ZEMAX软件基础介绍

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2.2表面的曲率半径Zemax中面的曲率半径有正负之分。

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。

ZEMAX培训教程Zemax是一款广泛用于光学设计和仿真的软件工具，可以帮助光学工程师和设计师在光学系统的设计过程中进行建模、优化和分析。

对于那些初次接触Zemax的用户来说，一个系统完整的培训教程是非常重要的。

本文将详细介绍Zemax的基本功能和操作流程，以帮助初学者快速上手并开始使用Zemax进行光学设计。

首先，我们来了解一下Zemax的基本概念和术语。

Zemax使用术语束源、光学元件、检测功率等来描述光学系统。

束源是输入到光学系统中的光束，可以是平行光束、点源光束或者成角度分布的光束。

光学元件则是光学系统中的各种元件，比如透镜、棱镜和反射镜等。

检测功率是用于测量光学系统输出光束的参数，比如点扩散函数（PSF）或横截面。

在使用Zemax进行光学设计之前，需要先了解一下Zemax的界面和基本操作。

首先，打开Zemax软件后，会看到一个包含菜单栏、工具栏和图形区域的界面。

菜单栏包含了各种菜单选项，可以通过点击菜单选项来执行相应的操作。

工具栏则包含了常用的工具按钮，可以通过点击按钮来执行相应的操作。

图形区域则用于显示光学系统的模型和仿真结果。

在完成光学系统的建模后，可以进行光学系统的模拟和分析。

Zemax提供了丰富的仿真功能，可以计算和显示光学系统的各项性能指标。

比如，可以计算光学系统的传输矩阵、MTF曲线和PSF图像等。

可以通过菜单选项或者工具按钮来执行相应的仿真操作，并在图形区域中显示仿真结果。

在进行光学系统的优化时，可以使用Zemax提供的优化功能来寻找最佳的设计参数。

可以选择不同的优化算法，并设置一些优化的参数。

Zemax会自动调整光学元件的参数，并计算和显示优化结果。

可以通过菜单选项或者工具按钮来执行相应的优化操作，并在图形区域中显示优化结果。

除了基本的建模、仿真和优化功能，Zemax还提供了一些高级功能和扩展模块，可以进一步扩展和增强其功能。

比如，可以使用ZOSAPI接口来开发自定义应用程序，并与其他软件进行集成。

zemax初始结构参数Zemax是一款光学设计软件，用于模拟和优化光学系统的设计。

在使用Zemax时，我们需要确定一些初始结构参数，以便于进行后续的光学设计工作。

下面将详细介绍一些常见的初始结构参数。

1.光源参数：在Zemax中，光源参数是指光源的类型、位置、波长、亮度等。

光源类型可以是点光源、平行光源、聚光源等。

光源位置决定了系统的入射方向，一般位于光学系统的前焦点处。

波长决定了光的颜色，通常根据所设计的光学系统的应用需求来确定。

亮度表示光源的强度，一般以均匀亮度或高斯亮度来描述。

2.透镜参数：透镜是光学系统的核心元件之一，它的参数对系统的性能影响很大。

透镜参数包括透镜的类型、曲率半径、厚度、折射率等。

透镜类型可以是凸透镜、凹透镜、平面透镜等，根据设计要求选择合适的类型。

曲率半径决定了透镜的形状，一般可以根据系统需要进行调整。

透镜的厚度决定了光线通过透镜时的相位差，对于波前调制或干涉现象有重要影响。

