发布时间 : 星期日 文章ZEMAX光学设计软件操作说明详解更新完毕开始阅读90291dd326fff705cc170a08
将按此半径进行归一化。
注意：如果用视场角定义物体，坐标为归一化视场角；如果用物高定义，则Hx和 Hy为归一化物高。 物方数值孔径
物空间数值孔径是衡量从物从物面出射光线的发散率。数值孔径定义为折射率乘上近轴边缘光线角都正弦值，以物空间为测试空间。边缘光线为从物点发射的光锥的边缘光线。 参数数据
参数数据用来定义非标准面型。例如，参数数据可能包括非球面系数，光栅间隔，倾斜和平移数据。对参数数据值的讨论可以参看“面型”一章中“参数数据”部分。 近轴和旁轴光线
近轴的含义是“在轴附件”。近轴光学是由斯涅尔定理线性形式描述的光线。斯涅尔定理是： nsinθ=n’sinθ’
对于小角度可改写为：
nθ= n’θ’
光线中很多的定义是基于线性假设的。象差是由于不符合线性而产生的，所以一个光学系统的近轴特性通常被认为是系统没有象差时的特性。
虽然有很多的简单公式可用来计算近轴参数，比如焦距，F/#，放大率，等等。但ZEMAX通常不用这些公式。ZEMAX通过追迹实际的旁轴光线（指符合斯涅尔定理的光线）来计算，这些光线与基准光线（通常为光轴或者主光线）之间有一个小的角度。
ZEMAX之所以采用旁轴光线而不采用近轴公式追迹光线，是因为很多的光学系统包含非近轴的元件。非近轴元件是指这些元件不
能用初级象差理论很好地描述。这包括倾斜和离轴系统、全息系统、衍射光学和渐变折射率镜头等。
ZEMAX计算很多的近轴参数，但在系统具有非标准元件时，使用这些参数值要十分注意。通常情况下。使用旁轴光线是可行的，但对于非常特别的系统，描述成像特性时仅仅使用一些初级象差数值就不够了。 近轴像高
近轴理想像平面上对应全视场的近轴径向像尺寸，用镜头单位表示。 近轴放大率 径向放大率，即近轴像高和物高的比，近轴放大率在理想平面上测量。对于无限共轭的系统，近轴放大率为0。 近轴工作F/#
近轴工作F/#由下式定义：
W=1/(2ntanθ)
Θ为象空间近轴边缘光线角度，n为象空间介质折射率。近轴边缘光线按特定的共轭关系进行追迹，对于非轴对称系统，这一参数以轴向光线为基准，在入瞳处均匀分布的。近轴工作F/#是完全忽略象差的有效F/#数。详见有关工作F/#的定义。 主波长
主波长用微米表示，用来计算大部分近轴和系统参数，比如入瞳位置。 曲率半径
每一面的曲率半径用透镜单位进行度量。如果曲率中心在表面顶点的右面（沿Z轴正距离），则半径为正；如果曲率中心在表面顶点左边（沿Z轴为负距离），则半径为负。这与系统中反射镜的个数无关。 弧矢与子午
子午面参数指在子午面内计算的数据，子午面是由一条直线和一个点定义的平面；直线即系统的对称轴，点即是物空间的轴外物点。弧矢面是指与子午面垂直的平面，他与子午面在入瞳处相交于入瞳中心。
这一定义对非旋转对称的系统并不通用。为统一起见，不管轴外点在哪里，ZEMAX规定YZ平面为子午面；计算子午面数据时沿物空间y向进行计算。弧矢面于YZ面垂直，二者在入瞳中心相交，计算弧矢面数据时在物空间沿X轴计算。
这一规定基于下面的理论：如果系统是旋转对称的，沿Y轴的轴外点确定系统的成像质量，此时，两种定义是完全一致的。如果系统不是旋转对称的，则不存在对称轴，参考平面的选择就是任意的。 半口径
每一面的大小通过设置半口径来描述。默认的设置是允许所有实际光线通过孔径光阑的径向口径。如果在半口径一栏中输入数值，在数值右侧会显示一个“U”，这个字母表示这一半口径是用户定义的。用户可以定义一个具有折射本领表面的口径（如前所述，用键入数值 的方法就可以实现用户定义），如果没有定义表面口径，ZEMAX会自动将这一表面设为可变的口径。可变口径是圆形口径，径向最大坐标通常等于这一表面的半口径。表面口径类型可参见“表面特性口径”。
