Zemax → LensBench 对照
给 Zemax 用户的速查。✅ 已实现，🚧 规划中。2026-10-17 起，分析与操作数的口径已按 Zemax 对齐， 计算可信度见验证报告。
编辑器
| Zemax | LensBench | 状态 |
|---|---|---|
| Lens Data Editor | .lens 的 surf 行；GUI 表格 | ✅ |
| System Explorer | .lens 的 title / units / aperture / field / wave / catalogs / ray_aim | ✅ |
| Merit Function Editor | .lens 的 op / default 行（Zemax 操作数名），lb merit 看表 | ✅ |
| Multi-Configuration Editor | .lens 的 config / mc 行（引用写法同 var），zmx 往返；lb mc-set 改单个值 | ✅ 编辑、导入导出、按组态分析出图（--config）、多组态评价函数与优化；表面口径 APMN / APMX / APDX / APDY → mc ap_min@1 …（圆形口径 / 遮拦是内外半径、矩形是 x / y 半宽）；TEMP / PRES → mc temp 20C, 60C / mc pres 1atm, 0atm（设计本身是 20 °C、1 atm；只换玻璃的折射率，按厂商目录的热色散系数换算到相对同温同压的空气，半径、厚度要变就另写 mc 行）。🚧 按面设气压 / 温度（MCE 里 PRES 之后的 GLSS 空白行，如真空腔）、MCE 的 TCE、MCSD、IGNR：导入时提示 |
| Tolerance Data Editor | .lens 的 tol / comp 行；lb tolerance 灵敏度分析 + 龙卷风图 | ✅ TRAD / TFRN / TTHI / TIND / TCON / TPAR（非球面系数，tol aN）/ TSDX / TSDY / TSTX / TSTY / TEDX / TEDY / TETX / TETY + COMP + TWAV，灵敏度与蒙特卡洛（--mode montecarlo）；蒙特卡洛的分布同 STAT（tol stat normal / uniform / parabolic、sigma=，行尾 stat= 单独指定）；zmx 的 TOL 行导入导出（含 TCON、TPAR、STAT；STAT 的排法按手册、未用 Zemax 文件核对，STAT 3 用户定义的分布不导入）；tol abbe（阿贝数，%）已支持，zmx 的 TABB 单位待核实、先不导入导出；不规则度（TIRR / TEZI / TEXI）🚧：要非旋转对称的面形项——Zernike 矢高面（type=zernike）已经有了，公差那一层还没接；反求（Inverse Limit / Inverse Increment）：`lb tolerance-inverse --limit … |
| ZPL 宏 / ZOS-API | CLI 命令 + --json、Python、MCP | ✅ |
LDE 列
| Zemax 列 | .lens | 备注 |
|---|---|---|
| Surface Type | type=standard / evenasph / oddasph / toroidal / paraxial / tilted / binary2 / grating / zernike / zernike_fringe / coordbreak | 不规则面、网格矢高、Zernike 相位面（Zernike Fringe / Standard Phase）、Chebyshev 等自由曲面、Binary 1 / 3、全息面等 🚧（导入时报 E-ZMX-TYPE）；GRIN（梯度折射率）现阶段不做；USERSURF（依赖用户 DLL）不支持 |
| Tilted：X / Y Tangent | type=tilted tanx= tany= | 倾斜平面 z = tanx·x + tany·y |
| Toroidal：Radius of Rotation / Coeff on y^2… | type=toroidal rx= a2= a4=…（R、k 指 YZ 截面） | rx 不写 = 柱面 |
| Paraxial：Focal Length | type=paraxial f= | 理想薄透镜；入射没有像差时任何视场、任何共轭都完善成像，同 Zemax |
| Paraxial：OPD Mode | opd_mode=0 / opd_mode=1 | 0 按固定共轭（默认）、1 逐条光线积分；Mode 2 / 3 不支持，导入时按 0 |
| Binary 2：Diffract Order / Norm Radius / Coeff on p^2、p^4… | type=binary2 m= norm= p2= p4=…（基底 R、k、a2 a4 … 同偶次非球面） | p2 即 A1；相位项变量 var p2@3 |
| Diffraction Grating：Lines/µm / Diffract Order | type=grating lines=1.2/um m=-1（也可 lines=1200/mm，必须写单位） | 刻线平行于局部 x 轴；近轴量按 0 级 |
