多圖預警。
感覺寫一個好的軟件使用入門比單純寫像差理論要難，像差理論只要講清楚原理和推導步驟就可以，軟件使用則一直感覺沒有把想說的都寫出。先貼出來，拋磚引玉吧，希望可以有更好的提供給大家。
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------我是分割線
1.ZEMAX光學設計軟件
ZEMAX光學設計軟件是國內最流行的光學設計軟件之一。由于眾所周知的原因，國內相關從業者學生時代接觸光學設計時候一般為ZEMAX，成為國內擁有最廣大的用戶群體光學設計軟件。
目前ZEMAX軟件已經更新到16以上的版本，軟件界面等也有非常大的改變。最新的軟件界面如下圖所示，采用類似最新的界面風格，軟件優化方法、光學面型、開發語言等都有大幅度的提升，增加了一個Part ，可以在里面進行光學結構件的設計，方便雜光、鬼像等分析。還有光源廠家的光源庫，可以進行照明設計與分析。結合軟件的序列和非序列功能，可以說，中小型鏡頭的設計與分析基本上可以滿足。
軟件目前有三個版本：標準版、專業版和旗艦版。不同版本的軟件功能有差異，旗艦版是功能最全的版本。括號里面的網址是南京光研的軟件介紹，有興趣的可以看看各個版本的差異（/.asp?id=288）。
簡單介紹如下：
三種不同的版本：，，
ZEMAX有三種不同的版本：、和。其中是標準版，包含大部分工具，用于成像系統的序列光學系統的設計；是專業版，包含非序列光學系統設計、偏振光線追跡、物理光學分析和中所有的功能；是旗艦版，包含所有的工具及資源，適用于更高級專業用戶。包含?、?、光源模型庫、高級光路分析以及快速追跡等等。
2軟件界面介紹
本課程還是使用老版本ZEMAX軟件，課程內容考慮再三，決定以實踐應用為主，以鏡頭設計實例為牽引進行軟件介紹。本文后面使用ZEMAX軟件自帶的1個例子進行軟件使用介紹。
先介紹一下軟件的界面。
ZEMAX軟件的整體界面如下所示。
上圖中軟件界面的5個子界面分別如下
鏡頭數據編輯器
評價函數編輯器
多重結構編輯器
公差數據編輯器
面形擴展數據編輯器
軟件主界面的功能劃分大概如下圖所示。界面最上面是軟件Logo和鏡頭的文件夾信息。下面一欄是菜單欄，軟件的所有功能都在菜單欄內。再往下是一行快捷操作菜單，一般也是最長使用的菜單項。
菜單欄的主要功能菜單有：
File：文件
Edit：編輯
：系統
：分析
Tools：工具
：報告
：宏
：擴展
：窗口
Help：幫助
各個部件的主要內容如下：
Files：文件
文件菜單主要是鏡頭文件的新建、打開、保存/另存為等功能。同時包含序列/非序列混合模式和非序列模式的選擇、插入鏡頭組件和喜好設置等功能。
最下面是最近打開的鏡頭文件，顯示鏡頭文件數目可以設置。
注意每個菜單后面都有一個快捷操作間，可以在軟件主界面快速使用相應功能，大大提供效率。
：編輯
編輯菜單是軟件各子編輯器的放置處，使用過程中需要的編輯器都在此菜單中，初學時尋找編輯器其可以在此尋找并打開編輯器界面。
：系統
系統菜單主要涉及到光學鏡頭的系統參數設置，包括視場、波長、孔徑光闌類型及值大小、系統的單位、玻璃庫的選擇、環境壓力與溫度等。如下圖所示。
：分析
分析菜單提供的是在設計過程及設計完成后對光學系統的像質評價工具。涵蓋幾何光學到物理光學的評價方式。后面鏡頭像質評價功能主要在此菜單下的選項中。
Tools：工具
工具菜單中包含的主要功能是優化功能、公差分析功能、套樣板以及其它功能，其中雜項菜單中有很多功能很實用，重點關注。
優化有三種方式：阻尼最小二乘法、全局優化算法、錘形優化算法三種。阻尼最小二乘法最常使用，全局算法和錘形優化算法屬于宏觀和微觀上的全局優化算法，全局算法用于尋找更好的光學結構形式，錘形算法用于在局部搜索通過小步距尋找更佳性能光學系統。
：報告
提供對鏡頭文件參數的查看功能。
：宏
軟件的宏語言與宏指令運行等功能。
：擴展
可以采用C/C++等編寫基于ZEMAX的二次開發軟件，也可以將開發的程序加入到ZEMAX中使用，便于擴展功能。
：窗口
顯示當前打開的窗口。
Help：幫助
軟件使用幫助功能。ZEMAX軟件使用的優化操作數、多重結構操作數等，可以點擊F1快速查看，方便優化中選擇操作數，特別是初學階段，非常有用。操作手冊詳細介紹了軟件各個功能和相關參數說明，便于詳細研究相關軟件功能。
ZEMAX的軟件界面基本上是這樣。最新版本的界面雖然有非常大的改變，但是就如向的轉變菜單用什么軟件做，熟悉基本操作后，僅有一個界面適應期，幾乎沒有學習成本。
3.第一個鏡頭設計-經典的單鏡頭設計實例（來源于ZEMAX user's base，侵刪）
下面以練促學，盡量把設計過程詳細的給出，從實踐中快速進步。
3.1參數指標
3.2簡單分析
焦距為100mm，F/#為4，根據F/#定義，
F/#=焦距/光學入瞳直徑，
