-
?
单透镜设计
?
我们先为我们的系统输入波长
,
选择“系统（
System
）
”菜单下的“波长
（
Wa
velengths
）
”
。
?
486
，这是氢（
Hydrogen
）
< br>F
谱线的波长，单位为微米。
波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。
?
“权重（
Weight
）
”
< br>这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如
RMS
点<
/p>
尺寸和
STREHL
率。
?
定义一个孔径。
这可以使
ZEMAX
在处理其他的事情上，<
/p>
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，我们需要一个
25mm
< br>的孔径
（
100mm
的焦距除<
/p>
F/4
）
。
设置
这个孔径值，
选择
“系统”
中的
“通常
（
General
）
”
菜单项，
出现
“通常数据
（
General Data
）
”
对话框，
单击
“孔径值
（
Aper Value
）
”
一格，输入一个值：
2
5
。注意孔径类型缺省时为“入瞳直径（
Entrance
Pupil
Diameter
）<
/p>
”
，也可选择其他类型的孔径设置。
?
在
LDE
中显示的有三个面。物平面，在左边以
OBJ
< br>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）的“无穷（
Infini
ty
）
”之上，
按
INSERT
键。这将会在那一行插入一个新的面，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
IMA
）
。
?
如果
曲率中心在镜片的右边为正，在左边为负。这些符号（
+100
，
-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。
?
“光线像差
（
Ray Aberrat
ion
）
”
,
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
”代替
< br>ε
Y
。这是
Y
< br>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
Solve
来进行。为了将像平面设置在
< br>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
Hei
ght
）
”
，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
0
，即是近轴焦点。离焦已消失，主要的像差是球差
.
?
一个理想的镜头（对于一个指定的
应用）它的评价函数的值应为
0
。从主菜
单中选择“编辑（
Editors
）
”菜单下的“评价函数（
Merit Function
）
”
,
选择
“工具（
Tools
）
”菜单下的“缺省评价函
数”
。再在出现的对话框中，点击
Reset
< br>，然后
OK
。
?
构建了一个缺省的评价函数，它由
一系列的可以使得
RMS
波前差最小的追
迹光线组成。但这并不够，因为除了使弥散斑尺寸最小外，我们还需要使镜
头的焦距为
100mm
。
?
使光标移动到评价函数编辑的第一
行，
按下
INSERT
键插入新的一行
。
现在，
在“
TYPE
”列下，输入“
EFFL
”然后按回车。此操作数控制
有效焦距。移
动光标到“
Target
”列，输入“
100
”然后按回车。其“权重（
Weight
）
”输
入一个值
：
1
。这样我们就完成了评价函数的定义，你可以在窗口的左上
角
双击，将评价函数编辑器从屏幕中移走，评价函数不会丢失，
ZEMAX
会自
动将它保存。
?
“最佳化（
Optimization
）
”
，会
显示最佳化工具对话框。
?
最佳化的结果是使镜片弯曲。
结果所得出的镜片曲率使得焦距大致
100mm
，
并且使这个简单的系统具有了
一个尽可能小的
RMS
波前差
.
最佳化的设计结
果的最大的像差约为
200<
/p>
微米，
?
衡量光学性能的另一个方法的是产生一个点列图
Spot Di
agram
。
此点列图的
弥散大小是<
/p>
400
微米。
作为比较，艾利（
Airy
）衍射斑的大小粗略地约为
6
微米。
?
另一个有用的判断工具是
OPD
图。这是以光瞳坐标为函数的光程差（以主
光线为基准）
分布图，
它的光瞳坐标与光学特性曲线图中相同
。
为了看
OPD
图，选择“分析”菜单
下的“图”
，再选择“光程（
Optical Path
）
”
。这个系
统中有
大约
20
个波长的波像差，大部分为焦面上的球差，色球差和轴
上色
差。
?
从
Ray Fan
中可较明显地看出，
色差
（
Chromatic aber
ration
）
是其主要像差。
一阶色
差的大小提供了另外一种简便的工具：多色光焦点漂移图。这种图形
把焦距作为一种波长
的函数，它指出了近轴焦点的变化。为了得到多色光焦
点漂移图，选择“分析”菜单中的
“多方面（
Miscella-neous
）
< br>”
，然后再选
“多色光焦点漂移（
Chromatic Focal Shift
）
。注意纵坐
标表示波长范围，覆
盖了所定义的波长段，焦距的最大变化范围约为
1540
微米。对于单透镜镜
片来说，其曲线的单调变化类
型是很典型的。
?
看
ZEMAX
玻璃目录中的其他玻璃类型，选择“
Tools
”
，
“
Glass Catalogs
”
。<
/p>
浏览完目录后单击“
Exit
”
双透镜设计
?
第
1
个镜片有较尖的边缘。根据图形很难说出边缘厚度是正的或负的。
?
为了决定实际的边缘厚度，可将光
标移动到第一面的任意一列（例如，在
LDE
中有“
BK7
”字样处单击）
。现在选择“
Reports
”
，
“
Surface Data
”
，将
会出现一个窗口，告诉你该面的边缘厚度。所给出的值是
0.17
，稍偏小。
?
<
/p>
在我们修整偏小的边缘厚度之前，我们将先将镜片放大。移动光标到第一面
的半口径
“
Semi-Di
ameter
”列，键入“
14
”替代
所显示的
12.5
，
ZEMAX
会消去
12.5
并显示“
14.000000U
”
。
“
U
”标志着这个孔径是用户自定义的。
如果
“
U
”没有显示，表示
ZEMAX
允许此孔径可随要求定义。你可以键入
Ctrl-Z
来取消
“
U
”
标志，
或在半口径上双击，
并为求解类型选择
“
Automatic
”
。
?
还
有一个更有用的保持边缘厚度为一个特定值的方法
:
假设我们需
要保持边
缘厚度在
3mm
，在第一面的
厚度列中双击，会出现“
Solve Control
”屏幕，
从所显示的求解列表中选择
“
Edge
thickness
”
，
两个值会被显
示，
一个是
“厚
度（
< br>Thickness
）
”
，一个
是“半径高（
Radial Height
）
< br>”
。设厚度为
3
，半径高
为
0
（如果半径高是
0
，
ZEMAX
使用所定义的半口径）
，然后单击“
OK
”
< br>。
在
LDE
中，第一面的厚度已
被调整过，字母“
E
”显示在框中，表示此参量
为一个活动的边缘厚度解。