第4章：Zemax软件入门——界面介绍、系统设置、基本操作流程

好，咱们正式开始接触Zemax。说实话，我第一次打开这个软件时，看着满屏的菜单和窗口，心里也有点发怵。但别担心，这玩意儿就像开车——熟悉了仪表盘和方向盘，剩下的就是多跑几趟。

这一章，我带你把Zemax的界面、系统设置和基本操作流程过一遍。嗯，都是最基础的东西，但基础打不牢，后面优化镜头时你会抓狂的。

4.1 认识Zemax界面——别被它吓到

打开Zemax，你会看到几个主要区域。我个人习惯先把它们认全，再动手操作。

4.1.1 主菜单栏

最上面那一排，File、Editors、System、Analysis……说白了，所有功能都藏在这里。你想想看，就像工具箱的抽屉，每个菜单里放着对应的工具。

• File：新建、打开、保存文件。我建议你养成「Ctrl+S」的习惯，Zemax偶尔会崩，别问我怎么知道的。
• Editors：打开镜头数据编辑器（LDE）、评价函数编辑器（MFE）等。这是你干活的主战场。
• System：设置系统参数，比如波长、视场、孔径。
• Analysis：各种分析功能，点开就能看光路图、像差曲线。

4.1.2 工具栏

菜单栏下面那一排图标。我个人习惯把常用的几个拖出来：

• 打开LDE的图标（像个表格）
• 打开3D Layout的图标（像个透镜）
• 更新所有窗口的图标（像个刷新箭头）

为什么要提这个？因为每次改完参数，你都得点一下「更新」，不然窗口里的图还是老样子。我曾经因为这个闹过笑话——调了半天参数，发现看的是旧数据。

4.1.3 镜头数据编辑器（LDE）

这是Zemax的核心。双击工具栏上的LDE图标，你会看到一个表格。每一行代表一个光学面，比如物面、透镜表面、像面。

表格的列包括：

列名	含义	我的经验
Surf:Type	面型（标准球面、非球面、偶次非球面等）	刚开始用标准球面就行，别一上来就搞非球面
Radius	曲率半径（正负号代表弯向哪边）	正号表示曲率中心在面右边，负号在左边
Thickness	面到下一个面的距离	注意：厚度可以是负值，但新手别碰
Glass	玻璃材料	双击可以选材料库里的玻璃
Semi-Diameter	半口径（透镜的半径大小）	Zemax会自动计算，但你可以手动锁定

1.1.4 分析窗口

点开Analysis菜单，选「Layout」->「3D Layout」，就能看到光路图。再选「Fans」->「Ray Fan」，就能看光线像差曲线。这些窗口可以同时打开多个，平铺在屏幕上。

我个人习惯把3D Layout放在左上角，Ray Fan放在右上角，LDE放在下面。这样改参数时，上面两个窗口会实时更新，方便观察变化。

4.2 系统设置——把基础参数填对

在开始设计镜头前，你得告诉Zemax：这个镜头用在什么波段？视场多大？光圈多大？这些都在System菜单里设置。

4.2.1 设置波长（Wavelengths）

点System -> Wavelengths。弹出一个对话框，你可以添加多个波长，并设置权重。

• 比如可见光镜头，常用F、d、C光（486nm、587nm、656nm）。
• 权重代表这个波长在优化时的重要性。主波长（通常是d光）权重设为1，其他设为0.5或0.3。

避坑指南： 我曾经犯过一个错——只设了一个波长，结果优化出来的镜头在其它波长下像质一塌糊涂。所以，至少设3个波长，覆盖工作波段的两端和中间。

4.2.2 设置视场（Field Data）

点System -> Fields。视场可以设成角度（对无限远物体）或物高（对有限远物体）。

• 一般设3个视场：0视场（轴上）、0.7视场、1.0视场（全视场）。
• 权重同样重要。边缘视场权重可以设低一点，因为实际使用时边缘像质要求没那么高。

嗯，这里要注意：视场类型选「Angle」还是「Object Height」，取决于你的镜头是拍远处风景还是近处物体。别搞混了。

4.2.3 设置孔径（Aperture）

点System -> General -> Aperture。这里定义镜头的通光口径。

• 最常用的是「Entrance Pupil Diameter」（入瞳直径）或「F/#」（F数）。
• 比如你要设计一个F/2.8的镜头，入瞳直径=焦距/F数。假设焦距100mm，入瞳直径就是35.7mm。

4.3 基本操作流程——从零到第一条光线

好了，界面认识了，参数会设了。咱们走一遍完整的操作流程。我以设计一个简单的单透镜为例。

4.3.1 新建文件

File -> New。弹出一个对话框，问你要不要用模板。新手建议选「No」，从空白开始。

4.3.2 设置系统参数

1. 波长：设F、d、C光，权重1、1、1。
2. 视场：设0°、5°、10°三个角度视场。
3. 孔径：设F/# = 5，或者入瞳直径=20mm（假设焦距100mm）。

4.3.3 在LDE中输入镜头数据

打开LDE，你会看到默认有3行：OBJ（物面）、STO（光阑面）、IMA（像面）。

现在插入一个透镜：

• 在STO后面按Insert，插入一个面（Surf 2）。
• Surf 1（STO）设为标准面，Radius=50mm（前表面曲率），Thickness=5mm（透镜厚度）。
• Surf 2设为标准面，Radius=-100mm（后表面曲率，负号表示弯向物方），Thickness=95mm（到像面的距离）。
• Surf 1和Surf 2的Glass都设为BK7（双击Glass列，选BK7）。

代码示例（LDE中的数据）：

Surf:Type    Radius    Thickness    Glass    Semi-Diameter
OBJ          Infinity  Infinity              0
STO          50        5            BK7      10
2            -100      95                    10
IMA          Infinity  0                     0.5

4.3.4 查看结果

点Analysis -> Layout -> 3D Layout。你会看到一条光线从左边射入，经过透镜，汇聚到右边像面。如果光线没汇聚，别慌——检查一下曲率半径的正负号，或者厚度值。

再点Analysis -> Fans -> Ray Fan。你会看到像差曲线。如果曲线不是一条直线，说明有像差。嗯，单透镜有像差很正常，后面我们会用优化来校正。

4.3.5 保存文件

File -> Save As，起个名字，比如「Single_Lens.zmx」。我建议你每改一次重要参数就保存一次，防止意外。

4.4 常见问题与避坑

最后，分享几个我踩过的坑，你遇到了可以少走弯路。

• 光线追迹失败： 检查曲率半径是否合理。如果Radius太小，光线可能全反射。我建议初始曲率半径不要小于焦距的1/2。
• 像面位置不对： 厚度值设错了。比如透镜到像面的距离应该是焦距减去透镜主面位置，但新手可以直接用焦距近似。
• 玻璃材料找不到： 在Glass列双击，弹出材料库。如果找不到BK7，试试N-BK7（肖特命名）。不同厂家的命名略有差异。
• 窗口不更新： 记得点工具栏上的「Update」按钮，或者按Ctrl+U。我经常改完参数忘了更新，盯着旧图看了半天。

好了，这一章就到这里。你打开Zemax，按我说的步骤走一遍。相信我，半小时后你就能自己画出一条光线了。下一章，我们开始讲如何用评价函数来优化镜头——那才是真正好玩的部分。