計算得到光學系統的入瞳直徑為25mm。
3.3光學參數的輸入
3.3.1系統參數輸入
系統參數的輸入主要有三個方面：
普通參數輸入可以在菜單中點擊進入，也可以通過如下圖所示的快捷鍵進入。
普通參數界面有10個輸入界面，分別針對不同的情況輸入。本例子中使用的是輸入界面，如下圖所示。孔徑類型我們采用入瞳口徑，值為25。設置結果如下，點擊Apply確認輸入，點擊Ok按鈕退出。
孔徑界面中下方有兩個選項，一個是物方遠心的選擇，一個是在更新中的解采用迭代方法。前一個在遠心鏡頭設計中使用，后一個使用較少。
點擊普通參數的單位界面，如下所示，確保透鏡單位使用的是毫米單位。點擊Apply確認輸入，點擊Ok按鈕退出。
然后輸入視場參數，視場參數輸入界面如下圖所示。從圖中可以看出，視場設置有4中類型：角度、物高、近軸像高、實際像高。四種類型根據光學系統的實際情況靈活選擇，后面涉及到具體鏡頭時再詳細敘述。
本例子中物體位于無窮遠，所以采用角度的視場類型。
半視場5度，歸一化的0.7視場為3.5度，輸入視場設置如下圖所示。
波長設置界面如下所示。ZEMAX中波長的單位微米，和鏡頭單位沒有關系。這一點大家要注意。
波長為632.8納米，為0.6328微米。可以在波長界面的選擇項點擊下拉菜單，選擇氦氖激光的波長，為我們所需要的0.6328微米。也可以直接在波長欄輸入菜單用什么軟件做，后面有權重項，在多波長時可以對重要的波長增加權重。
波長設置完成后如下圖所示。
3.3.2鏡頭數據輸入
軟件的鏡頭數據便捷界面如下圖所示。表中除表頭外，每一行代表的是一個表面。空白鏡頭有三個默認表面，一個是物面，一個是光闌面，一個是像面。這三個表面是成像光學系統里面必不可少的三個表面，是最簡單的鏡頭模型。針孔模型就是最簡單的鏡頭模型，大家可以和這三個表面做個對應參考。
本例子中，單透鏡成像，一個透鏡由兩個表面，光闌面和透鏡前表面重合，加上物面和像面，有4個表面，輸入完成后如下圖所示。
欄是注釋欄，可以在下面對應的表面進行表面的相關信息注釋。本例子的注釋如下，可以作為參考，實際可以根據需求靈活注釋，方便理解就行。
材料選用肖特的N-Bk7玻璃，是最常用的玻璃。和此玻璃對應的成都光明玻璃為H-K9L。
解是預先編寫好的一段程序，可以根據設定的某個參數值自動計算對應的值。本例中，我們系統的F/#為4，我們將透鏡的后表面設置為“解”，類型選擇F數，具體指為4，完成后如下圖所示。
解設置完成后如下圖所示。后表面的半徑后邊小表格內會出現F的字母標識。
3.3.3性能分析
軟件的功能主要集中在Ansys。設計過程中，一般會通過查看光學系統的結構顯示圖。最常看到的是MTF、Ray fans、畸變等參數必看。
本例子中我們關注、Fans、Spot 參數。
未優化前，系統的像質如下圖所示：
->->2D
快捷鍵：快捷鍵欄的“Lay”選項
->Spot ->
快捷鍵：快捷鍵欄的“Spt”選項
OPD Fan
->Fans-> Path
快捷鍵：快捷鍵欄的“Opd”選項
Ray Fan
->Fans->Ray
快捷鍵：快捷鍵欄的“Ray”選項
根據前面章節的像差系統，該鏡片有球差、慧差、離焦、場曲和像散等。
因為系統的后截距100是我們認為給定的，沒有做調整，因此我們首先調整像面位置，查看是否有像質提升。這個需求可以通過快速對焦的方式實現。
菜單位置：Tools > > Quick Focus
快捷鍵："Shift+Ctrl+Q"
直接采用默認值，點擊OK鍵，得到鏡頭數據變化如下圖所示。
3.3.4優化
優化前需要設置變量，本例中選擇3個變量。如下圖所示。
優化變量設置好后，可以進行優化時評價函數的設置。一般情況下，我們先采用默認值，自動生成主要的優化約束條件，然后根據設計需求，增加相應參數的優化控制條件。ZEMAX采用的評價操作數的方式進行評價函數的設置，相關操作數的種類和作用可以參見軟件使用手冊，也可以在網上下載操作數的翻譯的簡化說明文檔作為使用參考。下圖給出的是評價函數編輯器的空白設置界面。
通過采用默認評價函數生成功能，可以得到不同評價類型的評價函數組。
按照上面設置生成的操作界面如下所示。由于是單透鏡相對簡單且透鏡后面采用了F數解設置，所以可以不通過制定系統焦距操作數的焦距即可進行優化設計。
實際過程中，我們一般在操作數DMFS前面插入行，將設計的控制操作數寫出，控制優化的走向和透鏡形狀等。
優化前后的評價函數值有明顯減小，表明系統像質有減小。
優化后的相應光學系統性能參數如下圖所示。可以從點列圖中看到，相比于優化前，點列圖的半徑明顯變小。Ray Fan圖表明光學系統優化后達到了最佳焦面位置。
小結
首先給出老版ZEMAX軟件的界面介紹。
通過一個單透鏡的設計，初步接觸了鏡頭系統參數的設置、鏡頭參數的設置、鏡頭像質評價、優化評價函數的設置、優化等等。