| Zernike Standard Sag / Zernike Fringe Sag：Extrapolate、Par 1–8、Zernike Decenter X / Y、Number of Terms、Norm Radius、Zernike 1、2 … | type=zernike / type=zernike_fringe，extrapolate=0（不写 = 1）、a2= … a16=、zdx= zdy=、norm=、z1= z2= …（基底 R、k 同偶次非球面） | Zernike 系数是长度（mm）；Standard 的序号与归一同 Zernike Standard Coefficients（Noll、单位圆上 RMS = 1，与 lb zernike、ZERN 操作数同一套），最多 z231；Fringe 不归一、最多 z37。Zernike 项不进近轴量与 Seidel（只按基底，I-ZERN-PARAXIAL）。变量 var z5@3。zmx 的 SZERNSAG / FZERNSAG 导入导出（PARM 0 / 9 / 10 的含义按 Zemax 手册，待用 Zemax 核对） |
| Comment | comment="..." | |
| Radius | R= | 也可 C=（曲率） |
| Thickness | T= | |
| Material | glass= | 精确牌号；MIRROR；model(nd, vd) |
| Clear Semi-Dia | 自动；semi= 固定 | 自动值用实际光线（各视场×各波长光瞳边缘，局部坐标最大径向高度）；不挡光 |
| Surface Properties › Aperture | aperture=circular(min, max) / obscuration(…) / rectangular(xh, yh) / float，偏心 dx= dy= | 挡光；zmx 的 CLAP / OBSC / SQAP / FLAP / OBDC |
| Coordinate Break（Par 1–6） | type=coordbreak dx= dy= tx= ty= tz= order= | |
| Surface Properties › Tilt/Decenter（单面偏心倾斜） | 本面前后各一个 type=coordbreak（面前的变换、本面、面后的变换，厚度在面后的变换之后走） | zmx 导入时自动展开，面号随之后移 |
| Conic | k= | |
| Par 1..8（EVENASPH） | a2= a4= a6= … | 按幂次命名，Par1 = a2 |
| Extended Odd Asphere（XOSPHERE）：Norm Radius / Coeff on p^1… | type=oddasph a1= a2= a3= …（aᵢ = Aᵢ / normⁱ，同一个面） | zmx 导入导出；超过 r⁸ 的奇次 / r¹⁶ 的偶次非球面导出成 XOSPHERE |
| 单元格求解类型 Variable | var R3 T6 a4@5 p2@3 z5@4 | |
| MFE 的 SUMM / DIFF / PROD / DIVI / MAXX / MINN / ABSO / SQRT 组合 | op EXPR expr="…"（向量化表达式，可直接调用操作数，见 optimization.md「表达式」） | 用户自定义操作数（ZPLM / UDOP）🚧 |
| Glass Solve › Model（Vary Index / Vary Abbe） | glass=model(nd, vd) + var nd@3 vd@3 | 没写上下界时 nd 1.40–2.10、vd 15–100 |
| 模型玻璃换成目录玻璃（Glass Substitution） | lb glass-substitute（--reoptimize 换完再优化） | 按 (nd, vd) 距离取最近牌号 |
| 玻璃目录的 Status / Relative Cost | lb materials、lb glass、lb glass-map 的供货状态与相对价格 | 以设计实际取数的目录为准（AGF 优先于随包材料库，材料库没有价格）；停产的 lb check 提示 W-GLASS-OBSOLETE |
| 目录玻璃换成另一厂商的等效牌号 | lb glass-replace --vendor CDGM（--refocus / --reoptimize） | 按 (nd, vd) 距离，一样近再比供货状态、ΔPgF、dn/dT、膨胀与价格，跳过停产；报改前改后的像质、质量、价格 |
| 单元格求解类型 Pickup | R=pickup(源面, scale=, offset=) | R / T / k / aN（非球面系数，如 a4=pickup(2, scale=-1)；源面和本面都是非球面） |
| Glass Solve › Pickup | glass=pickup(源面) | 照搬源面的面后介质（解析时就换好，多组态里跟着源面）；源面不能是坐标断点；源面或本面的模型玻璃变量暂不能同用 |
