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1、将要学到的：更好地理解坐标断点，为倾斜和偏心系统设立的符号约定，反射镜面的应用。 先前的课程中讲述了如何设计一个牛顿望远镜，那一课中介绍了反射镜面和坐标断点概念，该课的重点为： 1）厚度在经过一个镜面后总是会改变符号。经过奇数面的镜面后，总厚度应该是负的。此符号的约定与镜面的数量或坐标断点的存在无关。 2）坐标断点通常成对出现，并夹在反射面中间。,例8 折叠反射镜面和坐标断点,第三章 ZEMAX设计实例,如何在会聚光束中手动加入折叠反射镜面。 菜单File/New。在镜片数据编辑器（LDE）窗口，显示三个面：OBJ，STO，和IMA，也即第0，1和2面。在表面类型列上双击，然后用从下拉列表中选
2、Paraxial 的方法将STO面的类型改为近轴镜片，将STO面的厚度设为100，这是近轴镜片的缺省焦距。然后，选System，General，在弹出的对话框里输入孔径值20（这会产生一个F/5镜片）。单击 OK 关闭对话框。现在选Analysis，Layout，3D Layout执行一次3D图形。你将会看到左边出现一个平面，光线集中在右边的一个焦点上。任何光学系统都可用来产生会聚光束，为简单起见用一个近轴镜片表达。,例8 折叠反射镜面和坐标断点,第三章 ZEMAX设计实例,加入单个反射镜面使会聚光束方向向上。反射镜面的初始位置的方向为45度。假设我们需要反射镜面离开近轴透镜30mm的距离，就
3、要求有3个新的镜面：一个坐标断点使坐标系统转45度，一个反射镜面，还有另外一个使反射光旋转45度。关键的一点是：这三个面都要求使用一个单反射镜面来实现。要加入三个表面，在像面行上任何一处单击，使光标重新定位，按Insert键3次，将第1面（STO面）的厚度改为30，在第3面的玻璃列输入MIRROR，再将第4面（IMA前一面）的厚度改为-70。注意70是负的，因为经过奇数面的镜面后厚度符号改变。 现在更新3D图形窗口。图会被重画，你将看到从焦点发出的光，落在镜面上，再反弹回离近轴透镜左边40mm的焦点上。反射镜面没有被倾斜。,例8 折叠反射镜面和坐标断点,第三章 ZEMAX设计实例,要使反射镜面
4、倾斜45度，可双击第2和4面的表面类型列，将这些面改为坐标断点，并从下拉列表中选Coordinate Break。向右滚动屏幕（用光标键或LDE底部的滚动条）直到出现参量列。在第2和4面上会有一系列的0。单击第4面的Parameter 3列，出现列头显示“Tilt About X”。在该格上双击（确信你是在第4面上），在弹出的对话框中，下拉列表中选Pickup作为一种求解（Solve）类型，设From Surface为2，Scale Factor为1.0。这会使第二个坐标断点旋转始终与第一个保持同样的旋转角。单击OK。注意在表格的值旁有个“P”，表明是从求解（pickup solve）中得到的
5、。 现在移到第2面，在“tilt about x”列里输入45。从主菜单选System，Update All，你将看到如图所示的图形。,例8 折叠反射镜面和坐标断点,第三章 ZEMAX设计实例,注意近轴镜片的厚度为30，位于第一个坐标断点的旋转顶点。坐标断点的厚度是0，表示反射镜面是在同一点上。但是，坐标断点已将坐标系统旋转了45度。镜面本身是不旋转的，只有它所在的坐标系统，才被旋转。镜面的厚度为0，因为我们在移到下一个面前，要旋转另一个45度。第二个坐标断点先旋转另一个45度，然后向焦点移动-70个单位。注意所有的倾斜和偏心处理应在厚度改变之前。 要实现另一个反射镜面，单击像面使光标落在那儿
6、，按Insert 键3次。将第四面的厚度从-70改为-30，第6面的玻璃改为MIRROR，第7面的厚度改为+40（再次注意经过镜面后符号的改变），再将第5和7面的表面类型改为坐标断点，在第5面对X轴倾斜中输入45度。在第7面的对X轴的倾斜 （tilt about x）上双击，在此参量上安放一个pick up solve。求解（pick up）是从第5面得到的，比例因子为1。更新3D图层，应该如图所示。,例8 折叠反射镜面和坐标断点,第三章 ZEMAX设计实例,第2系列的break-mirror-break系统将光束再转90度，因此它仍然与初始光轴平行。由于我们已在每一系列中加入了“pickup
7、solves” ，就可很容易地通过改变2个数字将光束倾斜。试着在第2和5面的“tilt about x”中输入30和-60，然后选System，Update All可看到3维图上的影响。,例8 折叠反射镜面和坐标断点,第三章 ZEMAX设计实例,要求：设计一个扫面系统，扫描一个直径为50mm的氦氖激光光束，扫描角度10，后面有一个F/3的聚焦透镜系统。 分析：需要设计一个F/3的双胶合透镜，EPD为50mm，留5mm的边缘冗余量，波长为氦氖激光的红色波长，使用N-BK7和F2玻璃材料。 菜单system/general设置EPD为50mm，5mm的边缘冗余量，菜单system/waveleng
8、ths.波长为氦氖激光的红色波长0.6328，一个FIELD.如图建立各面,如图设置各面的Thickness、Glass。双击面5的radius，设置F number为3，其Radius自动变为-92.483261.,例9 扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,使面2成为反折镜，透镜参照面1旋转90角，点击tools/Coordinates/add fold mirror,打开对话框，输入如下值。,例9 扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,显示如下图。反折镜面后方所有面的厚度均变号。,例9 扫面镜（Scanning Mirror
9、）,第三章 ZEMAX设计实例,现在，为了使镜面成为一个扫描镜，需要倾斜它。因为扫描角度为10。所以在45标称位置倾斜5。 为了使镜面成为扫描镜，使用倾斜/偏心元件工具。 选择tools/coordinates/tilt/decenter.,在对话框中输入如下值。,例9 扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,更新3D图如图所示。这个工具插入了额外的两个坐标断点面，所以现在这个镜面在45的标称位置倾斜了5。,例9 扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,建立一个在45标称位置扫描角为5的模型。点击Editor/Multi-config
