zemax学习报告解读

1、ZEMAX软件学习报告摘要：目前我对ZAMAX光学设计软件进行了初步入门学习，简单了解了ZEMAX光学设计软件的实际运用的几个例子，以及对其步骤进行了详细理解。对其分析和运用过程的问题进行阐述。关键词：zemax运用例子 使用问题引言：ZEMAX是美国Radiant Zemax 公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照 明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能， 是套可以运算sequential （序列性）及 Non-Sequential （非序列性）光学设计的软件。ZEMA冼学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，

2、分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些 强大的功能都直观的呈现于用户界面中。ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。ZEMAX能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。ZEMAX的界面简单易用，只需稍加练习，就能够实现互动设计。ZEMAX中有很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。同时，也提供快捷键以便快速使用菜单命令。手册中对使ZEMAX时的一些惯用方法进行了解释，对设计过程和各种功能

3、进行了描述。ZEMAX前已经是被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，就是可以实现序列和非序列分析。在全球范围内，这款软件已经被广大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。hef斤戸TftdduiIhhnvrFU-iivEu 1 lumevd F*E Lfir: WSTindjktdEnf axuTMiRlrya.aMEajdlsMMM肯TC5-=U>iAE3LM .4AIM4. MMEOJJ . SE4EiM4觐 bAU"-L弊.克餐1&4曲站讯f'aindMdnf uiLT，纠第二步对光线特性曲线进行了

4、优化，通过动态调整特定镜片数据（选择边缘光高）正其离焦。生成新的光线特性曲线。HM*K-FE -OnMlTiUiMPI.ELlNENXHe Edli>>l SyHE 右站*耳仙| BaUiri W PL*| UM|i丨 Ctxi| Rrf| tpi HlJ 仙 | Em防|吋| W 敗|l御聊| 険hef T-pwThkemPFPtu -3 Iwrmavi V*e L Iv"mrv4；far: E-Jand b Edbfaxuj:EaMnUY3ME«工讯ECOS-TBTrljiiEaLM.>3a3M4. MMEOE0*；JJ.EE4E0Q-ggg_4）虹

5、MHUi“H韓沖$才Hu邮$机fruidudCnf 31H.VT4.4BWEd.iMMM:J.'r F«n吟怕TfM Fwn-iWW*>H屮济畏il严Cl ；第三步对图像进行了进一步的优化,通过对第1面的半径、第2面半径以及第2面的厚fw -4.r« r . i i定义一个评价函数（理想的镜头评价函数应为0）。度上设置变化的标志（Ctrl+Z），称为变量，这些变量可以用离焦来补偿球差。同时对镜片定义一个评价函数（理想的镜头评价函数应为0）。怛rm L-UMiFhiO. kU4£j然后对工具（TOOI）中的最佳化进行自动最佳数值设定,得到无缺省评价函数

6、的光线特性曲线。hJWMriFHirA i'IHi M：M> AiI Fl-I . LIU m Ha JlIT- JTl 1-Ai.K In .-PF I HtHfrrmr«SBiihFmiriuaHbahmreqj-a Jan = E-jDahlia lumiani Fail L luHuarJ'.Jpf kni-i1 9tLhL>：¥0iTHVB*Ut*FH<li Ld3 BAriUBl1 33!4 9lhii3-3UH »».493UUa gggEHAHurAaiiiEnEanLh p3 . L»l*&l

7、t;13a期mmwiIJrarRi L4<l4h&WM最后将焦距变化图变化以及多色光焦点漂移（Chromatic Focal Shift ）图展示出来。EFFL:WTNQt卫总此时一个F/4的镜片，焦距为100mm在轴上可见光谱范围内，用BK7玻璃的单透镜运用ZEMAX成基本设计。这次设计对ZEMAX输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（ rayfan），光程差曲线（OPD,和点列图（Spot diagram），确定厚度求解方法和变量，进行简 单的优化这几个方面进行了学习。2、双透镜(a doublet ):在我对使用ZEMAX寸单透镜进行了简单的设计后，我对双透镜设计进行了学习

