Zemax软件设计教程_1

ZEMAX光学软件培 训课程中国科学院长春光学精密机械与物理研究所CIOMP.CAS

ZEMAX简介

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ZEMAX是一个使用光线追迹的方法来模拟折射、反射、衍射、偏 振的各种序列和非序列光学系统的光学设计和仿真软件。 ZEMAX的光学设计功能体现在使用序列模式设计传统的光学成像 系统，平衡优化成像系统的像差，分析评价成像质量，给光学系 统分配合适的公差等方面。 ZEMAX的仿真功能体现在使用非序列模式、物理光学传播、热分 析等功能模拟和仿真实际的光学系统方面。 ZEMAX有三种版本：ZEMAX-SE(标准版)、ZEMAX-XE(扩 展版)、ZEMAX-EE(工程版)。只有ZEMAX-EE的功能最为全 面。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Ciomp.CAS

ZEMAX应用ZEMAX可以用于相机镜头、望远镜、显微镜、 照明系统、显示系统、干涉仪、光通讯器件等 各光学系统的设计和仿真

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ZEMAX不能做什么？ZEMAX软件和使用手册都不会教您如何设计镜头和光学系统。 ZEMAX功能是很强大，但是把握和引导光学系统的设计、优化方向， 判断系统性能的只能是你。如果你对光学设计感兴趣，推荐书单： 作者 袁旭沧/张以谟 书名 光学设计/应用光学

Joseph M. Geary Introduction to lens design: with practical ZEMAX example

Gregory HallockR. E. Fischer Smith,Warren

Practical Computer-Aided Lens DesignOptical system design Modern Lens Design

Laikin

Lens Design

*这次的ZEMAX软件培训目的是尽我的能力，给大家展示ZEMAX的 强大功能，跟大家一起学习如何使用这些功能。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Ciomp.CAS

使用ZEMAX的三种方式Completely sequential: *应用于传统的镜头设计和大多数的成像系统 *应用这种模式时不能进行散射和鬼象分析 Hybrid sequential/non-sequential *应用于有很多序列元件，又有一些非序列元件(比如棱镜或光管)的系统 *必须使用“ports”作为光线进出非序列元件组的端口 Completely non-sequential *应用于照明、散射和杂光分析。光线沿任何物理上有效的路径传输 *这种模式下非序列元件不使用“ports”

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Completely sequential 以光学面(surface)为对象来构建光学系统模型； 光线从物面开始(常为surface 0) 按光学面的顺序计算(surface 0,1,2…),对每个光学面只计算一次； 每个面都有物空间和像空间； 需要计算的光线少，计算速度快； 可进行analysis,Optimization及Tolerancing

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ZEMAX的用户界面ZEMAX的用户界面有四种允许输入和分析系统数据的窗口： Editors 定义和编辑光学表面和其他数据 Graphic windows 显示图形数据 Text windows 显示文本数据 Dialog boxes 编辑和回顾其他窗口或系统的数据，或者用来报告错误信息和其他的一些 目的。

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ZEMAX中的editors本质上是为满足透镜设计程序而专门设计的电子数据表： Lens Data Editor 输入基本的镜头数据，包括表面编号、注释、表面类型、表面曲率半径、 厚度、玻璃、口径半径、二次常数、热膨胀系数和膜层数据 Merit Function Editor 在这里定义和编辑优化函数 Multi-Configuration Editor 给变焦距透镜和其它的多结构系统定义参数变化表 Tolerance Data Editor 定义和编辑公差 Extra Data Editor 一个扩展的透镜数据编辑器，为那些需要很多参数才能定义的表面准备的， 比如表面类型Binary 2 Non-Sequential Components Editor 在这里定义光源、光学对象、探测器中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Ciomp.CAS

Editors

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Graphic and Text windowsZEMAX的图形和文本窗口都为评价和分析光学系统的性能提供 了有力的帮助。

ZEMAX的有些功能只支持图形窗口(比如layout,3D layout) , 有些功能只支持文本窗口(如System Data,Prescription Data,Ray Trace,Seidel Coefficients),有些功能既有图形窗口也有文本窗 口(如Ray Fan,OPD Fan,Spot Diagram)对于后者，除了图形窗口，如果你要查看文本窗口的内容，点击 菜单栏中的“Text”

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Dialog boxes用来编辑其他窗口或系统的数据，比如General,Field Data, Wavelength Data,Glass Catalog,Lens Catalogs……

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序列模式

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这种模式下的光学设计和仿真可按照下列步骤进行： 1.输入系统数据 2.输入透镜数据/修改透镜数据 3.检查、分析模型，考虑是否修改透镜数据或者考虑优化方向 4.优化、评价模型性能 5.公差分析 6.出报告、画工程图 设计过程中，第3步的结果不好的话，你可能需要返回到第2步重复设 计；第4步完成后达不到期望的性能，也需要返回到第2步重复设计， 直到设计结果能满足需求；但是即便如此，你也只得到了一个停留在 纸上的设计方案，只有在进行了公差分析，证实这个设计是可以加工 和装配的，设计才算基本完成，否则还是要回到第2步重复整

个过程。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Ciomp.CAS