| Marginal Ray Height | T=solve(marginal_height, h) | |
| Chief Ray Height | T=solve(chief_height, h) | |
| Marginal Ray Angle | R=solve(marginal_angle, u) | u 是全局斜率 dy/dz；反射镜上也能解（反射镜之后按全局斜率是推断，待 Zemax 核实） |
| Chief Ray Angle | R=solve(chief_angle, u) | 同上 |
| F Number | R=solve(fnum, F) | 边缘光线离开本面后会聚、|u′| = 1/(2F)；反射镜上也能解（偶次反射已与 Zemax 存的结果核对过；奇次反射之后，如单个凹面镜，是推断，待 Zemax 核实） |
| Quick Focus（工具） | T=solve(focus) | 常开的最佳焦点 |
| Edge Thickness | T=solve(edge_thickness, 边缘厚度, 径向高度) | 径向高度处 T + 下一面矢高 − 本面矢高 = 目标（矢高沿 y 取）；不写径向高度 = 本面的固定 semi（Zemax 径向高度 0 用半口径；半口径自动时还不支持） |
| Position | T=solve(position, 长度, 参考面) | 参考面顶点到下一面顶点的距离 = 长度；参考面在本面之前或就是本面（参考面在后的写法语义没核实，暂不支持） |
| Aplanatic | R=solve(aplanatic) | 边缘光线 u′/n′ = u/n（本面不产生球差、彗差、像散）；只用于折射面 |
| Concentric of Surface | R=solve(concentric_surface, 参考面) | 曲率中心落在参考面的顶点 |
| Concentric with Radius | R=solve(concentric_radius, 参考面) | 与参考面的曲率中心重合（参考面是平面时本面也是平面） |
| 其余 solve（Marginal / Chief Ray Normal、Element Power、Optical Path Difference、Semi-Diameter Pickup、ZPL Macro …） | 🚧 | zmx 导入时按数值 |
System Explorer
| Zemax | .lens |
|---|---|
| Aperture Type：Entrance Pupil Diameter / Image Space F/# / Object Space NA / Float By Stop Size | aperture EPD 10 / aperture FNO 4 / aperture NA 0.1 / aperture float |
| Fields：Angle / Object Height / Paraxial Image Height / Real Image Height | field angle … / field object_height … / field paraxial_image_height … / field real_image_height … |
| Field Weight / VDX VDY VCX VCY | w= vdx= vdy= vcx= vcy= |
| Fields › Normalization：Radial / Rectangular | 默认径向；矩形写 norm=rect（写在任一 field 行上，如 field angle (0, 0), (10, 7.5) norm=rect）：Hx 按最大 |x| 视场、Hy 按最大 |y| 视场归一化（zmx FTYP 第 5 个数，导入导出） |
| Wavelengths + Primary | wave F, d*, C 或 wave 0.55* |
| Material Catalogs | catalogs SCHOTT, CDGM。zmx 的 GCAT 里带版本号的库名（用户当年装的那一版 AGF，如 CDGM-ZEMAX201806、CDGM20160415、CDGM-202111）：有同名的 AGF（agf 指向的文件或 Glasscat 目录里的）就用它；没有时「厂商名 + 以 -、_ 或数字开头的后缀」按该厂商的当前库查，牌号仍精确匹配，并提示 W-CATALOG-VERSION（那一版的数据可能略有不同）。库名原样保留，导出回 zmx 还是它 |
| 加载 .AGF 玻璃库 | agf "glass/SCHOTT.AGF"（单个文件：该厂商排在 catalogs 之前查找）；agf "C:/…/Glasscat"（整个目录：按 catalogs 顺序，与 GCAT 相同） |
| Ray Aiming：Off / Paraxial | ray_aim off / ray_aim real（或 robust，更能容忍个别被挡的光线）：都迭代瞄准光阑、光阑大小按近轴定，相当于 Zemax 的 Paraxial |