8、。双透镜是单透镜设计的进一步延伸。首先在ZEMAX软件中如设计单透镜的数据进行基本录入，意思首先是对单透镜的设计， 在进一步设计双透镜，所以运用上一次设计数据。我们只需要在光阑面加一个面录入基本数 据以及玻璃类型。由于上次已有评价函数， 所以直接点击工具进行自动优化得到双透镜最原始的光线特性曲线。总Fit E空IDf* 知口A 直讯內Sitfirpjji'H MAOrfiSWMOw Hr|pTOTR- I DC对于双透镜的设计对光学相差进行了质的提高。然后用系统选项的跟新全部数据窗口。再将其光学像差变化图以及二维图和边缘厚度数据展示出来。_ h.i CTLpd 十ftrirtiS 辽H

9、U刘.3*汕UPT_dl.X l«na hu iu T3e1b.KID EIE- 91 aasftifucf: T屈*jjtduaIhLdlMiiLdif'aE.i-aG*JiC 5 lUJUIIM.-E&E L :Ju-FvindscilEnEinliMrifLnXbT0讯X円ETCE-xutdAEdTL.5S7STI73. MMCCBn12.9MEi?aO.iMMMdE=n±Arn-4.Y卫呦EV-A. SiLfLtAUsn.U .-<iSG：7aCi.MMWi4-LP9 Q伽斡141QZiVi轧 tndiirmisfinxvT .aa-1449

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11、Bi4 3由于到这步的时候基本是边缘厚度过小，所以需要修正边缘厚度，首先对镜片孔径放大。更新图层，再增加中心厚度保持边缘厚度在 3mm左右。再次更新表面数据窗口， 然后进行自动最佳化，再次更新系统数据。得到新的一系列光线特性曲线以及二维图、三维图。Ms ro sMihT0TR LMEFFL A?-.二,弋M 乩 -10 JI MAX Fl - EMHVWUU?.LwrinlBi:BICVI,OI JMEFTT"0 ilTh«a 2 iM».EldTOTH： T1 « ?4 a*W hif TT 亠寸> _ 匕L*斗RLIW"? Lrn O

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15、后通过分析新的光线特性曲线得出场曲为主要相差，场曲曲线图展示。通过双透镜的设计在单透镜基础上学到了产生图层和视场曲率图，定义边缘厚度解，定义视场角。3、牛顿望远镜(a Newtonian telescope ):牛顿望远镜是最简单的用来矫正轴上像差的望远镜，牛顿望远镜是由一个简单的抛物线形镜面组成的抛物线很好地矫正了所有阶的球差。同样的我首先录入了基本数据对镜面第一面进行初步设定，不同于双透镜，牛顿望远镜是一个全新的ZEMA）镜面设计。我需要设计一个1000mmF/5的望远镜，这暗指需要一个曲率半径为 2000mm的镜面，和 一个200mm的孔径。移动光标到第一面，即光阑面的曲率半径列，输入-

16、2000.0，负号表示为凹面。现在在同一个面上输入厚度值 -1000,这个负号表示通过镜面折射后， 光线将往“后 方”传递。现在在同一面的"Glass ”列输入“ MIRROR，选择“ System”，“General ”，然后 在“通用数据对话框 （General Data Dialog Box）”中输入一个200的孔径值，并单击“0K'。 得到基本的点列图和光线特性曲线。评定像质的一种较为简便的方法是将艾利（Airy）衍射斑加到点列图的顶部。进行此操作，可从点列图的菜单条选择“Setting ”，在“ ShowScale ”选项中选择“ Airy Disk ”，然后单击“

