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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（Spotdiagram），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。
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。
第1节ZEMAX软件操作要点一ZEMAX中DMD设置图1二复眼设置图2三断点设置1 断点定义见“”144页如果将“次序”标志设为0，ZEMAX先在X方向偏心，然后是Y（因为这两个坐标是正交的，所以它们的顺序无关紧要）。
然后ZEMAX绕当前的局部X轴倾斜。
注意，绕X轴旋转会改变Y和Z轴的方向。
然后绕新的Y轴旋转，改变X 和Z轴的方向。
最后，再绕所得的Z轴旋转。
图32 断点应用反射光轴转90°时，断点设置如图4的左图，序号5是反射面转过－45°（反射面未转前正对光轴，逆时针旋转为负），出射光轴的垂直接受面，应是序号9反射面绕光轴反射点顺时针旋转135°，再后移到制定位置。
如果反射镜转过＋5°，为了使接受面仍垂直于光轴，接受面需转过－5°，如图4右图所示（见“1-DM合色折反楔镜设计2.ZMX”）：图4楔镜设置如下图5，注意楔镜前表面设置同图4右图，后表面利用了：操作，其作用是将后表面沿与前表面平行面，旋转－5.5°，其它不变（见“1-DM合色折反楔镜设计2.ZMX”）。
注意：在含有棱镜的测量光路，或照明光路中，棱镜多用断点来设置。
这样做的好处是可以对棱镜的角度，光轴长，材料等进行优化。
图43 一些常用断点设置3.1整组倾斜设置方法1图53.2整组倾斜设置方法2图6 3.3 单独校倾斜与平移图7四公差设置1 公差输入对话框图8 对ZEMAX2009版：图9五外部物体和光源的载入*.IGS－物体载入AUTOCAD 创建非连续体图形（如非标准形CPC），以*.sat存出，TracePro 读入，再以*.IGS存出，将其拷贝到“D:\Program Files\ZEMAX2009\Objects\CAD Files”中，在ZEMAX2009中，非序列模式里如下操作即可载入：图10*.IGS－光源载入AUTOCAD 创建非连续体图形（如非标准形CPC），以*.sat存出，TracePro 读入，再以*.IGS存出，将其拷贝到“D:\Program Files\ZEMAX2009\Objects\CAD Files”中，在ZEMAX2009中，非序列模式里如下操作即可载入（非序列体类别需选Source Imported）。
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。
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（Spotdiagram）、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。
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@【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 diagramspot 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@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。
