ZEMAX的案例
Zemax案例 | 基于Zemax超細內窺鏡光學系統(tǒng)的設計
向陽教授團隊借助Zemax軟件的強大功能，完成了從初始結構搭建、像差優(yōu)化到性能驗證的全流程仿真設計，確保了方案的可行性與先進性。
1.初始結構建模：精準匹配設計指標
設計之初，團隊依據行業(yè)標準與實際應用場景，確定了12項核心指標（如光學直徑≤0.8mm、F#≤30、像方分辨率≥90.8 lp·mm?1等）。在Zemax軟件中，團隊通過“專利庫結構調用+參數化建模”的方式，快速搭建了系統(tǒng)初始模型：
物鏡部分，選用膠合透鏡結構消除色差，結合Zemax的材料庫功能，篩選高折射率玻璃材料減少透鏡曲率，降低畸變等像差；傳像系統(tǒng)采用5組短棒鏡組成中繼系統(tǒng)，通過Zemax的多組元系統(tǒng)建模功能，精準控制每組棒鏡的間距與相對位置，避免傳統(tǒng)長棒鏡的偏心與斷裂問題；目鏡部分則通過雙膠合透鏡與單透鏡組合，利用Zemax的焦距匹配工具，確保放大倍率與CCD像高的完美適配。
圖1 光學系統(tǒng)結構圖
2. 像差優(yōu)化：突破細徑系統(tǒng)性能瓶頸
細徑光學系統(tǒng)的像差控制是設計難點——入瞳直徑小、視場角大，易產生球差、彗差、場曲等多種像差。團隊借助Zemax的高級優(yōu)化功能，實現了像差的精準抑制：
在物鏡優(yōu)化中，通過Zemax的“DMVA、CTGT”等操作數嚴格控制透鏡尺寸，利用“RAID”操作數提高像方遠心度，確保與傳像系統(tǒng)的高效銜接；傳像系統(tǒng)優(yōu)化中，針對棒鏡口徑超限問題，通過Zemax的玻璃替換模板工具，選用H-ZF73、LaF5等特種玻璃材料，提升光線偏折能力，將透鏡直徑控制在0.8mm以內；同時，利用“LONA、AXCL”操作數減小軸向像差，使系統(tǒng)成像質量達到衍射極限。
在整體優(yōu)化階段，Zemax的多波長像差分析功能發(fā)揮關鍵作用——團隊針對486nm、588nm、656nm三個特征波長，同步優(yōu)化像差，確保全可見光波段的成像穩(wěn)定性。
展開 Zemax案例 | 基于Zemax大型階梯軸直徑測量光學系統(tǒng)的設計突破
通過Zemax軟件模擬調整反射鏡位置，實現三重技術效果：
修正光軸同軸度誤差，減少角度偏差，提升光束準直性；縮短系統(tǒng)工作距離，助力測量設備小型化；降低裝配誤差對測量精度的影響，為后續(xù)優(yōu)化提供基礎；
圖2 改進后測量系統(tǒng)原理圖
（三）Zemax仿真：從參數設定到系統(tǒng)優(yōu)化
整個光學系統(tǒng)的設計與優(yōu)化過程均基于Zemax軟件完成，確保了設計的科學性與可靠性：
參數設定與初始結構選擇：根據測量需求，設定系統(tǒng)性能指標，如表1所示。參考《實用光學技術手冊》[3]選擇初始結構，基于Zemax的縮放功能適配像面尺寸。物像方遠心光路優(yōu)化：在Zemax中設置優(yōu)化操作數，調整遠心度、瞳距、鏡片厚度及空氣間隔，分別完成物方與像方遠心光路設計。選擇重鑭火石玻璃作為鏡片材料（折射率1.81，阿貝數40.8），兼顧透光性、穩(wěn)定性與加工性。優(yōu)化后，物方遠心系統(tǒng)艾里斑半徑9.605μm，RMS半徑5.104μm；像方遠心系統(tǒng)艾里斑半徑6.405μm，RMS半徑2.343μm，均滿足設計要求。雙遠心系統(tǒng)集成優(yōu)化：將物方與像方遠心系統(tǒng)組合，以鏡片曲率半徑、厚度、空氣間隔為優(yōu)化變量，在Zemax中對遠心度、調制傳遞函數（MTF）、場曲、畸變等指標進行綜合優(yōu)化。最終形成的雙遠心系統(tǒng)由8片透鏡組成，如圖3所示。結構總長度350mm，景深8.2mm，完全適配大型階梯軸測量的空間需求。