| Ray Aiming：Real（光阑大小按实际边缘光线定） | ray_aim real_stop：轴上视场的实际边缘光线在物方正好满足孔径（EPD/2、物方 NA），它在光阑上的高度就是光阑半径；浮动孔径时与 Paraxial 相同。zmx 的 RAIM（第 2 个数）0 / 1 / 2 导入成 off / robust / real_stop，导出反过来 |
| Aperture › Telecentric Object Space | aperture NA 0.1 telecentric 或 aperture float telecentric（物距有限、视场非角度，孔径只能是 NA 或 float；zmx FTYP 第 2 个数）。光阑正好在前组的像方焦面上（入瞳在无穷远）时入瞳直径 / 位置记 inf、像方 F/# 不适用，其余一阶量照常 |
分析
| Zemax | LensBench | 状态 |
|---|---|---|
| System Data（EFFL、BFL、F/#、ENPP、EXPP、TOTR…） | lb paraxial；口径同 Zemax（像方 F/#、入瞳 / 出瞳直径取正，总长按 Total Track），与 Zemax 的 System Data 核对过 | ✅ |
| Cardinal Points | lb paraxial 的「基点」表（主波长）：物方 / 像方的焦距、焦点、主点（主平面）、节点、负主点（反主平面）、负节点；同 Zemax 默认的起止面（第 1 面 → 像面）：物方位置相对第 1 面顶点、像方位置相对像面顶点，沿光轴、向右为正，物方焦距 −n/φ、像方 n′/φ；像方不是空气时节点不在主点上。按近轴矩阵算，还没与 Zemax 的报告逐项核对 | ✅ |
| Standard Spot Diagram | lb spot（RMS/GEO，µm）、lb spot-diagram（图） | ✅ |
| Geometric Image Analysis（点光源，看能量分布） | lb spot-density（RMS、99.5 % 能量半径）；lb plot x.lens spot_density（密度伪彩） | ✅ |
| Single Ray Trace | lb ray Hx Hy Px Py | ✅ |
| 2D Layout | lb layout（PNG） | ✅ |
| Prescription Data | lb show | ✅ |
| Ray Fan | lb ray-fan（µm，相对主波长主光线） | ✅ |
| OPD Fan | lb opd-fan（波长） | ✅ |
| Wavefront Map / Interferogram | lb wavefront --field 3（RMS、P-V）；lb plot x.lens wavefront（伪彩 + 干涉图） | ✅ |
| Image Simulation | lb image-sim（patch：Strehl、垂轴色差；full：畸变、相对照度）；lb plot x.lens image_sim | ✅ |
| Grid Distortion | lb grid-distortion（最大畸变、SMIA TV 畸变）；lb plot x.lens grid_distortion | ✅ |
| Through Focus MTF | lb through-focus-mtf [频率]（各视场最佳焦面）；lb plot x.lens through_focus_mtf | ✅ |
| FFT MTF vs. Field | lb mtf-vs-field [频率…]；lb plot x.lens mtf_vs_field | ✅ |
| Relative Illumination | lb relative-illumination（最低值、有效 F 数）；lb plot x.lens relative_illumination | ✅ |
| Diffraction / Geometric Encircled Energy | lb encircled-energy（50 / 80 / 90 % 能量半径）；lb plot x.lens encircled_energy | ✅ |
| Encircled Energy › Type: Ensquared | lb ensquared-energy（50 / 80 / 90 % 能量半宽，--method geometric、--ref centroid）；lb plot x.lens ensquared_energy；横轴是正方形的半宽 | ✅ |
| Geometric MTF | lb geometric-mtf [频率…]（--grid、--wave、--mult 乘衍射极限）；lb plot x.lens geometric_mtf；与 GMTA 同一份实现，默认不乘衍射极限（Zemax 分析的默认是乘，--mult 对应） | ✅ |
| Encircled Energy › Type: X Only / Y Only | 暂无 | 🚧 |
| FFT PSF / FFT PSF Cross Section | lb psf --field 3（Strehl、峰值位置、艾里半径）；lb plot x.lens psf（伪彩 + 剖面，scale=log）；默认复色，--wave k 单色 | ✅ |