17、 OK。Re得到如下图所示的可以看到有一小簇的光线在六角环带的中心,RMS点尺寸是0。llpdatavcm+uU同昭副fClil+U0啊“_Cfrl+GRddaQrUf'V.inliTT4ii_.Orf-WMWOv«-ALlSl EfifunsiRflffifl+QitrATc也m 骷地r» 胆蚯酩 召letr會幅 Wkdow HelpIhLaniu2mll-zG*JiE 5 IUMJIM.-E*c L suimIMJu5EnLb|!liTLnLkvUM.OEIM'MW. MMCCaShl.QME'H"l.SMMM&ELIS1E.1

18、1 .-ilM&SK-HJwr i： %, F«rCp II h II *b< IB P E3 '.* . L .*t<i-r ujnrDUgrjm改变第一面的厚度着手，将之改为-800mm。现在移动光标到像平面，按Insert在主面与像平面之间插入一个虚构的面。新的面很快会被转换为折叠面。虚构面的作用只是简单地 用来安放折叠镜面。在新的虚构面上输入一个-200的厚度值，保持镜面到像平面的总距离为 -1000.0。现在单击“ Tools ”，“Add Fold Mirror ”，然后设置“ Fold Surface ”为 2,单击 “OK'。然后进

19、行一步自动最优化，再展示出此设计镜面的3效果图，可通过键入上下左右改变效果图展示不同角度。- HMfiK-F? -MUMUX1!yiMPtE!riLINI5.fMD(ifuEf: FvandftEdSPjFTUtdJIiEdAZurd*4C«rd BemIcS-=u>iAEai卑 Lm Pai* EtMxjrLdl Schwa Qp4dpi HsOpta nriu iion_Gbbtf Bvarch耐純拥叭 Memh府冲局irwc AJI Vrubka 61ihi MdbnArtrtior TvirplilF.TqlfTsW lifTMig TdUm-CV UTMIHTii T

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21、iHiE g Flf&iKng ftpmurfE &ECW AJI Ap«7tu-H.Rnpl*M VlnrttinFI WiHi Ap«rtu>nA4d 衍軽 耐mr -fi * dumy ±u4i&«TiVXhH；时hmf tn_.Maks FdcaLQuick iKXj5 g 啖"mixtlvtaB Fdd MmirCcnwrt to6roupSWh+Cul+BSWh+Cul+Q hHl+Oii+F在光阑前加入一个虚构的面。现在使得虚构面的厚度为900mm双击第一面的1Apm'i'-CwwI：

22、妙搭跻暑4Ms g tTOTRi 9-M円冲际昭1叱3磁喉1m：Ri ImuWFNO- iDlZ'S看上去更为实际，如果不是所有的表面都是可见的，选择“Sett ing，然后将第一面"Circular Obscuration ”)，在光束中“Standard ”，在对话框中为孔径类型选择圆形遮拦( 安放一个“遮拦(Obscuration ”，这样就考虑到了折叠反射镜阻挡了一些光束。为“最大 半径(Max Radius )”输入40,然后单击确定。和最后一面的选项分别改为 1和6,或单击“ Reset ”，然后按“ OK'。(Jj ZEMWC EE DJJEWX.SAM

23、RJP.LENUNHe Ednnrs-宰" 杯d、祖 Toois 阳ham曰iE5>cm WMow He極小|叶|曲A |b卩E3! Lm Dflt 6dh?rkill a Ihiiif¥i<S'ZBTidjLESEU>JjLE3CDGrd BE»ak.frind&EdCoard BemLTwi Km 帕JDQTOTH: MOCTinLLItnf Ll3E.pTif LriLtvamMcaC4MC0MM：?MM：CLO.aC4£O回” ace" .iUiXIKi3DL>mI 住闻也汕 5M>-gsL

