zemax光学设计笔记[1]-通过简单例子入门
作者：互联网
zemax设计流程
软件：ZEMAX 2005（绿色版）
设置->镜头数据编辑(镜头材料选择、镜头相对位置、镜头角色)->分析->优化
最后设计出来的参数应该符合物理规则，折射率不能为无限大。
镜头数据编辑器
镜头数据编辑器跟Excel表格差不多，除了表面类型和标注，其他列都是有两个小列，第一个小列主要是参数的具体数值，第二个小列是设置求解类型的，主要用于优化的时候设置变量。
主要是编辑光学系统光阑依次通过的一些光学元器件的参数，从物面到光阑，到像面。中间的其他面可以insert 或者 ctrl+insert向上或者向下插入新的层。
主要关注:OBJ物面，STO光阑，IMA像面，Comment备注，Radius半径,Thickness厚度，Glass玻璃材料,clear Semi-Diameter净口径,Surface Type表面类型
表面类型:
- 标准面 Standard
- 偶次非球面 Even Aslphere
- 衍射光栅 Diffraction Grating
- 坐标间断(空间分隔) Coordinate Break
每个光学系统从物面 (OBJ) 开始,经过光阑(STO),到像面 (IMA) 结束 - 光阑：控制光束通过多少的设备，光阑可以是光学系统中某一个光学镜面，也可以是一个单独的平板孔径（或光圈）
- 入瞳：光阑在物空间的像为入瞳
- 出瞳：光阑在像空间的像为出瞳
常用玻璃库：成都光电CDGM[http://www.cdgmgd.com],SCHOTT
材料特性
- 折射率
- 色散
- 透过率
- 阿贝数
- 冷热特性
- 硬度
- 均匀性
- 耐酸碱性
- 质量
- 折射率分布
常用玻璃材料
- ZF2
- N-BK7
常用塑料材料
- OKP-1 优点：高折射率
- OKP4HT 优点：高折射率
- OKP4 优点：双折射
- APL5514DP,APL5514ML,APL5514CL 优点：高透过率，低双折射
- EP5000 优点：低双折射
- E48R 优点：低双折射，耐高温
- K26R 优点：高折射
- PC-AD5503 优点：高折射，高吸水率
- PMMA 优点：低折射、低双折射、高透过率、高吸水率
常用镀膜
- \[CaF_2 \]
几种分析模式
序列模式
非序列模式
混合模式
复杂几何体（例如 自由曲面）
静态导入
动态导入（zemax可以调整物体形状）
布尔物体（不推荐）
zemax优化操作数
[https://www.optkt.cn/article-869.html]
设计一个单透镜(用zemax进行光学设计的一般模式)
[https://blog.csdn.net/Carifee/article/details/119106268]
设计约束（设计目标）
| 规格 | 约束 |
|---|---|
| 焦距 | 100mm |
| 半视场角SFOV | 5 ° |
| 波长 | 632.8nm(HeNe) |
| 单透镜中心厚度 | 2-12mm |
| 单透镜边缘厚度 | >2mm |
| 优化标准 | 全视场RMS均方根半径平均值 |
| 物体位置 | 无穷远 |
定义整体系统
设置选项卡 (The Setup Tab) >系统组 (System Group) >系统选项 (System Explorer) >系统孔径 (Aperture)
像方空间F/# = 4
有效焦距 = 100mm
入瞳直径EPD = 25mm
系统选项 (System Explorer) >单位 (Units) ，选择镜头单位 (Lens Units) :毫米。
定义视场
有5种模式
- 角度 Angle
- 物高 Object Height
- 近轴像高 Paraxial Image Height
- 实际像高 Real Image Height
- 经纬角 Theodolite Angle
一般物体位置无穷远(无限共轭）会涉及视场角FOV
点击系统->视场打开视场数据编辑器
角度定义视场，三个视场(0,0,权重1),(0,3.5,权重1),(0,5,权重1)
设置波长
波长设置为0.6328um,权重1
设置镜头数据
镜头数据编辑器中的每一行表示一个表面。因此，由玻璃分隔的两个表面组成一个单独的元件，我们会看到透镜前表面、透镜后表面等名称。在Zemax中，材料用于区分透镜前后表面。
| 表面类型Surf:Type | 备注Comment | 曲率半径Radius | 厚度Thickness | 玻璃材料Glass | 净口径Semi-Diameter | 圆锥系数Conic | 膜层Coating |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 物面 标准面 | 物面 | 无限Infinity | 无限 | 无限 | 0.0 | ||
| 光阑 标准面 | 前表面 | 无限 | 4.000 | N-BK7 | 12.5 | 0.0 | |
| 标准面 | 后表面 | 无限 | 100.000 | 12.730 | 0.0 | ||
| 像面 标准面 | 像面 | 无限 | - | 21.479 | 0.0 |
求解
当光学设计存在约束时，保持这些约束的方法有两种:
- 将影响这些约束的参数设置为变量，并将边界约束添加到评价函数编辑器 (Merit Function Editor) 中；
- 使用内置的求解功能来执行约束，消除不必要的变量。
设置前后表面、像面净口径的求解类型为自动
设置后表面的曲率半径求解类型为F数，值为4，回车可看到曲率半径自动改变。
布局图Layout分析
点击分析->草图->2D草图
点列图Spot Diagram分析
点越小越好，直径一般要达到500um左右.
点击分析->点列图->标准
光程差图OPD Fan分析
光程差图是光程差随光瞳坐标变化的曲线。
点击分析->特性曲线->光路
光线光栅图Ray Fan分析
光线像差图是光线像差随光瞳坐标变化的曲线。一般情况下，当一条光线通过光学系统到达成像表面时，它的交点落在离主光线较小但非零的距离上。
点击分析->特性曲线->光线像差
优化：设置变量和搭建默认评价函数
zemax优化操作数变量
设置变量
有一些参数需要设置为常量作为约束，有些参数可以设置为变量用于求解。
前表面：曲率半径和厚度求解类型都设置为Variab变量
后表面：厚度设置为Variab
评价函数
评价函数(Merit Function) 是光学系统与指定目标的接近程度的数值表示。在评价函数编辑器中，OpticStudio使用操作数列表，这些操作数分别代表系统的不同约束或目标。当评价函数构建完成后，OpticStudio中的优化算法会尝试使评价函数的值尽可能小。
编辑评价函数：
评价函数编辑器的菜单栏选择优化向导与操作数(Wizards and Operands)>优化向导( Optimization Wizard )
备注：zemax2005没有找到
优化(optimize)>执行优化(optimize)->自动(Automatic)
点击工具->优化->优化->自动
优化：评估
点击系统->更新
重复分析步骤查看点列图等，判断是否符合设计需求
导出
点击工具->导出数据->导出IGES/STEP/SAT/STL实体
标签：镜头,入门,视场,编辑器,笔记,zemax,设置,表面,优化 来源： https://www.cnblogs.com/qsbye/p/16558352.html