表1 物像方雙遠心系統(tǒng)主要技術指標
圖3 雙遠心系統(tǒng)結構圖
基于Zemax的仿真驗證
（一）核心性能指標仿真結果
調制傳遞函數（MTF）：MTF是評價光學系統(tǒng)成像質量的核心指標，反映系統(tǒng)對細節(jié)的分辨能力。
展開 從Zemax導入光學系統(tǒng)
Zemax是一個分布均勻的光線追跡軟件。 VirtualLab Fusion允許從Zemax文件導入具有完整3D位置信息和玻璃的光學系統(tǒng)。 導入在兩個軟件包之間有著人性化的接口。 導入過程后，光學系統(tǒng)的結構數據將在VirtualLab Fusion中顯示為幾個組件。 VirtualLab允許將單個光學界面組合成組件。 將Zemax系統(tǒng)導入VirtualLab后，可以通過光線追跡和場追跡來分析光學裝置。
摘要
導入Zemax 文件的預處理
?用戶PC需要安裝Zemax（最低版本15.5 SP2）。
??需要Zemax的有效許可證（需要插入加密狗）。
?在VirtualLab Fusion的全局選項對話框（Global Options Dialog）中，請將Zemax用戶數據的路徑（Path for Zemax User Data）設置為Zemax的“Glasscat”文件夾所在的地址。
?文件(File)→導入(Import)→導入Zemax系統(tǒng)(Import Zemax System)
?然后打開Zemax鏡頭樣本文件，其擴展名為“.ZMX”，其中包含結構數據。
?或者，您可以將Zemax文件拖放到VirtualLab中并執(zhí)行導入。
展開 [VirtualLab] 從Zemax導入光學系統(tǒng)
摘要
Zemax是一個分布均勻的光線追跡軟件。 VirtualLab Fusion允許從Zemax文件導入具有完整3D位置信息和玻璃的光學系統(tǒng)。 導入在兩個軟件包之間有著人性化的接口。 導入過程后，光學系統(tǒng)的結構數據將在VirtualLab Fusion中顯示為幾個組件。 VirtualLab允許將單個光學界面組合成組件。 將Zemax系統(tǒng)導入VirtualLab后，可以通過光線追跡和場追跡來分析光學裝置。
導入Zemax 文件的預處理
?用戶PC需要安裝Zemax（最低版本15.5 SP2）。
??需要Zemax的有效許可證（需要插入加密狗）。
?在VirtualLab Fusion的全局選項對話框（Global Options Dialog）中，請將Zemax用戶數據的路徑（Path for Zemax User Data）設置為Zemax的“Glasscat”文件夾所在的地址。
導入Zemax鏡頭文件
在VirtualLab Fusion中，可以通過以下步驟導入Zemax文件：
?文件(File)→導入(Import)→導入Zemax系統(tǒng)(Import Zemax System)
?然后打開Zemax鏡頭樣本文件，其擴展名為“.ZMX”，其中包含結構數據。
?或者，您可以將Zemax文件拖放到VirtualLab中并執(zhí)行導入。
?Zemax數據中的每個接口都對應于VirtualLab中的單個光學界面組件（Single Interface Components）。
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Zemax案例 | 基于Zemax的安防鏡頭無熱化設計
