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ray fanray 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。
这个点就作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。
15. 4利用ZEMAX 像质优化与设计举例ZEMAX 提供了十分强大的像质优化功能，可以对合理的初始光学系统结构进行优化设计。
设计中光学结构参变量可以是曲率、厚度、玻璃材料参数、圆锥系数、参数数据、特殊数据和多重结构数值数据。
本节首先，通过消色差双胶合望远镜物镜设计和参数分析，介绍利用ZEMAX 默认评价函数的优化设计过程。
然后，通过光路中有棱镜的望远物镜、显微物镜和目镜设计举例能，介绍像差补偿、几何像差控制等在ZEMAX 中的实现以及锤形( Hammer)优化的简单应用。
最后通过变焦物镜设计介绍ZEMAX 中多重结构设计实现。
15.4.1消色差双胶合望远镜物镜设计消色差双胶合物镜设计要求见表15.131)初始结构参数确定初始结构参数确定通常有两种方法，本设计采用初级像差理论求解初始结构方法。
望远系统一般由物镜、目镜和棱镜式或透镜式转像系统构成。
望远物镜是望远系统的一个组成部分，其光学特性的特点是:相对孔径和视场都不大。
因此，望远物镜设计中，校正的像差较少，一般不校正与像高的二次方以上的各种单色像差(像散、场曲、畸变)和垂轴色差，只校正球差、彗差和轴向色差。
在这三种像差中通常首先校正色差，因为初级色差和透镜形状 无关，校正了色差以后，保持透镜的光焦度不变，再用弯曲透镜的方法校正球差和彗差，对已校正的色差影响很小。
由初级像差理论可知，双胶合透镜成为消色差双胶合透镜的条件是，双胶合透镜的正负光焦度分配应满足下式:12φφφ=+，1112V V V φφ=-，2212V V V φφ=- （15.22）式中:φ、1φ，和2φ分别双胶合物镜、正透镜和负透镜的光焦度(焦距值的倒数)，1V 和2V 为正负透镜所选玻璃的阿贝数V 。
本示例中，正、负透镜的玻璃材料分别选用K9和ZF1，对应的n 1d =1.. 51637 , V 1=64. 07 , n 2d == 1. 64767 ,v 2=33. 87。
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。
本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==zemax实验报告篇一：ZEMAX 实验报告基于基本透镜组的照相物镜设计Zemax设计报告徐昕 10272055设计目的通过对设计一个以基本透镜组为基础的照相物镜，学会Zemax软件的基本应用及操作。
设计要求设计一个照相物镜，系统焦距f’=9mm，相对孔径1:4设计过程1.系统建模1.1选取初始结构从《光学设计手册》（李士贤，郑乐年编，北京理工大学出版社，1990）中选取了一个1.2系统特性参数输入在General系统通用数据对话框中设置孔径和玻璃库，如图1-1，图1-2。
打开视场设定对话框设置5个视场，如图1-3。
打开波长设定对话框点击“Select>>F,d,C(visible)”自动加入三个波长，如图1-4。
表1-1图 1- 1图 1- 2图1- 3图1- 41.3初始结构输入对照表1-1，在Lens Data Editor中输入初始结构，如图1-5。
利用Zemax中的“solve”功能，求解透镜组最后一面的厚度。
选取需要设计的单元格，在“Solve”中选取“Thickness”，弹出“Thickness Solve on surface 7”求解对话框。
在对话框“Solve type”中选择“Marginal ray height”，将“Height”值输入为“0”，表示将像面设置在边缘光线聚焦的像方焦平面上，如图1-6，图1-7。
图 1-5图1-6图 1-71.4调整系统焦距打开“System Data”系统数据报告窗口，查看系统现有焦距，为65.65414mm，如图1-8，与设计要求不符，需要通过缩放功能进行调整。
选择“Tools>>Scale Lens”,缩放因子为9/65.65414=0.137082，在Scale By Factor缩放因子后填入0.137082，如图1-9。
Zemax和Tracepro光学仿真软件的教学实践与探索摘要：以三片式照相物镜的设计为例，简单介绍了Zemax和Tracepro两种光学仿真软件，对这两种仿真软件的输出结果进行了详细的比较分析，给出了这两种光学仿真软件的优缺点，提出了对于一个复杂的光学系统的仿真设计，可以结合这两个软件进行综合设计，比如，对于一个光学系统，可以先使用Zemax软件进行优化，完成后再使用TracePro软件进行光线追踪，最后在成像面进行成像质量分析，光照度/辐照度分析及人眼视觉成像分析等。
对相关的专业教学人员和软件使用人员有一定的参考价值。
关键词：Zemax; Tracepro;光学仿真软件;教学探索基金项目：华南农业大学校级教改项目（JG21137）0 引言光学仿真软件的教学是光学、光电、光机电等专业课教学工作的重要组成部分。
常见的光学仿真软件有CODE-V、LightTools、Zemax、Tracepro等[1-5]。
这些光学仿真软件都有自己的优势和不足之处。
ZEMAX目前是光电子领域熟知的光学设计的首选软件。
该软件拥有两大特点，可以实现序列和非序列分析。
在全球范围内，这款软件已经被广范的应用在设计显示系统，照明，成像的使用系统，激光系统以及漫射光的设计应用方面。
ZEMAX 有三种不同的版本：ZEMAX-SE （标准版）；ZEMAX-XE（扩展版）；ZEMAX-EE（工程版）。
ZEMAX应用领域有Projector，Camera，Scanner，Telescope，光纤耦合，照明系统、夜视系统等。
Tracepro 也是一款功能强大、准确性高、介面友善、易学易用的光线追迹光学仿真软件，TracePro拥有完整成熟的视窗介面，其直觉友善的设计架构，可以非常快速地让使用者熟悉软体的操作。
TracePro使用ASIC实体绘图引擎作为其CAD的运算核心，能轻易地新建或汇入光学模拟所需的固体模型。
目前主流的CAD软体均有支援ACIS规格(SAT档)，故其几何转档上的相容性极高。
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)
此图是设定视场和色光的波像差三维分布图，下方表格中的数字给出了波差的峰谷值。
4、点扩散函数(PSF)和包围圆能量(Encircled Energy)
Huygens PSF表示了像面上点扩散函数的二维分布情况，并说明了点像的分布范围，
图中左下方给出了斯特列尔比（STREHL RATIO）S.D.。
Diffraction Encircled Energy为包围圆能量图，横坐标为圆半径，纵坐标为在对应圆范围内光能量占总光能的百分比，
根据占总光能30%所对应的圆半径，即可分析得到系统的分辨率极限。
5、传递函数MTF
定义调制传递函数MTF为：一定空间频率下像的对比度与物的对比度之比。
横坐标是空间频率lp/mm（每毫米线对），纵坐标是对比度，最大为1。
.曲线曲线越高，表明成像质量越好。
