在光学设计中，Zemax是一款非常受欢迎的软件，它提供了强大的工具和功能，可以帮助设计师轻松地完成各种光学设计任务。本文将通过一个具体的例子，向大家展示如何使用Zemax进行光学设计。
一、设计背景
我们假设需要设计一款望远镜，需要观察远处的星空。望远镜的主要性能指标包括放大倍率、像差和亮度。我们需要通过Zemax软件，找到最佳的光学系统方案，以达到最佳的观察效果。
二、设计步骤
1.建立基本光学系统模型：在Zemax中，我们需要建立一个基本的光学系统模型，包括望远镜的主镜和次镜。可以通过手动输入镜片数据或者使用预设的镜片库来建立模型。
2.调整参数：在Zemax中，我们可以调整各种参数来优化望远镜的性能。例如，可以通过调整放大倍率和亮度参数来找到最佳的观察效果。
3.检测像差：在调整参数后，我们需要检测望远镜的像差。Zemax提供了强大的像差检测功能，可以帮助我们找到镜片上的缺陷和误差。
4.优化镜片：根据检测结果，我们可以对镜片进行优化。可以通过添加或删除镜片、调整镜片位置和角度等方式来改善望远镜的性能。 5.模拟观察：在完成镜片优化后，我们可以模拟观察望远镜的成像效果。可以通过调整望远镜的焦距和观察角度来查看不同情况下的成像效果。
6.调整和优化：根据模拟观察结果，我们可以再次调整和优化望远镜的设计。直到达到满意的观察效果为止。
三、设计结果
经过一系列的设计和优化步骤，我们得到了一个满意的光学设计方案。该方案包括两片反射镜，放大倍率为10倍，像差在可接受范围内，亮度较高。通过Zemax模拟观察，成像效果清晰、稳定，符合我们的预期。
四、总结
通过这个具体的例子，我们展示了如何使用Zemax进行光学设计。虽然只是一个简单的望远镜设计，但是它涵盖了光学设计的基本步骤和技巧。在实际应用中，光学设计需要考虑的因素很多，例如环境因素、成本预算、材料选择等。Zemax提供了丰富的工具和功能，可以帮助设计师轻松应对各种挑战。
基于zemax的反射式系统的结构设计
基于zemax的反射式系统的结构设计
基于zemax的反射式系统的结构设计 (1)1. 球⾯和⾮球⾯ (2)
2. 典型的反射系统 (3)
2.1 ⽜顿望远镜（抛物⾯镜） (4)
2.2 经典卡塞格林系统 (5)
2.3 ⾥奇-克列基昂（R-C系统） (6)
2.4 格⾥⾼⾥系统 (9)
2.5 马克苏托夫-卡塞格林式 (10)
2.6 施密特-卡塞格林系统 (14)
2.7 施密特弯⽉形卡塞格林 (16)
2.8 达尔-奇克汉卡塞格林 (16)
2.9 霍顿-卡塞格林（H-C系统） (17)
2.10 阿古诺夫-卡塞格林 (18)
2.11 普雷斯曼-卡⽶歇尔卡塞格林 (19)
2.12 "离轴"或"斜反射"反射镜卡塞格林 (20)
2.13 三反-卡塞格林（Three-mirror Cassegrain） (20)
3. 反射式的特点 (21)
4. 参考与鸣谢 (21)
5. 附录 (22)
1. 球⾯和⾮球⾯
球⾯只⽤⼀个参数即表⾯半径（或曲率）来定义。球⾯折射强烈，球差明显。
若使表⾯形状⾃光轴向外越来越平坦，则可以逐渐减⼩折射⾓，最终使所有光线会聚到同⼀焦点。
对⽐：球⾯边缘较陡，⾮球⾯平坦，可校正球差（主要应⽤）。
⾮球⾯不能只⽤⼀个曲率来定义，因其局部曲率在其表⾯范围内变化，常⽤解析公式描述，有时也⽤表⾯内坐标点的⽮⾼表⽰。最普遍形式是旋转对称的⾮球⾯，⽮⾼为：2
2i i z a r =
+∑，
其中，c 为顶点处基本曲率，k 为圆锥曲线常数，r 为垂直光轴⽅向的径向坐标；2i i a r 为⾮球⾯的⾼次项。
圆锥曲线常数k
表⾯类型 0 球⾯ K<-1 双曲⾯ K=-1 抛物⾯ -10
扁椭球⾯当⾮球⾯⾮旋转对称时，将其表⽰成双锥形表⾯形式或变形⾮球⾯形式。双锥形表⾯有沿正交⽅向的两个基本曲率和两个圆锥曲线常数；变形⾮球⾯在两个正交⽅向上还附加⾼次项。
⾮球⾯的另⼀个形式是超环⾯（即复曲⾯），超环⾯具有环形⾯包圈的形状。 当⾮球⾯的⾼次项为0，⾮球⾯采⽤旋转对称的圆锥曲⾯横截⾯形式，其性质：A.不论反射⾯还是折射⾯，圆锥曲⾯对于⼀组特定的共轭点⽆球差。如果⽬标位于表⾯的曲
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)
基于Zemax的牛顿望远镜的设计
1、简介
1670年，牛顿制备了第一个反射式望远镜。他使用凹面镜（球面）将光线反射到一个焦点，如图1，2。这种方法比当时望远镜的放大倍数高出数倍。
图1，2
老牛本准备用非球面（抛物面），研磨工艺所限，迫使其采用球面反射镜做主镜：将直径2.5厘米的金属磨制成一个凹面反射镜，并在主镜的焦点前放了一个与主镜成45°的反射镜，使经主镜反射后的会聚光经反射镜后以90°反射出镜筒后到达目镜。如图3，4。
球面镜虽然会产生一定的象差，但用反射镜代替折射镜却是一个巨大的成功。所有的巨型望远镜大多属于反射望远镜，牛顿望远镜为反射望远镜的发展辅平了道路。从牛顿制作出第一架反射望远镜到今天，300多年过去了，人们在其中加入了其他的设计，产生了许多的变形。例如，在牛顿式望远镜中加入一组透镜，就产生了施密特-牛顿式，除此之外，还有许多的变形，但他们的基本结构都是牛顿式的。
图3，4
在今天，世界上一些最为著名的望远镜都是采用牛顿式的结构。例如，位于巴乐马山天文台的Hale天文望远镜，其主镜的尺寸为5米；W.M. 凯克天文台的Keck天文望远镜，其主镜由36块六角形的镜面拼接，组合成直径10米的主镜；还有哈勃太空望远镜，也是牛顿式望远镜。
牛顿反射望远镜采用抛物面镜作为主镜，光进入镜筒的底端，然后折回开口处的第二反射镜（平面的对角反射镜），再次改变方向进入目镜焦平面。目镜为便于观察，被安置靠近望远镜镜筒顶部的侧方。
牛顿反射望远镜用平面镜替换昂贵笨重的透镜收集和聚焦光线，结构较简单。另外，焦距可长达1000mm而仍然保持相对紧凑，可以便携使用。不过，由于主镜被暴露在空气和尘土中，需要更多维护与保养。
然而，这个小缺点不阻碍这个类型望远镜的大众化，对于那些想要一台价格经济，但仍然可以解决观测微弱，遥远的目标的用户来说，牛顿反射望远镜是一个理想的选择。
2、优缺点
2.1优点：
1、同折射和折反望远镜相比，同样口径成本最低。因为大口径的反射镜比透镜的生产成本低很多。
