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课程
1
：单透镜（
a
singlet
）
开始
ZEMAX
，输入波长和镜片数据，生成光线
特性曲
线（
ray fan
）
，光程差曲线（
OPD
）
，和点列图
< br>（
Spot
diagram
）
，确定厚度求方法和变量，进行简
单的优化。
< br>
假
设需要设计一个
F/4
的镜片，焦
距为
100mm
，在轴上可见
光谱范围
内，用
BK7
玻璃，该怎样开始呢？
首
先，运行
ZEMAX
。
ZEMAX
主屏幕会显示
镜片数据编辑（
LDE
）
。你可
以对
LDE
（你工作的场所）窗口进行移动或
重新调整尺寸，以适合你自
己的喜好。
LDE
< br>由多行和多列组成，类似于电子表格。
半径、厚度、玻
璃
和半口径
等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系
统中才会用到。
1
、基本设置：
开始，我们先为我们的系统输入<
/p>
波长
。这不一定
要先完成，我们只不过现
在选中了这一步。在主屏幕菜单条上，
选
择
“系统
（
System
）
”
---
“
通用配置<
/p>
（
general
）
”
----
“单位
units
”，
先
确
定单
位。
再选
择“
系统（
Sy
stem
）
”菜单
下
< br>的“
波
长
（
Wavelengths
）
”
。<
/p>
屏幕中间会弹出一个“波长数据（
Wavelength
Data
）
”对话框。
ZEMAX
中有许多这样的对话框，用来输入数据和提
供你选
择。用鼠标在第二和第三行的“使用（
Use
）
”上单击一下，
20
<
/p>
将会增加两个波长使总数成为三。现在，在第一个“波长”行中输
入
0.486
，这是氢（
Hydrog
en
）
F
谱线的波长，单位为
微米
。
Z
EMAX
全部使用微米作为波长的单位。
现在，在第二行的波长列
中输入
0.587<
/p>
，
最后在第三行输入
0.656
。
这就是
ZEMAX
中
所有有关
输入数据的操作，转到适当的区域，然后键入数据。在屏幕的最右
边，
你可以看到一列主波长指示器。
这个指示器指出
了主要的波长，
当前为
0.486
微米
。在主波长指示器的第二行上单击，指示器下移
到
587
的位置。
主波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。
“权重（
Weight
）
”
这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如
RMS
点尺寸和
STREHL
率。
现在让所有的权为
1.0
，
单击
OK
保存所做
的改变，然后退出波长数据对话框。
选择“系统（
System
）
”
---
“
视场
（
fields
）”
----
“角度”
将
X
、
Y
都设为零。表示光线平行于主光轴入射。
2
、为镜片定义一个孔径
。
这可以使
ZEMAX
在
处理其他的事
情上，
知道每一个镜片该被定为多大。
由于我们需要一个
F/4
镜头，
< br>我们需要一个
25mm
的孔径
（
100mm
的焦距除
F/4
）
。
设置这个孔径值，
选
择“系统”
---
“通用配置（
Gen
eral
）
”
---
< br>“
aperture
（孔径）
”
输入
“光圈数值”
：
< br>25
。
注意孔径类型
缺省时
为
“入瞳直径
（
E
ntrance
Pupil Diameter
）
”
，也可选择其他类型的孔径设置。
3
、加入一些重要的表面数据。
ZEMAX
模型光学系统使用一
系列的表面，每一个面有一个
< br>曲率半径，厚度
（到下一个面的轴上
距离）
，
和
玻璃
。
一些表面也可有其他的数据，
我们以后将会讨论到。
21
注意在
LDE
中显示的有三个面。物平面
---
以
OBJ
表示；光阑面
---
以
STO
表示；还有像平面
---
以
IMA
表示。对于我
们的单透镜来说，
我们共需要四个面：物平面，前镜面（同时也是光阑面）
，后镜面，
和像平面。
要插入第四个面，
只需移动光标到像平面
（最后一个面）
上
，按
INSERT
键。
这将会插入一个新的面，并将像平面往下移。新
的面被标为第
2
面。注意物体所在面为第
0
面，然后才
是第
1
（标
上
STO
是因为它是光阑面）
，第
2
和第
3
面（标作
I
MA
）
。
4
、输入所要使用的玻璃
。
⑴
移动光
标到第一面的“
玻璃（
Glass
）<
/p>
”列，即在左边被标
作
STO
的面。输入“
BK7
”并敲回车键。
ZEMAX
有一个非常广泛的玻璃目
录可用。所有我
们需要做的仅仅是决定使用“
BK7
”
，
ZEMAX
会去查找我
们所定的玻璃
并计算每一个波长的系数。
⑵
由于我们需要的孔径是
25mm
，合理的镜片厚度是
4mm
。移
动光标到
第
1
面（我们刚
才输入了
BK7
的地方）的厚度列并输入“
4
”
。
注意缺省的单位是毫米。其
他的单位（分米，英寸，和米）也可以。
⑶
现在，
我们需要为镜片输入每一面的
曲率半径值
。让我们
设想一下，
前面和后面的半径分别是
100
和
-100
，在第
1<
/p>
（
STO
）和
2
面
中分别输入这些值
。符号约定为：如
果曲率中心在镜片的右边为正，在
左边为负。这些符号（
+10
0
，
-100
）会产生一个等凸的镜片
。我们还需
要在镜片焦点处设置像平面的位置，所以要输入一个
100
的值，作为第
2
面的厚度
。
5
、
怎样才能知道这个镜片是否好呢
？
也许在镜片设计
中，最
22
有用的判断工具是
光线特性曲线图
。要产生一幅光线特性曲
线图，
先选择
“分析（
Analysi
s
）
”
----
“图（
Fan
）
”
< br>----
再选择“光线像
差（
R
ay Aberration
）
”
。你
将会看到光线特性曲线图在一个小窗口
显示出来（如果看到任何出错信息，退回并确认是
否所有你所输入
的数据与所描述的是一致的）
。光线特性曲线图
如图
E1-1
所示。图
形以光瞳坐标的
函数形式表示了
横向的光线像差
（指的是以主光线
为基准）
。左边的图形中以“
EY
< br>”代替
ε
Y
。这是
Y
方向的像差，有
时也叫做子午的，或
YZ
面的。右图以“
EX
”
代替
ε
X
，有时也叫做
弧矢的，
或
XZ
面的。
此光学特性曲线表示出了一个明显的设计错误，
光线特性曲线
通过原点的倾斜（越小越好）表示有离焦现象存在
。
为了纠正离焦，
我们用在镜片的后面的
< br>Solve
来进行。
SOLVES
动态地调整特定的镜片数据。为了将像平面设置在近轴焦点上，
在
第
2
面的厚度上双击，
弹出
SOLVE
对话框，它只简单地显示“固
定（
Fixed
）
”
。在下拉框上单击，将
SOLVE
类型改变为“边缘光高
（
Marginal Ray Height
）
”
，然后单击
OK
。用这样的求解办法将会
调整厚度使像面上的边缘光线高度为
< br>0
，即是近轴焦点。注意第
2
面的厚度会自动地调整到约
96mm
。现在，我们需要更新光线
特性曲
线图看其变化。从光线特性曲线窗口菜单，单击“更新（
Update
）
”
（在窗口任何地方双
击也可更新）
，其光线特性曲线图如图
E1-2
所
示。
现在，
离焦已消失
（原点切线斜率为
0
）
，
主要的像差是球差
（点
列图可看
出）
。注意图中比例的改变（下方
max
scale
）
。
6
、是所得到的最佳设计吗？
我们下面就要用优化来完成本
设
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