10、uration,打开多重结构编辑器。在多重结构编辑器里点击两次edit/insert config,这样就有三个结构。双击编辑器最左边的栏。,设置如下参数。设置面3的参数3为多重结构参数。,例9 扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,接着编辑输入如下值。,在3D Layout界面中点击Setting,打开设置对话框，如下设置相关参数。看到所有三个结构都重叠了。,例9 扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,这时，可以手动按键盘的CTRL-A改变结构。,例9 扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,例9
11、扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,注意，在倾斜和非倾斜过程中，反射镜和透镜的半径不同，随着结构的变化 而变化。 解决办法、；最大值解决办法可以设置半径为所有结构中的最大值。 方法，点击菜单“tool/Apertures/Convert Semi-Diameters to Maximum Apertures”进行设置。,优化： 当前的透镜是为了优化在轴上的情况。 接下来，优化透镜在5视野内，优化之前，需重建评价函数以适应新的结构。 重新运行默认的评价函数工具。 运行菜单“Editor/Merit Function”,在Merit function Editor
12、窗口中，运行 “tools/default merit functions”,在打开的窗口中进行如下设置。,例9 扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,例9 扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,先看看当前的点图。运行菜单“Analysis/spot diagrams/configuration matrix”,例9 扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,玻璃代替：本例中所有的3个结构中使用的是相同的玻璃，因此在棱镜数据编辑器LDE中输入玻璃代替物。 运行“Tools/Optimization/Gl
13、ass Substitution Template.”，进行如下设置：,例9 扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,扫描镜分为两类： Galvanometer反射镜和Polygon反射镜。 Galvanometer反射镜：镜面在顶点的倾斜； Polygon反射镜：在镜面顶点后面的一个偏置点处扫描。 目前是Galvanometer反射镜扫描。 接下来进行Polygon反射镜设计。假设镜面顶点到多边形的中心距离为60mm，将LED中进行如下设置,例9 扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,然后在LDE中双击面4，打开面4的属性对话框，
14、进行如下的设置。,例9 扫面镜（Scanning Mirror）,第三章 ZEMAX设计实例,再看其3D Layout图，如图所示，此时扫描镜关于后表面倾斜。,例10 离轴抛物镜（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX设计实例,抛物面非常有用，能把一束平行光会聚成一个点，而没有像差。 离轴抛物面常用在,例10 离轴抛物镜（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX设计实例,标准面的k=-1时就形成抛物面。 创建一个新系统，入瞳直径为10mm。如图输入相关值。,面2为抛物面，焦距为曲率半径的一半，与光线方向相反。,例10 离轴抛物镜（Off-Axis Para
15、bolas）,第三章 ZEMAX设计实例,其3D布局图和OPD fan 如图所示，非常理想。,例10 离轴抛物镜（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX设计实例,接下来使反射镜 大些。 设置面2的Semi-diameter为100mm，在其旁边出现一个“U”，表示这是用户定义的。,例10 离轴抛物镜（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX设计实例,接下来使反射镜 大些。双击面2，打开其属性对话框，进行如下设置。确定,例10 离轴抛物镜（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX设计实例,再看其3D布局图，如图所示,例10 离轴抛物镜（Of
16、f-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX设计实例,在反射镜面2的前面增加一个CB面，并设置该CB在Y方向有+80mm的平移量。,其3D布局如图所示。保存该文件。后面要用,例10 离轴抛物镜（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX设计实例,复制该系统。 方法一：在Y方向的平移量增加。使他成为多重结构。 运行菜单“Editor/Multi-configuration”,打开多重结构编辑器，在该编辑器中点击Edit/Insert Config,并进行如下设置。,例10 离轴抛物镜（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX设计实例,双击IMAG面，打开其属性设置对话框，进行如下设置，选中“Make Surface Global Coordinate Reference”复选框。,例10 离轴抛物镜（Off-Axis Parabolas）,第三章 ZEMAX设计实例,在3D Layout 中运行setting，在设置对话框中的configuration选择AL