24、M4站皿貫创FkM.4 dU HapjMeria Facia|WF«n 耳r Detaft呦商®d厂删L5HF4MRcWnK|DwwwH 1-tafaLvn EseF®如径冋 oannr bkhKBwFUrtKTiZ|DUM1WCMnRm 审 |Uh厂 SjHSPkFewLcriojrfisn|8时 ” |ClWK|rn¥¥wriP FWdi RavaClWV.厂$点嗚刖詁OHtrtZ:|6.www厂 Scrfhi NSCAPE igarOf. I Cnd I在设计牛顿望远镜的过程中进一步学学习了使用反射镜，圆锥常量，坐标中断，三维图 形。施密

25、特一卡塞格林系统是一个带多项式非球面矫正器的完全设计,相对来说较复杂，这也是我唯一学习的一个光学系统的完全设计。同样第一步仍是进行了初步录入数据，设定波长等等。然后二维图如下图所示。胚 Mb E<Hxjri d n凹t迂lLdl Sakwb OnHumifuEf:LuasriEIjtduaIhLarwiiLia3iM-I-3-U*E*K±u£-L-ZtJiE 5 iu£ua*lsEftC L :ixlul»d'Ju- *wF»and*EdCnEinliiiWfY0 讯STSETUtdfliEdek£ am Eif1. M

26、MCCw：5.4MEIMa”曲 oiM-AjZITrlACSEnELCiLFiii. M锻沁E.*3iMEfr3V-利q臟斡-14 IHWIP4l，申輯咖0和柯PPZtVifT：and&Ed!3f iniqr3.a37B3la”讯 MC4!Liy | UM | 耳裁 gl| | 剜 | 仙 | E»K |WFMO- S DIW1_曰冷hJSTOTRj fll我将加入辅助镜面，并安放像平面。我们以后将让ZEMA劝辅助面计算恰当的曲率。现在修改表格，使之如下表所示的以表达一个新的面。得到新的二维图像。Lt | UM | 耳划Pl | 跟 血Ms WWiJwifucf: jUBIh

27、沁 w2uU-zG*JiE 5 mujiM.-E*c L :UlulMFfandEdCnEinii-lilifLnLkv0讯脚弭STS5TU>dAEdEdan&Cjj1. MMCOan5 .4MEIMa”曲 O3C4Ahinder nid. R炖HG.aiMEa3Q.iUMM貝-3t幹曲韓4fTindJLEdCef smTZB. MMCgEI7JK%Z.atMTJamccEiS-=U>1AE3n£umE.iJ .7T24K-C氓 LW- CW 6<M<»r然后选择“ Editors ”，如前面一样确定评价函数。然后进行自动优化。展示出光线特性

28、曲线，评价函数可以直接关闭，自动保存。HMiK-FE - PUF!iAJLri!UJWH FC,!L即| UM |耳甘Ctrf|叩|対 血I中* I E叱frtiMffi- M*CrCrS fWWfirw Ht韵fuH;町*f-xandiiiEdWinder nfTlMiLEdEnEanL-iiCntLamirn£LI5E.|TfiTWyL. MMCC：LA£U>±AE3ntsEUC-Ttnf nE-pw I叫|呻 仙| 3 护用ITe宅V«luv Eee丄和L : HfJTSo3CT5J ElUXbBUDAHhElE=S1U UB-'Al

29、fE££BE =UUCOA 4| E EXIQI i 1£U4 :VtrriHRHpLr Wiiicmi'F bom4«Ey cnnvlr-idnv4 : earnBLKFHe- laiEiiU" gLtai EluEmavbSEndjhEy ramr-iiHEH.G GlL£X:aua>*cusa £:tL.罕珂19漳曲期9Q ,4314? ” La-ISb3 |.9*a Lii13,1 7il«3i|r :DSDKIGHH1a .awiEiMa .aooEiHa .IB4N9-4E3L.74iSm