| Huygens PSF / Huygens PSF Cross Section | lb huygens-psf --field 3（--sampling 光瞳采样、--pixels 像面网格、--delta 像素间距 µm）；lb plot x.lens huygens_psf；像素在实际像面上（倾斜 / 弯曲像面） | ✅ |
| Glass Map | lb glass-map（--catalogs all）；lb plot x.lens glass_map；桌面端悬停读牌号 | ✅ |
| Sag Table | lb sag 3（--num）；lb plot x.lens sag --view "surface=3"；BFS 取过顶点与边缘的球 | ✅ |
| Full-Field Aberration / RMS Field Map | lb field-map（--area sensor、--data wavefront）；lb plot x.lens field_map | ✅ |
| RMS vs. Field（Spot Radius / Wavefront） | lb rms-field（--data wavefront、--ref chief、--num、--rings、--arms）；lb plot x.lens rms_field；高斯求积，同 RSCE / RWCE（臂数默认 2 × 环数，方位角同 Zemax） | ✅ |
| Zernike Fringe / Standard Coefficients | lb zernike --field 3（--kind standard、--terms、--grid）；lb plot x.lens zernike；系数单位波长，相对主光线参考球面 | ✅ |
| Huygens MTF | lb huygens-mtf 20 40（--sampling 光瞳采样）；lb plot x.lens huygens_mtf；在实际像面上算，像面倾斜 / 弯曲时与 FFT MTF 不同；复色合成与 FFT MTF 同一口径 | ✅ |
| FFT MTF | lb mtf [频率…]；复色同 Zemax：各波长的复数 OTF 按权重相加再取模，参考主波长主光线（垂轴色差计入）；含复色衍射极限 | ✅ |
| Field Curvature / Distortion | lb field-curvature；畸变默认 F-Tan(θ)，--distortion ftheta 为 F-Theta（f·θ，f 为近轴焦距）、cal_ftheta 为 Cal. F-Theta（最小二乘定焦距，同 DISC），F-θ 两种只用于物在无穷远；在像面局部坐标里算 | ✅（Cal. F-Tan(θ) 🚧） |
| Seidel Coefficients | lb seidel（S1…S5、C1、C2，W040…）；操作数 SPHA / COMA / ASTI / FCUR / DIST 按 Zemax 的波像差系数（波长）计，旧文件里这几个操作数的目标值要换算，打开时提示 I-OP-SEIDEL-W | ✅ |
| Strehl（Huygens/FFT PSF） | lb strehl | ✅ |
| Chromatic Focal Shift | lb focal-shift；lb plot x.lens focal_shift | ✅ |
| Longitudinal Aberration | lb longitudinal；lb plot x.lens longitudinal | ✅ |
| Lateral Color | lb lateral-color；lb plot x.lens lateral_color | ✅ |
| Through Focus Spot Diagram | lb through-focus；lb plot x.lens through_focus | ✅ |
| Footprint Diagram | lb footprint 4 / lb footprint all；lb plot x.lens footprint | ✅ |
| 单个操作数的值（MFE 的 Value 列、ZPL 的 OPEV） | lb calc "OPDC(wave=2, Hy=1, Py=1)"（向量化，如 Hy=0:0.25:1） | ✅ |
| 操作数 PARX / PARY / PARA / PARB、CENX / CENY、TRAC、OSCD、DISC、GMTA、MNSD / MXSD | op PARY 3 Hy=1 Py=0.5（近轴光线：边缘光线与主光线线性叠加）、op CENY field=3（光斑质心，同 RSCE 的取样）、op TRAC Hy=1 Py=1（相对质心，质心同默认评价函数）、op OSCD（正弦条件偏离，Conrady / Welford 的 OSC′）、op DISC <= 0.5（校准 F-θ 畸变，最小二乘定焦距）、op GMTA freq=30 field=2 >= 0.5（几何 MTF，不乘衍射极限）、op MNSD 1..6 >= 3（半口径边界）；口径与参数见操作数参考；zmx 导入导出（CENX / CENY、OSCD、DISC、GMTA 的参数排法按手册推断，未用 Zemax 文件核对）；优化时用到它们的设计整次走 Python | ✅ |