对于轴对称系统，只要表面不在光束的散焦面（通常在象面附近），任一表面的半口径都是精确计算的。ZEMAX通过追迹入瞳边缘的光线来计算轴对称系统的半口径。对于非轴对称系统，ZEMAX运用固定数目的光线或者使用迭代方法来计算半口径，采用迭代方法较慢，但更为精确。详见“快速半口径”。需要注意的是，ZEMAX自动计算的半口径只是一个近似值，当然通常都是比较准确的。 一些表面的口径比较大，表面Z的坐标会出现多值。比如，一个很深的椭球面对于同样的X、Y会有很多个Z轴坐标。对球面，这种情况称为超半球，而且在ZEMAX中，即使表面不是球面，也采用这一名称。超半球表面在半径口径这一栏用“*”号表示。这说明半口径是此面的外边缘口径，他比最大径向孔径要小。 顺序光线追迹
顺序光线追迹指按照预先给定的顺序从一表面追迹到另一表面。ZEMAX对表面进行顺序安排，起始面为物面，序号为“0”。物面后的第一面序号为“1”，之后是“2”、“3”，以此类推，一直到象面。顺序追迹光线意味着一条光线起始于0表面，追迹到1表面，然后到2表面，等等。不会出现从第5面追迹到第3面的情况，即使这些表面的实际位置可能出现这种情况。
可参见“非顺序光线追迹”。 斯特利尔比例数
斯特利尔比例数是对要求非常高的成像系统进行成像质量评价的一种方法。斯特利尔数是实际点扩散函数（PSF）峰值与不考虑象差时的点扩散函数（PSF）峰值的比值。ZEMAX计算有象差和物象差两种情况下的PSF，并得到两者峰值的比值。当象差很大，PSF的峰值很模糊时，斯特利尔数没有作用，因为这种情况下比值小于0.1。 表面口径
表面口径包括：圆形；矩形；椭圆形和蜘蛛网孔形（可产生渐晕）。同时还允许用户自己定义口径类型。可变口径也是以当前半口径值为基础进行变化的。表面口径不影响光线追迹，除非光线不能通过这一口径。表面口径对系统口径没有影响。 系统孔径
系统的孔径指整个系统的F/#；入瞳直径；数值孔径或光阑尺寸。对于一个特定的光学系统，这4个参量中的任一个确定下来后，另外3个也确定了。系统的孔径用来确定物方入瞳直
径，从而确定所有光线的范围。系统孔径总是圆形的。光线在通过不同的表面口径时可能会形成渐晕而不能全部通过。虽然一个系统中可能很有多种表面口径，但只有一个系统孔径。 厚度
厚度指的是到下一表面顶点的相对距离，单位是透镜单位。厚
度不是累积厚度，每一个厚度只代表从前以顶点沿Z轴方向的偏离值。
如果有反射镜，厚度通常会改变符号。通过奇数个反射镜后的所有厚度是负的。这一符号规则则反射镜个数及有无坐标变换无关。坐标转180度后，仍然要使用这一符号规则。 全反射（TIR）
当光线与表面法线间的夹角过大，不能满足斯涅尔定理的折射条件时，就发生了全反射。这种情况发生在光线入射角交大、光线从折射率高的介质传播到折射率低的介质中的时候，比如从玻璃到空气。当进行顺序光线追迹时，如果遇到全反射，系统认为错误，并会中止。从物理上来说，光线会从介质分界面反射回来，但ZEMAX在进行顺序追迹时不考虑这一效应。非顺序追迹时，对发生全反射的光线还必须考虑。 总长度
总长度是光学系统最左边表面到最右边表面的顶点间隔。计算的起始面是第1面，从第1面到象面的距离都包含在内，不考虑坐标旋转。最右面的表面指系统中Z向坐标最大的表面，最左边表面的Z向坐标值最小。在非轴对称系统中，总长度的用处不大。 渐晕系数
渐晕系数是描述入瞳大小和不同视场点光线的位置。ZEMAX有五个渐晕系数：VDX；VDY；VCX；VCY；VAY。这5个因子分别代表了X向偏心、Y向偏心、X向渐晕系数、Y向渐晕系数和渐
晕的角度。5个因子默认值都是0，表示没有渐晕。 一个光学系统的视场和入瞳可以看坐是一个单位圆。在这一章前面定义的归一化视场和瞳面坐标，指的就是这两个单位圆上的坐标。比如，瞳面坐标（px=0,py=1）代表的光线是从视场中的某一点追迹到入瞳的顶端。如果系统不存在渐晕，ZEMAX在进行大部分计算时，会对整个入瞳进行光线追迹。