長春理工大學與東莞市宇瞳光學科技股份有限公司聯合團隊<sup>[1]</sup>，以<strong>Zemax OpticStudio</strong>為核心工具，通過光機熱集成仿真分析，成功實現安防鏡頭熱離焦的準確預估與高效補償，相關成果發(fā)表于《應用光學》期刊（2025年第46卷第5期）。本文將深度解析該研究的技術路徑，彰顯<strong>Zemax</strong>在光學系統(tǒng)無熱化設計中的核心賦能價值。</p><p><br></p><p><strong>極端環(huán)境下安防鏡頭的技術瓶頸</strong></p><p>隨著安防監(jiān)控向戶外化、高清化升級，鏡頭需在嚴寒、酷暑等極端工況下保持高清成像。玻塑混合鏡頭因成本優(yōu)勢與成像潛力被廣泛應用<sup>[2]</sup>，但塑膠與玻璃材質的熱膨脹系數差異、結構件與光學元件的熱變形耦合，易引發(fā)鏡片位移、面型畸變，最終導致適配像面偏移，產生熱離焦。</p><p>傳統(tǒng)光學設計僅考慮折射率隨溫度的變化，無法模擬結構熱脹冷縮帶來的擠壓應力與位移影響；單一有限元分析雖能獲取結構變形數據，卻難以轉化為光學性能評價指標。因此，構建“結構-光學-溫度”一體化仿真體系，成為突破行業(yè)技術瓶頸的關鍵——而<strong>Zemax OpticStudio及其STAR模塊</strong>，為跨領域數據耦合與性能分析提供了核心解決方案。</p><p><br></p><p><strong>基于Zemax的光機熱集成仿真流程</strong></p><p><strong>（1）鏡頭光學系統(tǒng)與熱離焦原理</strong></p><p>該鏡頭采用2枚玻璃鏡片（第1、4枚）與6枚塑膠鏡片的組合方案，如圖1 所示，總長度52.14mm，光學后焦距5.43mm，分辨率為2592×1440像素。
展開 Ansys Zemax | 如何在 Apple Mac 電腦上運行 OpticStudio 或其他 Zemax 應用程序
簡介
所有 Zemax軟件都需要基于最新的 Windows 的操作系統(tǒng) (OS) 才能正常運行。Zemax不開發(fā)在Mac OS上本地運行的應用程序。但是，某些Apple硬件確實允許用戶運行Windows，本文記錄了在這些平臺上運行Zemax軟件的一些方法。
由于Zemax并未正式支持 Apple 平臺，因此我們不會進行持續(xù)的兼容性測試。所以，我們不能保證我們的軟件將來會繼續(xù)在這種環(huán)境中工作。請將此文章視為指南并對照使用。
有關Softkey授權的重要提醒：Softkey 授權與Boot Camp不兼容，請不要在Boot Camp中激活 Softkey 授權。如果您使用Parallels、VMware或其他虛擬機軟件，則支持激活Softkey授權。
Zemax軟件和Apple ARM處理器（M1）
從2020年開始，Apple開始發(fā)布使用自己的基于ARM的處理器而不是英特爾CPU的新機器。截至2021年1月，由于Windows的ARM 版本存在許可和兼容性問題，尚未發(fā)現任何Zemax應用程序可在這些平臺上運行。有關詳細信息，請聯系工作人員了解。 Zemax沒有在這個CPU平臺上測試它的產品，也不能保證它將來會兼容。
基于Intel的Mac上的Zemax軟件
2006年，Apple開始在他們的Mac電腦中安裝Intel處理器。這個改動允許Mac運行基于Windows的原生操作系統(tǒng)，而無需仿真軟件，例如Microsoft的Virtual PC。在OS/X 10.5中，Apple推出了Boot Camp（雙啟動）選項。其他公司隨后推出了在Mac OS環(huán)境中運行Windows的虛擬機軟件。最受歡迎的第三方虛擬機軟件是Parallels Desktop、VMware Fusion和Virtualbox（免費）。
Boot Camp vs.