折射率决定了光线在透镜中传播的速度和方向，一般需要根据所用材料的性质来确定。

3.棱镜参数：棱镜是光学系统中常用的元件之一，它可以改变光线的传播方向和折射角度。

棱镜参数包括棱镜的类型、入射角、折射角、厚度等。

棱镜类型可以是直角棱镜、等腰三角棱镜、重心棱镜等，根据设计需求选择合适的类型。

入射角和折射角决定了光线在棱镜中的传播方式，一般需要根据设计要求和光线的传播方向来确定。

厚度决定了光线通过棱镜时的相位差，对于干涉现象有重要影响。

4.反射镜参数：反射镜用于改变光线的传播方向，它的参数包括反射镜的类型、曲率半径、厚度等。

反射镜类型可以是平面镜、球面镜等，根据设计要求选择合适的类型。

曲率半径决定了反射镜的形状，一般可以根据系统需要进行调整。

厚度决定了光线通过反射镜时的相位差，对于干涉现象有重要影响。

5.探测器参数：在光学系统设计中，需要在某个位置上放置探测器，以测量光线的光强或波前信息。

探测器参数包括探测器的类型、位置、尺寸等。

ZEMAX概况ZEMAX是一套综合性的光学设计软件。

它集成了光学系统所有的概念、设计、优化、分析、公差分析和文档整理功能。

具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点。

3种不同的版本：SE, XE,和EE。

ZEMAX可以模拟Sequential和non-sequential成像系统和非成像系统。

序列性（Sequential）光线追迹大多数成像系统都可以由一系列顺序排列的光学面来描述。

光线按面的顺序进行追迹。

如相机镜头、望远镜镜头、显微镜头等。

它有很多优点，如光线追迹速度快、可以直接优化和进行公差预算。

ZEMAX中的光学面可以是反射面、折射面或衍射面。

也可以建立因为光学薄膜引起的有不同透射率的光学面特性。

面之间的介质可以是各向同性的，如玻璃或空气。

也可以是任意的渐变折射率分布，折射率可以是位置、波长、温度或其它特性参数的函数。

也支持双折射材料，它的折射率是偏振态和光线角度的函数。

ZEMAX中，所有描述面的特性参数，包括形状、折射、反射、折射率、渐变折射率、热系数、透射率和衍射率都可以自定义。

非序列性（Non-sequential）光线追迹很多重要的光学系统不能用sequential光线追迹的模式描述，如复杂的棱镜、光管、照明系统、小面反射镜、非成像系统或任意形状的物件等。

而且散射和杂光也不能用序列性分析的模式。

这些系统要求用non-sequential模式，此时光线以任意的顺序打到物件上。

Non-sequential模式可以对光线传播进行更细节的分析，包括散射光或部分反射光。

进行non-sequential追迹时，ZEMAX用3D solid models光学元件，可以是任意的形状。

支持散射、衍射、渐变折射率、偏振和薄膜。

用光度学和辐射度学的单位。

Sequential 和non-sequential系统ZEMAX还可以在同一个系统中使用sequential和non-sequential光线追迹模式。

zemax厚度边界值摘要：1.介绍Zemax 软件2.解释厚度边界值3.讨论如何在Zemax 中设置厚度边界值4.阐述设置厚度边界值的重要性5.总结正文：一、Zemax 软件简介Zemax 是一种光学设计软件，广泛应用于光学系统的设计与分析。

