一套序列性描光软件，可用于设计、优化和公差分析，而一套非序列性或未受限制的(unconstrained) 描光软件，可用来分析杂散光、鬼影和一般的非成像系统，包括照明系统。 “序列性描光程序”这个名词是与定义一个光学系统为一连串表面的工具有关。所有的光线打到光学系统之后，会依序的从一个表面到另一个表面穿过这个系统。在定义的顺序上，所有的光线一定会相交到所有的表面，否则光路将终止。光线不会跳过任何中间的表面，且光线只能打在每一个已定义的表面一次。若实际光线路径交到一个表面上超过一次，如使用在二次描光(double pass) 中的组件，必须在序列性列表中，再定义超过一次的表面参数。 大部份成像光学系统，如照相机镜头、望远镜和显微镜，可在序列性模式中完整定义。对于这些系统，序列性描光具有许多优点：非常快、非常弹性和非常普遍。几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。在成像系统中，序列性描光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。序列性描光的缺点，包括无法追迹所有可能的光路径(即鬼影反射) 和许多无法以序列性方式来描述的光学系统或组件。 非序列性描光最常用来分析成像系统中的杂散光和鬼影，甚致分析照明和其它非成像系统。在非序列性描光中，光线入射到光学系统后，是自由的沿着实际光学路径追迹；一条光线可能打到一个对象(object) 许多次，而且可能完全未打到其它对象。此外，非序列性方法可用来分析从光学或机构组件产生的表面散射(scatter)，以及从场内(in-field) 和场外(out-of-field) 的光源所产生的表面反射而形成的鬼影成像。 ZEMAX的功能 ZEMAX可以用于一个完全序列性模式中、一个完全非序性模式中和一个混合模式中，混合模式对分析具有大部分序列性而却有一些组件是作用在非序列性方式的系统，是相当有用的，如导光管(light pipes) 和屋顶棱镜(roof prisms)等。
课 程 设 计 光学显微镜设计 设计题目 学 号 专业班级 指导教师 学生姓名 测量显微镜
根据学号得到自己设计内容的数据要求： 1.目镜放大率10(即焦距25） 2.目镜最后一面到物面距离110 3.对准精度1.2微米 按照实验步骤，先计算好外形尺寸。然后根据数据要求选取目镜与物镜。 我先做物镜。因为这个镜片比较少。按物镜放大率选好物镜后，将参数输入。简单优化，得到比较接近自己要求的物镜。 然后做目镜，同样的做法，这个按照焦距选目镜，将参数输入。将曲率半径设为可变量，调入默认的优化函数进行优化。发现“优化不了”，所有参数均没有变化。而且发现把光源放在“焦点”位置，目镜出射的不是平行光。我百思不得其解。开始认为镜头库的参数可能有问题。最后我问老师，老师解释，那个所谓的“焦点”其实不是焦点，我错误的把“焦点”到目镜第一个面的距离当成了焦距。这个目镜是有一定厚度的，不能简单等效成薄透镜。焦点到节点的距离才是焦距。经过老师指点后，我尝试调节光源到目镜第一面的距离，想得到出射平行光，从而找到焦点。但这个寻找是很费力气的，事倍功半。老师建议我把目镜的参数倒着顺序输入参数。然后用平行光入射，然后可以轻松找到焦点。 但是，按照这个方法，倒着输入参数，把光源放在无限
远的地方（平行光入射），发现光线是发散的。不解。还是按照原来的方法。把光源放在目镜焦点上，尽量使之出射平行光。然后把它与优化好的物镜拼接起来。后来，加入理想透镜（会聚平行光线），加以优化。 还有一个问题，就是选物镜的时候，发现放大倍率符合了自己的需求，但工作距离与共轭距，不符合自己的要求。这个问题在课堂上问过老师，后来经老师指点，通过总体缩放解决。 物镜参数及优化函数
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----
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。
如何在Zemax下模拟单模光纤的光束耦合 本文描述了一种商用的光纤耦合器，系统使用SUSS MicroOptics FC-Q-250微透镜阵列来耦合两根康宁（Corning）SMF-28e光纤。如下图所示： 供应商提供的上述元件的参数如下：单模光纤，康宁SMF-28e 数值孔径0.14 纤芯直径8.3μm 模场直径@1.31μm 9.2±0.4μm 微透镜阵列，SUSS MicroOptics SMO39920 基片材料熔融石英 基片厚度0.9mm 内部透过率>0.99 透镜直径240μm 透镜节距250μm 曲率半径330μm 圆锥常数（Conic constant）0 数值孔径0.17 附件中的文件single mode coupler.zmx 是整个系统的Zemax文件。请注意一下几点： 物面到透镜的距离和透镜到像面的距离设定为0.1mm，是因为这比较接近实际情况。后面经过优化过程时候，这个尺寸还会发生变化； 透镜到像面的距离使用了Pick-up solve，以确保和前面的物面到透镜的距离之间相等。既然两组透镜和光纤之间是完全一致的（在制造公差之内），因而整个系统也就应该是空间反演对称和轴对称的（either way round）； 两个透镜之间的距离设定为2mm，因为这个是实验中使用的数据。同样地，这个距离后面也将会被严格的优化；系统孔径光阑设定为根据光阑尺寸浮动（float by stop size），而光阑设定在第一个透镜的后表面。这就意味着系统的孔径光阑由透镜的实际孔径决定。因而光纤的模式在这个系统中传输的过程中，就有可能受限于透镜的实际孔径。在这个例子中，光纤的模式要比透镜的实际孔径小很多。 当心“数值孔径”的多种不同定义。它有可能指的是边缘光束倾角的正弦值，有可能是光强降低到1/e2时的光束倾角的正弦值（我们将会看到Zemax会在不同的场合使用这两种定义），也有可能定义为光强降到1%峰值强度时光