展開 Zemax案例 | 基于Zemax相機多自由度主動對準技術研究
圖5 鏡頭的靈敏度特性及公差
（4）仿真結果
Zemax仿真結果充分驗證方法優(yōu)越性：
偏心靈敏度保持高線性度，x/y方向平均R2達0.906/0.951，傾斜靈敏度線性度顯著下降，印證分段對準策略合理性；
所提方法全程對準僅需8.485秒，較傳統(tǒng)搜索法提速59%；
90 lp/mm處平均MTF提升幅度更為理想，較Sensor AA高89%，較分治法AA高24%，全視場成像均勻性實現有效優(yōu)化。
實驗驗證
依托相機實驗平臺，研究完成實物測試，進一步驗證基于Zemax仿真的對準方法的工程可行性。
（1）實驗裝置與流程
實驗裝置如圖6所示，包含均勻光源、高分辨率傾斜邊緣靶標、中繼鏡頭、六軸運動控制器與待測模組，全程自動化執(zhí)行對準流程。
圖6 相機模塊AA的實際實驗裝置
（2）關鍵實驗結果
靈敏度標定：3分鐘內完成透鏡組靈敏度標定，偏心方向線性度R2高可達0.948，與Zemax仿真趨勢高度一致；
離線驗證：靈敏度矩陣對準偏心平均絕對誤差x方向2.5μm、y方向4.5μm，傳感器傾斜對準誤差<0.025°，精度滿足量產要求；
實裝測試：5組模組對準后，多視場離焦曲線高度收斂，峰值MTF顯著提升，如圖7所示，成像質量改善效果直觀可見。
圖7 真實環(huán)境下模塊在抗鋸齒處理前后的離焦MTF曲線
Zemax軟件在高端光學模組研發(fā)與量產中的核心價值
本研究從算法創(chuàng)新到工程落地，全程依托Zemax完成仿真驗證、誤差分析、算法迭代，充分彰顯Zemax在光學制造領域的廣泛適用性。
全流程仿真支撐，降低研發(fā)試錯成本
Zemax OpticStudio提供從系統(tǒng)建模、公差分析、像差評估到算法驗證的一體化仿真環(huán)境，無需搭建實物平臺即可完成數千組樣本測試，大幅縮短研發(fā)周期，降低硬件投入。
展開 SPEOS 與 Zemax 光源文件轉換器
簡介
在本文中，為用戶提供了一組Python代碼，用于在Zemax和SPEOS之間轉換源文件。
有些光源，如 .IES 文件，可在 SPEOS 和 Zemax 中進行載入和讀取。然而，IES 源文件只包含角數據，只有當光學系統(tǒng)位于光源遠場時才適用。如果我們想要在光源文件中包含位置數據，則對應的光源文件格式在 SPEOS 和 Zemax 中是不同的。在 SPEOS 中，對應文件為 .RAY 文件；在Zemax中，有兩種對應文件格式，即 .DAT（單色）和 .SDF（多色）。
在第一部分中，我們描述了 Zemax 與 SPEOS 分別使用的光源文件格式。
在第二部分中，我們描述了如何使用文章中所提供的的 Python 代碼將 Zemax 光源轉換為 SPEOS 光源，所使用的示例光學文件為 rayfile_LCB_G6SP_100k_20210701_Zemax.dat。
在第三部分中，我們描述了如何使用文章中所提供的的 Python 代碼將 SPEOS 光源轉換為 Zemax 光源，所使用的示例光學文件為 rayfile_LCB_G6SP_100k_20210701_Speos.ray。
如果您對于上述轉換器有任何疑問，歡迎通過 support@zemax.com 郵箱或 https://www.zemax.com/ 網站直接聯系 Zemax 技術支持團隊，或者通過 speos_support@ansys.com 郵箱聯系 SPEOS 團隊。
SPEOS 以及 ZEMAX 光源文件格式
在本章節(jié)中，介紹了 Zemax 和 SPEOS 的光源文件格式。但這并不是本文的主要目的，但用戶可以按照這里描述的定義創(chuàng)建自己的 SPEOS 或 Zemax 光源文件。