该软件能够通过计算、建模和优化光学系统，帮助工程师们设计出高性能的光学设备。

Zemax 支持多种光学元件，如透镜、反射镜、光栅等，可以模拟各种复杂的光学系统。

二、厚度边界值的概念在光学设计中，厚度边界值是指光学元件的厚度在一定条件下的极限值。

当元件厚度小于或大于这个值时，光学系统的性能会发生明显变化。

设置合适的厚度边界值，可以保证光学系统的成像质量和光学性能。

三、如何在Zemax 中设置厚度边界值在Zemax 中设置厚度边界值，可以通过以下几个步骤完成：1.打开Zemax 软件，创建一个新的光学设计项目。

2.在“光学系统”菜单中，选择“物镜”或“目镜”，创建一个新的光学系统。

3.在“元件库”中，选择需要设置厚度边界值的元件，如透镜或反射镜。

4.在元件的属性中，找到“厚度”选项，并输入合适的厚度值。

5.点击“优化”按钮，开始优化光学系统。

6.在优化过程中，Zemax 会自动计算并调整元件厚度，以达到最佳的光学性能。

四、设置厚度边界值的重要性设置合适的厚度边界值，对于保证光学系统的性能至关重要。

如果元件厚度过小，可能导致光学系统的像差增大，影响成像质量；而元件厚度过大，可能导致光学系统的透过率降低，影响光学性能。

因此，合理设置厚度边界值，可以提高光学系统的整体性能。

五、总结Zemax 是一种强大的光学设计软件，能够帮助工程师们设计出高性能的光学设备。

在设计过程中，合理设置元件厚度边界值，可以保证光学系统的成像质量和光学性能。

单透镜设计我们先为我们的系统输入波长,选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”。

486，这是氢（Hydrogen）F谱线的波长，单位为微米。

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。

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。

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（Infinity）”之上，按INSERT键。

这将会在那一行插入一个新的面，并将像平面往下移。

新的面被标为第2面。

注意物体所在面为第0面，然后才是第1（标上STO是因为它是光阑面），第2和第3面（标作IMA）。

如果曲率中心在镜片的右边为正，在左边为负。

这些符号（+100，-100）会产生一个等凸的镜片。

我们还需要在镜片焦点处设置像平面的位置，所以要输入一个100的值，作为第2面的厚度。

“光线像差（Ray Aberration）”,图形以光瞳坐标的函数形式表示了横向的光线像差（指的是以主光线为基准）。

左边的图形中以“EY”代替εY。

这是Y 方向的像差，有时也叫做子午的，或YZ面的。

右图以“EX”代替εX，有时也叫做弧矢的，或XZ面的。

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。

ZEMAX光学设计讲义导言：光学设计是一门重要的工程学科，它主要研究光学系统的设计、分析和优化。

而ZEMAX是光学设计中常用的一种软件工具，它主要用于模拟和优化光学系统的性能。

本篇讲义将介绍ZEMAX的基本原理、使用方法以及一些常见的光学设计案例。

一、ZEMAX的基本原理1.光线追迹ZEMAX的核心原理是光线追迹。

它通过追踪光线在光学系统中的传播路径，并计算出光线经过每个光学元件后的参数变化，如位置、方向、光强等。

通过光线追踪，可以得到光学系统的传输特性，并进行光学系统的性能优化。

2.光学元件建模为了进行光线追踪，需要对光学元件进行建模。

在ZEMAX中，可以通过输入光学元件的参数来进行建模，如曲率半径、折射率、厚度等。

同时，ZEMAX还提供了一套丰富的光学元件库，包括透镜、棱镜、光阑等。

用户可以根据需要选择相应的光学元件进行系统设计。

3.光学系统优化ZEMAX不仅可以进行光学系统的传输特性计算，还可以进行系统的性能优化。

在ZEMAX中，可以设定一系列的优化目标，并通过调整光学系统的参数来达到这些目标。

优化过程主要包括两个阶段，即初始设计和优化迭代。

在初始设计阶段，需要根据设计要求设置光学系统的初值。

在优化迭代阶段，ZEMAX根据预设的优化目标和约束条件，自动调整光学系统的参数，并不断迭代，直到达到最佳设计。

二、ZEMAX的使用方法1.软件安装与启动2.创建新项目在ZEMAX中，每个光学系统都是一个项目。