| 操作数 GTCE | op GTCE 1：面后玻璃的线膨胀系数（10⁻⁶/K，厂商目录 −30…+70 °C 段；空气、反射镜、模型玻璃为 0），热补偿设计配平两片玻璃的膨胀；zmx 导入导出（Surf） | ✅ |
| Materials Catalog（查牌号） | lb glass N-SF* --catalogs SCHOTT | ✅ |
| System Explorer › Afocal Image Space（与 Units › Afocal Mode Units） | afocal image [unit=mrad]：点列图、光扇、RMS 弥散斑、TRAX / TRAY / TRAR / TRAC / RSCE / RSCH、默认评价函数按角度（像方方向余弦之差，单位 urad / mrad / rad / arcsec / arcmin / deg），波前类参考出瞳处的平面波，MTF 按 cycles/mrad，场曲按屈光度，畸变按像方主光线角；lb paraxial 给角放大率（op AMAG）；按长度定义的分析拒算；zmx 的 FTYP 第 7 个数与 UNIT 第 6 个字段导入导出，Angular Radius 型默认评价函数导入成 default angular | ✅（角度用方向余弦之差、场曲的符号与参考面等按手册与几何定，未用 Zemax 实测核） |
| Optimization Wizard（默认评价函数） | default spot centroid rings=3 arms=6 …；Obscuration → obscuration=0.33；总权重（π × 视场 / 波长权重均值）与求积方位角同 Zemax | ✅ |
| Local Optimization（DLS） | lb optimize（Levenberg-Marquardt） | ✅ |
| Hammer | lb optimize --mode hammer --seconds N | ✅ |
| Save/Load Merit Function（.MF） | lb mf-export / lb mf-import（也认 Zemax 的文本 .MF；zmx 内嵌的评价函数随 lb import-zmx 一起导入、随 lb export-zmx 一起写回）；写给 Zemax 时只写 Zemax 有对应操作数的行，op EXPR 等 LensBench 独有的不写并列出 | ✅ |
文件
| Zemax | LensBench |
|---|---|
.zmx 导入 | lb import-zmx x.zmx（自有解析，支持 UTF-8/UTF-16）；曲率、厚度、二次曲面、非球面系数的变量标记（CURV 的类型 1、VDSZ、VCON、VPAR）→ var，边缘 / 主光线角度、F 数、齐明、同心、pickup → solve，厚度的边缘光线高度 solve（MAZH）→ T=solve(marginal_height, h)、主光线高度 solve（CHZH）→ T=solve(chief_height, h)、边缘厚度 solve（EDGE）→ T=solve(edge_thickness, …)（构建后与 Zemax 存的数值核对，对不上的固化）；厚度 pickup（PZUP）、玻璃 pickup（GLAS 的求解类型 2）、二次曲面系数 pickup（PKUP）、非球面系数 pickup（PPAR）→ pickup（先核对文件里的数值）；其余 solve 只取数值并提示。文件里的牌号在自带材料库里找不到（多是停产牌号），或 GCAT 里带版本号的库名在本机 Zemax 的 Glasscat 里有同名的那一版 AGF 时，自动在 .lens 里加一行 agf "<本机 Glasscat>"（明写在文本里，精确匹配，提示 I-ZMX-GLASSCAT）；没解析的面指令合成一条提示 |
.zmx 导出 | lb export-zmx x.lens x.zmx（曲率的角度 / F 数 / 齐明 / 同心 solve、±1 倍曲率 pickup、厚度 pickup、厚度的边缘光线高度 / 主光线高度 / 边缘厚度 solve、玻璃 / 二次曲面系数 / 非球面系数的 pickup、曲率 / 厚度 / 二次曲面 / 非球面系数 / 衍射面相位项 / Zernike 系数的变量原样写出（不带上下界，Zemax 的变量没有上下界）；评价函数、多重结构、公差一起写出；其余 solve 按当前值固化、模型玻璃的 nd / vd 变量不写，并提示） |
导出时默认在旁边附一张 x_zemax_check.md / .csv：「这个设计在 Zemax 里应该看到的数」——System Data（焦距、后截距、 像方 F/#、入瞳 / 出瞳、总长、近轴放大率）、Standard Spot Diagram 各视场 RMS、FFT MTF（10 / 20 / 30 cycles/mm 各视场 T / S）、 最大畸变、Seidel 各项总和，每行写明在 Zemax 哪个窗口看、单位与 LensBench 证据 id，末尾列出取样设置（Ray Density、 Sampling、光线瞄准、玻璃库版本）。在 Zemax 里打开导出的 .zmx 逐项看，半分钟就能核完。--no-check 不写这张表。