很多光学系统都有意识地采用渐晕。这表示除光阑挡光外，还有一部分光线被表面口径遮挡。使用渐晕有两个常见的原因：第一、渐晕能使透镜尺寸减小，这一点对于广角透镜更为重要；第二、渐晕可以将一部分象差非常大的光线挡掉。渐晕通常会随着视场角的增大尔使F/#增加（这会使象面变暗），但如果大部分大象差光线被遮挡后，象面成像质量会提高。
渐晕因子为特定的视场点重新定义了入瞳。归一化入瞳坐标通过两个相关的变换进行修正。首先，通过下式进行坐标缩放和平移：
Px’=VDX+Px(1-VCX) Py’=VDY+Px(1-VCY)
然后，已经缩放平移的坐标通过渐晕角度进行旋转： Px“= Px’cosθ－Py’sinθ Py“= Px’sinθ＋Py’cosθ
式中，θ是渐晕角度VAN。VDX使光瞳左右移动，VCX使光瞳在X方向扩大或者缩小。对于VDY和VCY，意思也是一样的。注意，如果渐晕系数都为0，光瞳坐标不会被修正。渐晕系数为光学设
计提供了一种使用渐晕的简便方法。但是，必须知道，使用渐晕系数也是有限制的。
ZEMAX的一些功能可以从任意一个没有指定渐晕系数的视场点出发追迹光线，但这些功能提供的各种数据可能不如从一个确定的视场出发那样精确。一些功能在计算数据时通过在每一面上放置一个透明光阑，使光线具有相同的渐晕，而不采用渐晕系数。有关自动去除渐晕
系数的功能在“分析“这一章中有详细介绍。
ZEMAX也有一些功能对中间视场不会自动去除渐晕系数，比如在优化评价函数中的光线操作数（如REAX，可以追迹一条光线在个表面的X方向位置）或者ZPL宏。如果渐晕系数没有被排除，ZEMAX在计算时会将渐晕系数考虑在内。对于旋转对称系统，ZEMAX使用最接近的已经视场点来决定一个任意视场点的渐晕系数。 一旦渐晕系数被确定下来，就需要设计者确定超出光瞳外面的光线是否实际上被遮挡。如果渐晕系数用来减小透镜尺寸，则透镜不会大于使光瞳边缘外的光线能够穿过所要求的尺寸。如果让超出渐晕孔径的光线也能够通过实际光学系统，那么透镜的性能将会与计算机模拟的情况不一致。
相同或者近似相同的视场坐标不会被定义不同的渐晕系数，如果相邻的两个视场要使用不同的渐晕系数，他们的视场坐标必须相差最大视场坐标的1E－06次方以上。这是因为ZEMAX必须对所有视场坐标具有不同的渐晕系数，这是没有物理意义的。要建立这类系统 的正确方法是使用多重结构，通过多重结构编辑器设置渐晕系数。 渐晕系数在有没有光线瞄准定位时都可以设定，如果不进行光线瞄准定位，则按照上述公式，在近轴入瞳面上对孔径进行重描；如果进行光线瞄准定位，则在光阑面上进行重描。 渐晕系数可以代替光线瞄准应用于计算光瞳象差。这对于广角系统来说，可以加快光线追迹的速度。
渐晕系数可以在“视场数据”对话框中定义。详见“系统菜单”这一章。渐晕系数也可以是一个变焦参数，参见“多重结构”一章。要获得渐晕系数作为设计工具的更详细的使用方法，可参考第一章中提到的任意一本书。 波长数据
波长数据通常在当前系统温度、气压条件下进行测量，以微米为测量单位。默认系统温度为20摄氏度，空气压力为一个大气压。如果系统温度和、或者气压改变了，或者由多重结果操作数所控制，必须注意相应调整新的温度和气压下的波长。 波长数据在“波长数据”对话框中输入，参见“波长”部分说明。
波长数据通常在当前系统温度、气压条件下进行测量，以微米为测量单位。 工作F/#
工作F/#定义为：
W=1/(2nsinθ)
式中，θ指像空间边缘光线角度，n是象空间折射率。边缘光线 在指定的共轭面上进行追迹。
对于非共轴系统，这一参数指轴向光线，而且是通过四条光线平均得到的。这四条光线是：渐晕光瞳的顶部光线、底部光线、左边光线和右边光线。通过计算四条光线数值孔径平方的平均值，可以得到数值孔径的均方根RMS，并转化为F/#。
工作F/#通常比象空间F/#有用，因为它是基于透镜的实际共轭面的实际光线数据的。可以参考近轴工作数F/#的定义。
如果边缘光线由于光线的误差不能被追迹，那么会临时使用一个较小的光瞳来估算工作数F/#。