创建新项目时，需要设定项目的名字和工作目录。

在新建项目后，可以开始进行光学系统的设计。

3.设计光学系统设计光学系统的过程是通过将光学元件拖拽至光学系统的视图中来完成的。

光学元件可以是来自库中的标准元件，也可以根据实际情况进行自定义。

在拖拽元件至视图中后，可以通过双击元件来设置其具体参数。

4.进行光线追踪设计完成后，可以进行光线追踪。

在ZEMAX中，可以选择单个或多个光线进行追踪，并观察光线的传播路径和参数变化。

光学设计软件简介光学设计软件成像设计：CodeV（ORA 公司产品，USA）Zemax（ZEMAX Development CorporationOSLO( Lambda Research Corporation 公司，USA)照明设计：Lightools（ORA 公司产品）ASAPTraceproODIS光通讯设计软件：OptiWave薄膜设计：TFCalc, Filmstar 等nCodeV（ORA 公司产品，USA）——成像光学设计分析软件CodeV（ORA 公司产品，USA）——功能Zemax（Zemax公司，USA）——光学设计分析软件Oslo（Lambda Research Corporation 公司，USA）——成像设计分析软件Lightools（ORA 公司产品，USA）——照明光学设计分析软件ASAP(Breault Co.) ——照明光学设计分析软件3) 光学设计应用广泛眼镜照相机、CD、VCD/DVD 、DC、DV等扫描仪、复印机、投影仪等显微镜、内窥镜、X光机等日常照明、汽车车灯等望远镜、瞄准仪、测量仪器激光、卫星等光纤通讯等非成像光学、太阳能利用等Zemax 简介Zemax 公司开发光学设计软件• 功能完整（设计、分析、优化、公差分析等）• 使用方遍• 光线追迹算法—序列光线追迹—非序列光线追迹（蒙特卡罗算法）完整的数据表格式输入，编辑方便多功能分析（MTF 、点列图等）多种优化方式公差分析能力其他CAD 文件格式转换等Zemax 软件特点版本SE：标准版XE：完整版EE：专业版（可算非序列）Zemax 用户界面主要有四种用户界面—Editors: 编辑各种光学面参数或其他参数—Graphic Windows: 显示各种图形数据—Text Windows: 显示各种文本数据—Dialog Boxes: 编辑其他各种Window 的数据或报告错误信息。

1）EditorsLens Data Editor：输入透镜参数Merit Function Editor ：优化函数构建Multi-Configuration Editor：多重结构参数定义Tolerance Data Editor ：公差分析函数设定Extra Data Editor：附加数据Non-Sequential Components Editor: 非序列光学系统Lens Data EditorMerit Function EditorMulti-Configuration EditorTolerance Data EditorNon-Sequential Component Editor2）图形窗口Layout生成dxf 文件Ray FanMTF将物分解为各种空间频率的谱，光学系统的光学特性可视为对各种空间频率的传递和反应能力，从而建立光学传递函数的评价方法。

zemax 非序列面上的光斑大小
（原创版）
目录
1.介绍 Zemax 软件
2.解释非序列概念
3.阐述面上的光斑大小
4.说明 Zemax 在非序列面上光斑大小分析的应用
正文
一、Zemax 软件简介
Zemax 是一种光学设计软件，广泛应用于光学系统的分析和设计中。

它提供了一系列的工具和功能，可以模拟光学系统的性能，预测光学系统的成像质量，并优化光学系统的设计参数。

在光学研究、工程应用等领域具有重要的实用价值。

二、非序列概念解释
非序列，是指在光学系统中，光的传播并不是按照时间顺序进行的。

也就是说，在非序列光学系统中，光的传播并不是一个严格按照时间顺序进行的过程，而是可以同时进行多个过程。

三、面上的光斑大小阐述
面上的光斑大小，通常是指光学系统成像时，光源在成像面上形成的光斑的直径。

光斑大小通常用毫米或者波长来表示。

光斑大小直接影响到成像质量，一般来说，光斑越小，成像质量越高。

四、Zemax 在非序列面上光斑大小分析的应用
Zemax 软件可以在非序列面上分析光斑大小，通过模拟和计算，可以得到不同设计参数下的光斑大小，为光学系统的设计提供了重要的参考数
据。

此外，Zemax 还可以通过优化算法，自动寻找使光斑大小最小的设计参数，进一步提高光学系统的成像质量。