.RAY、.SDF 和 .DAT 的文件格式都是以二進制形式定義的。
展開 網絡研討會 | Zemax 22.3新版本功能介紹
12月13日（星期二），16:00-17:00
講師介紹
谷晨風|Ansys Zemax高級應用工程師
于2020年年初加入Zemax，負責協助用戶評估相關技術問題對應的Zemax解決方案可行性并提供對應的最優(yōu)解決方案建議。畢業(yè)于南京理工大學，獲光學碩士。
費用
免費
報名方式請咨詢
電話：15807144503
Zemax 22.3新版本更新
OpticStudio?22.3增加了復合表面功能，可定義2D衍射光柵（與AR中使用的類似）和非序列單光線追跡，從而更詳細地分析和可視化復雜3D系統(tǒng)
OpticStudio?STAR模塊22.3支持在STOP分析中單獨考慮或排除剛體運動（RBM）的影響
OpticsBuilder?22.3為最常見的表面類型新增公式驅動導入選項
更多此次新版本重要修改和新增功能，詳見下方產品版本說明：
Zemax OpticStudio&STAR模塊22.3
Zemax OpticsBuilder 22.3
Ansys Zemax OpticStudio&STAR模塊2022 R2.02
Ansys Zemax OpticsBuilder 2022 R2.02
軟件版本計劃
關于23.1版本：計劃將于2023年1月推出Zemax OpticStudio 23.1、Zemax OpticStudio STAR模塊23.1和Zemax OpticsBuilder 23.1，2023年將只發(fā)布Zemax軟件的錯誤修復，這也是在Zemax品牌下的最后一個版本，并在2024年完全停止發(fā)布Zemax軟件。
展開 從Zemax OpticStudio導入光學系統(tǒng)
VirtualLab Fusion可以從Zemax OpticStudio?導入光學系統(tǒng)，包括完整3D位置信息和鏡片玻璃。導入后，光學系統(tǒng)的結構數據將顯示為單獨的表面或可以組合成VirtualLab Fusion中的組件。VirtualLab Fusion可以對導入的光學系統(tǒng)進行光線追跡仿真，更重要的是可以進行場追跡以進一步分析系統(tǒng)。
Zemax導入的預處理
? 用戶PC中需要安裝Zemax OpticStudio?（最低版本15.5 SP2）。
? 需要Zemax OpticStudio?的有效許可證（需要插入加密狗）。
? 在VirtualLab Fusion的全局選項對話框中，請將Zemax OpticStudio?用戶數據的路徑設置為Zemax的“Glasscat”文件夾所在的地址。
導入Zemax OpticStudio?系統(tǒng)
在VirtualLab Fusion中，可以通過以下步驟導入Zemax OpticStudio?文件：
? 文件→導入→導入Zemax OpticStudio?系統(tǒng)
? 然后打開Zemax系統(tǒng)示例文件，其擴展名為“.ZMX”，包含了結構數據。
? 或者，您可以將Zemax文件拖放VirtualLab中導入。
導入Zemax OpticStudio?系統(tǒng)
? Zemax OpticStudio?數據中的每個界面都對應于VirtualLab Fusion中的單個界面組件。
? 如果要導入的系統(tǒng)包含多個界面，則在導入期間會出現一個彈出窗口，詢問是否應將界面組合為光學界面序列（OIS）組件。
展開 zemax怎么學：2023Ansys ZEMAX標準成像+高級實戰(zhàn)課程教程邀請函
開課時間：2023年3月20-25日
開課地點：南京
主辦單位：光研科技南京有限公司
協辦單位：南京理工大學電子工程與光電技術學院、OPSS新加坡光學與光子學學會