实验二ZEMAX 中的像质评价方法 一、实验目的 了解ZEMAX的各种像质评价方法。 二、ZEMAX的像质评价方法 ZEMAX提供丰富的像质评价指标，现结合D=0.5，相对孔径1/4、视场94°的1/6英寸CCD 广角物镜色合计参数，将主要评价结果介绍如下。 表3-1 广角物镜结构参数 序号半径R 间隔d 玻璃外径D 1 ∞0.6 K9 1.6 2 1.109 0.6 0.9 3 3.448 1.0 LAK3 1.1 4 -18.70 5 0.5 1.1 5 光阑0.1 0.35 6 -2.89 1.0 LAK3 0.41 7 -1.7 0.1 1.1 8 2.29 1.0 K9 1.1 9 -1.7378 0.6 ZF7 1.1 10 -14.791 1.1 1、几何像差曲线 (1)球差曲线（Longitudinal Aberration） 纵坐标是孔径，横坐标是球差（色球差）。 (2)焦点色位移（Focal Shift） 表示的是系统工作波长范围内不同波长的色光近焦距位移。横坐标表示焦点位移，纵坐标为不同色光的波长， 整个图形以主波长的近轴焦点为参考基准。 （3）轴外细光束像差曲线（Field Curv/Dist） 左图为像散场曲曲线，右图为畸变曲线，纵坐标为视场，左图横坐标是场曲，右图是畸变的百分比值。 （4）子午光束与弧矢光束垂轴像差曲线(Ray Fan) 横坐标表示光束孔径高度，纵坐标表示垂轴像差，EY表示δy′(子午)，EX表示δz′(弧矢)。（5）垂轴色差（倍率色差）(Lateral Color) 横坐标表示不同色光与参考色光像高的像差，纵坐标表示视场。图中两条AIRY表示的曲线为艾里斑范围。 2、点列图(Spot Diagram) 点列图下方给的数可以看出每个视场的RMS RADIUS（均方根半径值）、AIRY光斑半径、GEO RADIUS为几何半径（最大半径），值越小成像质量越好。 另外根据分布图形的形状也可了解系统的各种几何像差的影响，如是否有明显像散或彗差特征，几种色斑的分开程度如何等。 3、波像差 （1）光程差曲线(OPD Fan) 表示每个视场的子午和弧矢方向上的光程差。横坐标表示光束孔径大小，纵坐标表示光程差。（2）波面三维图(Wavefront Map)
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/ac8220234.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基本操作要点 （1）镜头参数输入：在zemax中，对镜头参数输入有如下约定： 1）透镜表面个数（面数） 2）符号规则： 曲率半径r：如曲率中心位于镜片表面右侧，则曲率半径为正；反之为负 厚度d：如下一表面位于当前表面的右侧，则两表面之间的厚度为正；否则为负 (2)Gen(General Lens Data 通用) 这个按钮用于调用系统数据对话框，它用来定义作为整个系统的公共数据，而不是仅仅与单个面有关的数据。常用的选项有以下几个： 1)Aperture(孔径) 系统孔径表示在光轴上通过系统的光束大小。要设置系统孔径，需要定义系统孔径类型和系统孔径值。 Aperture Type： Entrance Pupil Diameter(入瞳直径) Image Space F/#(像空间F/#) Object Space Numerical Aperture(物空间数值孔径) Float By Stop Size(随光阑浮动) Paraxial Working F/#(近轴工作F/#) Object Cone Angle(物方锥角) 2)Ray Aiming(光线校准) 如果光线校准关闭，ZEMAX将会以光线充满入瞳为来确定进入系统的光线方向以及能量大小。 当Ray Aiming分别为Paraxial和Real时，光线分别按照近轴和实际光线追迹方式。光线充满光阑Stop面。 *Ray aiming使用前应通过Analysis——Fans——Pupils Aberration 先查看一 下入瞳象差 *当系统的F/#较小时，使用Paraxial Ray Aiming会引起较大的误差，应使用Real Ray Aiming。 （3）Fie(Field Data 视场) 视场对话框可以确定视场点。视场可以用Angle(角度)、Object Height(物高)、Paraxial Height(近轴像高)、Real Image Height(实际像高)这几种方式描述，具体情况根据系统特点选择。 设计视场的选择 一般小视场光学系统（2ω<80°） 0、0.707、1.0 中等视场光学系统（80°<2ω<140°） 0、0.5、0.707、0.866、1.0 大视场光学系统（2ω>140°） 0、0.3、0.5、0.7、0.85、1.0 视场权重：默认为1，最后根据需要不断修改。 （4）Wav(Wavelength Data 波长) 波长对话框用于设置波长、权重和主波长。ZEMAX也提供已经选择好的波长，可以通过下拉菜单选择。（select 一般选 Fdc的visible）