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32、型，从所显示的对话框选择LlpdflF Siting c Prinr Wndr 1>n /nnmCQT 0 HUB CEC!：EIU GCA-E Id iSM _#jEC «.b lLl'；门加计卅"鞋山弓?中hjjjjSCftT TBiTB .:D. Dosoao&.zieMTC. D4i«DP.M1WPD. UICHta.H51SZ1L3-. *>49041D.MSCiaS!b. UHMb&.M3M0D.C41MDt>. 3S3«»b.UKiL»tf. aC*>4i0TOTRi 73

33、EVENASPHER”这种面型允许为非球面校正器指定多项式非球面系数。单击OK在第一面向右移动光标直到“ 4th Order Term ”列，键入 Ctrl-Z。这样就给这个参数设置了一个变量标记，当前为0。也在“ 6th Order Term ”和“ 8th Order Term ”上设置变量标记。Ljan fua w iMriFFLi W.HBH4WFMC« T.-RiriV丹IDiTOTHi TL*11i/? ZEMAX EVDWJ.tAMPlElSNLZM覚 Li Dili! tLcrEU£f：lTP*也 £1*e Ttia(31 M*x TtnEels

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35、aHhna mJ* g Zf JiMBE«lbFibb -3 iMreiavrf J “ dr*a Th fm14lh 1Ei.an4*rrir«4P BHL&grafLKIB3 -3Cs3ta-3d A-3&3E-3flTfit»n Jb卢kCIAd KldU1 MUiHnIG MAabS» aaauia"ZdraiF 讯 F *>!时.ka<RvramEa-*3-¥HivinRE .PTl+i0 KEK>SnBMAEQ-h i. .vmm C. MRKauunffi.graaxi匚HAH.amLH

36、Ld'EnCliHLH.pa .aHE«!iQ.CMKimew brc再次进行自动优化处理得到了光线特性曲线。Lav I LU I >H时！-3| FmkJ I fed I HI Phi I Era. IIIWS. iJ'irrr Hw4prIK nJI !.-,««然后打开视场角，调整设计。从主菜单，选SYSTEM , FIELDS，并将视场角的个数设置为3，输入y-角0.0, 0.3和0.5度。点击系统选项中的更新得到新的光线特性曲线。TOTHi 71订七I恥荷再次进行自动优化处理，此时已经很好的平衡了相差。L舉 | UM | 耳封 Ct

37、rf阳 | 剜 | R# | Erwa4 IBLMT*4 iHLHST-k IHUQ -$ lana：'T idEDliAflwai* fwtiiwr RW0g*E t.二 T£住:Mvrfe furctkfi Ednor: IiJMLOlE-CU EOT； TOQrFiji Lw DJIZi E6iorifucf: T屈*±M«riKIhLarwiiLiif'aE.i-aG*jie 5 iu£ua*d.!fxn 如T*x*4 ULFvindSiEiaErrtlniiiifLriHTEnEdni*|imIna Ajpbei-SCI 01.

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41、. MJMO<. W1W&0. M3?LIt>. 313U1O.MIMaH. wr-s&如果进一步用这个设计的望远镜来拍摄，就会对调制传递函数（MTF进行分析。下面我对初步的MTF图进行了展示，以及进一步设定孔径类型以及设定菜单内的最大半径进行了设定。得到了新的二维图形如下图所示。I l ' M ifa uggUfa i-vLLH Mi W 职EMPO 10TOTR. 51I -3E-3»-S-3；严 ZEMAX-EE MEwX114PL£!r11lEN4.2WKFJ* CdhiD«w. Syrww 血皿巧pck T&Mw R«fxirc<. MthcvErc ifiHiimgAncI4c4pHI*也Priw iWndi>w T“ fo-n*Lw | LU | 竺 Dpd Raj | S巴 Hd 卜胫 9 115养1胡 Gia | Lm |AlEf ： T-FMIGjviiiu?Mi3UIThachnvnSwu-iMceEPsvd.-rP«e -1 !*jnuiwd：>PliE L IU3QB»d：7it4HJaiigfrucaLTiEnLILpllXLIU-E«.b-3MM5TCEm Kjfi*ei-!&