ZEMAX 光学设计软件操作说明详解 光学设计软件操作说明详解 第三章第三章 习惯用法和定义习惯用法和定义 介绍介绍 这一章对本手册的习惯用法和术语进行说明 这一章对本手册的习惯用法和术语进行说明 ZEMAX 使用的大 部分习惯用法和术语与光学行业都是一致的 但是还是有一些重要的 不同点 使用的大 部分习惯用法和术语与光学行业都是一致的 但是还是有一些重要的 不同点 活动结构活动结构 活动结构是指当前在镜头数据编辑器中显示的结构 详见 多重结 构 这一章 活动结构是指当前在镜头数据编辑器中显示的结构 详见 多重结 构 这一章 角放大率角放大率 像空间近轴主光线与物空间近轴主光线角度之比 角度的测量是 以近轴入瞳和出瞳的位置为基准 像空间近轴主光线与物空间近轴主光线角度之比 角度的测量是 以近轴入瞳和出瞳的位置为基准 切迹切迹 切迹指系统入瞳处照明的均匀性 默认情况下 入瞳处是照明均 匀的 然而 有时入瞳需要不均匀的照明 为此 切迹指系统入瞳处照明的均匀性 默认情况下 入瞳处是照明均 匀的 然而 有时入瞳需要不均匀的照明 为此 ZEMAX 支持入瞳 切迹 也就是入瞳振幅的变化 支持入瞳 切迹 也就是入瞳振幅的变化 有三种类型的切迹 均匀分布 高斯型分布和切线分布 对每一 种分布 均匀分布除外 切迹因素取决于入瞳处的振幅变化率 在 系统菜单 这一章中有关于切迹类型和因子的讨论 有三种类型的切迹 均匀分布 高斯型分布和切线分布 对每一 种分布 均匀分布除外 切迹因素取决于入瞳处的振幅变化率 在 系统菜单 这一章中有关于切迹类型和因子的讨论 ZEMAX 也支持用户定义切迹类型 这可以用于任意表面 表面 的切迹不同于入瞳切迹 因为表面不需要放置在入瞳处 对于表面切 迹的更多信息 请参看 表面类型 这一章的 用户定义表面 这节 也支持用户定义切迹类型 这可以用于任意表面 表面 的切迹不同于入瞳切迹 因为表面不需要放置在入瞳处 对于表面切 迹的更多信息 请参看 表面类型 这一章的 用户定义表面 这节 后焦距后焦距 ZEMAX 对后焦距的定义是沿着对后焦距的定义是沿着 Z 轴的方向从最后一个玻璃面 计算到与无限远物体共轭的近轴像面的距离 如果没有玻璃面 后焦 距就是从第一面到无限远物体共轭的近轴像面的距离 轴的方向从最后一个玻璃面 计算到与无限远物体共轭的近轴像面的距离 如果没有玻璃面 后焦 距就是从第一面到无限远物体共轭的近轴像面的距离 基面基面 基面 又称叫基点 指一些特殊的共轭位置 这些位置对应的物 像平面具有特定的放大率 基面包括主面 对应的物像面垂轴放大率 为 基面 又称叫基点 指一些特殊的共轭位置 这些位置对应的物 像平面具有特定的放大率 基面包括主面 对应的物像面垂轴放大率 为 1 负主面 垂轴放大率为 负主面 垂轴放大率为 1 节平面 对应于角放大率为 节平面 对应于角放大率为 1 负节平面 角放大率为 负节平面 角放大率为 1 焦平面 象空间焦平面放大率为 焦平面 象空间焦平面放大率为 0 物 空间焦平面放大率为无穷大 物 空间焦平面放大率为无穷大 除焦平面外 所有的基面都对应一对共轭面 比如 像空间主面 与物空间主面相共轭 等等 如果透镜系统物空间和像空间介质的折 射率相同 那么节面与主面重合 除焦平面外 所有的基面都对应一对共轭面 比如 像空间主面 与物空间主面相共轭 等等 如果透镜系统物空间和像空间介质的折 射率相同 那么节面与主面重合 ZEMAX 列出了从象平面到不同象方位置的距离 同时也列出了 从第一面到不同物方平面的距离 列出了从象平面到不同象方位置的距离 同时也列出了 从第一面到不同物方平面的距离 主光线主光线 