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/ac8220234.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。
使用ZEMAX于设计、优化、公差和分析 摘要 光学设计软件ZEMAX的功能讨论可藉由使用ZEMAX去设计和分析一个投影系统来讨论，包括使用透镜数组(lenslet arrays) 来建构聚光镜(condenser)。 简介 ZEMAX以非序列性(non-sequential) 分析工具来结合序列性(sequential) 描光程序的传统功能，且为一套能够研究所有表面的光学设计和分析的整合性软件包，并具有研究成像和非成像系统中的杂散光(stray light) 和鬼影(ghosting) 的能力，从简单的绘图(Layout) 一直到优化（optimization）和公差分析（tolerance analysis）皆可达成。 根据过去的经验，对于光学系统的端对端（end to end）分析往往是需要两种不同的设计和分析工具。一套序列性描光软件，可用于设计、优化和公差分析，而一套非序列性或未受限制的(unconstrained) 描光软件，可用来分析杂散光、鬼影和一般的非成像系统，包括照明系统。 “序列性描光程序”这个名词是与定义一个光学系统为一连串表面的工具有关。所有的光线打到光学系统之后，会依序的从一个表面到另一个表面穿过这个系统。在定义的顺序上，所有的光线一定会相交到所有的表面，否则光路将终止。光线不会跳过任何中间的表面，且光线只能打在每一个已定义的表面一次。若实际光线路径交到一个表面上超过一次，如使用在二次描光(double pass) 中的组件，必须在序列性列表中，再定义超过一次的表面参数。
大部份成像光学系统，如照相机镜头、望远镜和显微镜，可在序列性模式中完整定义。对于这些系统，序列性描光具有许多优点：非常快、非常弹性和非常普遍。几乎任何形状的光学表面和材质特性皆可建构。在成像系统中，序列性描光最重要的优点为使用简单且高精确的方法来做优化和分析。序列性描光的缺点，包括无法追迹所有可能的光路径(即鬼影反射) 和许多无法以序列性方式来描述的光学系统或组件。 非序列性描光最常用来分析成像系统中的杂散光和鬼影，甚致分析照明和其它非成像系统。在非序列性描光中，光线入射到光学系统后，是自由的沿着实际光学路径追迹；一条光线可能打到一个对象(object) 许多次，而且可能完全未打到其它对象。此外，非序列性方法可用来分析从光学或机构组件产生的表面散射(scatter)，以及从场内(in-field) 和场外(out-of-field) 的光源所产生的表面反射而形成的鬼影成像。 ZEMAX的功能 ZEMAX可以用于一个完全序列性模式中、一个完全非序性模式中和一个混合模式中，混合模式对分析具有大部分序列性而却有一些组件是作用在非序列性方式的系统，是相当有用的，如导光管(light pipes) 和屋顶棱镜(roof prisms)等。 序列性系统需定义视场角(field of view)、波长范围（wavelength range）和表面数据（surface date）。序列性设计的最重要参数之一，为系统孔径(system aperture)。系统孔径，常指入瞳(entrance pupil) 或孔径光栏（STO），它限制可从已定义视场入射光学系统的光线。光学表面可以是折射、反射或绕射。透镜可以是由均匀或渐变折射率材质所制成。表面的下弯(sag) 可以是球面、圆锥面(conic)、非球面(aspheric)或藉由多项式或其它参数函数
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)
第四章设计教程 简介 这一章将要教你如何使用ZEMAX，这一章的每一节将会让你接触一个不同的设计问题。第一个设计例子是非常简单的，如果你是一个有经验的镜片设计师，你也许觉得它并不值得你去费心，但是，如果你花费一点点时间去接触它，你可以学到如何运行ZEMAX，然后你可以继续你自己特别感兴趣的设计。 前几个例子中，提供了一些关于镜片设计理论的教程内容，用来帮助那些对专用术语不是很了解的人。但在总体上来说，这本手册，以及其中的这些特例，目的都不是要将一个新手培养成为一个专家。如果你跟不上这些例子，或者你不能理解程序演示时与计算有关的数学知识，可以参考任何一本“简介”这一章中所列出的好书。在开始课程之前，你必须先通过正当手段安装ZEMAX。 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。 LDE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。 ZEMAX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