課程形式：
現場小班互動式，教材與PPT同步，安裝新正版軟件，上機操作練習
課程說明：
1.名額上限10人，人滿截止報名
2.課堂上提供新版的ZEMAX OpticStudio正版軟件，統(tǒng)一發(fā)送配套的培訓教材
3.學員自帶筆記本電腦，課程結束后頒發(fā)培訓證書
4.標準成像課程是3月20-22日，高級實戰(zhàn)課程是3月23-25日。兩個班可以單獨報名，也可以一起報名。
ZEMAX 標準成像課程
☆本課程為ZEMAX標準學習課程，專門針對剛接觸ZEMAX或簡單使用過ZEMAX的學員而設置，通過本課程密集培訓和練習互動后，能設計光學系統(tǒng)，并能分析、優(yōu)化和公差評估。主要內容包括：
1、光學理論基礎介紹，幾何經典成像理論，像差理論，一階光學與三階光學計算像差，像差產生原因及平衡像差的方法。
2、光學系統(tǒng)中孔徑、視場、光瞳、光闌、F/#、主光線/邊緣等等光學術語解釋。
3、光學系統(tǒng)設計實例，包括經典成像系統(tǒng)和無焦準直擴束系統(tǒng)的設計，從初始結構設計到系統(tǒng)分析、優(yōu)化全過程。從簡單的單透鏡、雙膠合設計到復雜的多重結構，變焦鏡頭、掃描鏡頭設計。
展開 
從Zemax OpticStudio導入光學系統(tǒng)
VirtualLab Fusion可以從Zemax OpticStudio?導入光學系統(tǒng)，包括完整3D位置信息和鏡片玻璃。導入后，光學系統(tǒng)的結構數據將顯示為單獨的表面或可以組合成VirtualLab Fusion中的組件。VirtualLab Fusion可以對導入的光學系統(tǒng)進行光線追跡仿真，更重要的是可以進行場追跡以進一步分析系統(tǒng)。
Zemax導入的預處理
? 用戶PC中需要安裝Zemax OpticStudio?（最低版本15.5 SP2）。
? 需要Zemax OpticStudio?的有效許可證（需要插入加密狗）。
? 在VirtualLab Fusion的全局選項對話框中，請將Zemax OpticStudio?用戶數據的路徑設置為Zemax的“Glasscat”文件夾所在的地址。
導入Zemax OpticStudio?系統(tǒng)
在VirtualLab Fusion中，可以通過以下步驟導入Zemax OpticStudio?文件：
? 文件→導入→導入Zemax OpticStudio?系統(tǒng)
? 然后打開Zemax系統(tǒng)示例文件，其擴展名為“.ZMX”，包含了結構數據。
? 或者，您可以將Zemax文件拖放VirtualLab中導入。
導入Zemax OpticStudio?系統(tǒng)
? Zemax OpticStudio?數據中的每個界面都對應于VirtualLab Fusion中的單個界面組件。
? 如果要導入的系統(tǒng)包含多個界面，則在導入期間會出現一個彈出窗口，詢問是否應將界面組合為光學界面序列（OIS）組件。
展開 ZEMAX | 您想要的服務這里都有
為了幫助大家更好地學習 Zemax ，我們整理了 Zemax 相關的學習資料。此外，我們還提供 Zemax 的學習平臺和專項培訓。
Ansys Zemax | 如何在 Lumerical 與 OpticStudio 間模擬光纖及耦合分析
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展開 ZEMAX | 如何共享 OpticStudio 文件
武漢宇熠科技是 ZEMAX 中國區(qū)官方指定代理商，提供 ZEMAX 光學設計軟件的培訓、銷售、技術支持、二次開發(fā)、解決方案及 ZEMAX 軟件相關全方位定制服務。
