ZEMAX光学软件课程ZEMAX简介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。ZEMAX应用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：使用ZEMAX的三种方式CompletelysequentialZEMAX的主窗口文件菜单（File）EditorsEditors9.选择面型（SelectingSurfaceType）10.各面通光口径的确定（SpecifyingSurfaceAperture）11.设置和撤销求解（SettingandRemovingSolves）12.LDE窗口的菜单选项（MenuOptions）GraphicandTextwindows用来编辑其他窗口或系统的数据，比如General，FieldData，WavelengthData，GlassCatalog，LensCatalogs……序列模式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。数据编辑器系统数据Gen容易混淆的概念：ImageSpaceF/#；ParaxialWorkingF/#;WorkingF/#WorkingF/#=1/[2sin(5.76436)]=4.97822391ParaxialWorkingF/#=1/[2tan(arccos(0.9950372))]=5.00000496FieWavLensDataEditor表面数据的符号规则：曲面左凸为正，右凸为负；高度向上为正，向下为负；角度从光线向光轴，顺时针锐角为正，逆时针为负；厚度向右为正，向左为负单个透镜的例子练习：在ZEMAX中输入一个入瞳直径33.33mm的双高斯镜头。视场角设定0度、10度、14度，采用波长0.486，0.587，0.656，参考光为0.587，Layout如下：SurfaceType常用的分析诊断工具外形图外形图3.阴影图（ShadedModel）4.元件图（ZEMAXElementDrawing）Rayfanplot归一化的物、入瞳坐标。通过入瞳某一坐标【PX，PY】的光线在像面上有唯一的位置【EX、EY】，以PX、PY为横坐标，EX、EY为纵坐标，分别建立坐标系，把通过入瞳的光线都在坐标系里描点就得到了光线扇面图离焦、球差、彗差、象散的rayfanplot纯球差的光线扇面图。球差和离焦的光线扇面图。三阶球差的控制，我们用偶次多项式非球面来控制三阶球差。偶次多项式非球面的4次项控制可以控制3阶的球差，6次项可以控制5阶的球差……你可以试试控制更高阶的球差，也可以试试同时用离焦来平衡球差，看看Rayfan的曲线如何变化？彗差的光线扇面图如图所示。为了显示出彗差的rayfan曲线，我们设计了一个有偶次非球面的透镜，消除球差，移动透镜前光拦的位置，消除象散，使存在的彗差是像差的主要贡献，象散的光线扇面图如图所示。为了显示出象散的rayfan曲线，我们还用那个有偶次非球面的透镜，消除球差，光栏的位置在透镜表面，消除弯曲透镜，使彗差为零，使象散成为像差的主要贡献。常见的rayfan曲线OPDfan重新打开前面讲rayfan时的各个例子，看看各个基本像差的OPD曲线的特征。你会发现，OPD曲线与rayfan曲线很不一样，事实上他们有一定的联系，比如rayfan里的离焦曲线是入瞳坐标的一次函数，而离焦的OPD曲线是入瞳坐标的二次函数，其他像差也是如此，他们的OPD曲线都比他们的rayfan曲线高一阶。FieldCurv/Distplot我们来看子午场曲。我们来看弧矢场曲。畸变的示意图：优化ZEMA