如果没有渐晕 也没有像差 主光线指以一定视场角入射的一束 光线中 通过入瞳中央射到象平面的那一条 注意 没有渐晕和像差 时 任何穿过入瞳中央的光线也一定会通过光阑和出瞳的中心 如果没有渐晕 也没有像差 主光线指以一定视场角入射的一束 光线中 通过入瞳中央射到象平面的那一条 注意 没有渐晕和像差 时 任何穿过入瞳中央的光线也一定会通过光阑和出瞳的中心 如果使用了渐晕系数 主光线被认为是通过有渐晕入瞳中心的光 线 这意味着主光线不一定穿过光阑的中央 如果使用了渐晕系数 主光线被认为是通过有渐晕入瞳中心的光 线 这意味着主光线不一定穿过光阑的中央 如果有瞳面像差 这是客观存在的 主光线可能会通过近轴入如果有瞳面像差 这是客观存在的 主光线可能会通过近轴入 瞳中心 如果没有使用光线瞄准 或光阑中央 如果使用光线瞄准 但一般说来 不会同时通过二者中心 瞳中心 如果没有使用光线瞄准 或光阑中央 如果使用光线瞄准 但一般说来 不会同时通过二者中心 如果渐晕系数使入瞳减小 主光线会通过渐晕入瞳中心 如果不 使用光线瞄准 或者渐晕光阑中心 如果使用光线瞄准 如果渐晕系数使入瞳减小 主光线会通过渐晕入瞳中心 如果不 使用光线瞄准 或者渐晕光阑中心 如果使用光线瞄准 常用的是主光线通过渐晕入瞳的中心 基本光线通过无渐晕的光 阑中心 常用的是主光线通过渐晕入瞳的中心 基本光线通过无渐晕的光 阑中心 ZEMAX 不使用基本光线 大部分计算都是以主光线或者中 心光线作为参考 优先使用中心光线 因为它是基于所有照射到象面 的光线聚合效应 而不是基于选择某一条特殊光线 不使用基本光线 大部分计算都是以主光线或者中 心光线作为参考 优先使用中心光线 因为它是基于所有照射到象面 的光线聚合效应 而不是基于选择某一条特殊光线 坐标轴 系 坐标轴 系 光轴为光轴为 Z 轴 正方向为光线由物方开始传播的方向 反射镜可 以使传播方向反转 坐标系采用右手坐标 在标准系统图中 弧矢面 内的 轴 正方向为光线由物方开始传播的方向 反射镜可 以使传播方向反转 坐标系采用右手坐标 在标准系统图中 弧矢面 内的 X 轴指向显示器以里 子午面内的轴指向显示器以里 子午面内的 Y 轴垂直向上 轴垂直向上 通常传播方向沿着通常传播方向沿着 Z 轴正方向从左至右 当有奇数个反射镜时 光束的物理传播沿 轴正方向从左至右 当有奇数个反射镜时 光束的物理传播沿 Z 方向 因此 经过奇数反射镜之后 所有的厚 度是负值 方向 因此 经过奇数反射镜之后 所有的厚 度是负值 衍射极限衍射极限 衍射极限指光学系统产生象差的原因不是设计和制造缺陷 而 是由于衍射物理效应 要判断系统是否是衍射极限 可以计算或者测 量光程 衍射极限指光学系统产生象差的原因不是设计和制造缺陷 而 是由于衍射物理效应 要判断系统是否是衍射极限 可以计算或者测 量光程 OPD 如果 如果 OPD 的峰 谷差值小于波长的四分之一 那 么就说系统处于衍射极限 的峰 谷差值小于波长的四分之一 那 么就说系统处于衍射极限 有很多其他的方法来判断一个系统是否是衍射极限 例如 斯 特列尔比数 在同一系统里形成的有象差点像的衍射图峰值与无象差 有很多其他的方法来判断一个系统是否是衍射极限 例如 斯 特列尔比数 在同一系统里形成的有象差点像的衍射图峰值与无象差 的峰值亮度之比 用于像质的评价 的峰值亮度之比 用于像质的评价 RMS OPD 标准偏差 最大 梯度误差 等等 当使用一种方法评价系统为衍射极限时 运用另外 一种方法可能不是衍射极限 这是可能的 标准偏差 最大 梯度误差 等等 当使用一种方法评价系统为衍射极限时 运用另外 一种方法可能不是衍射极限 这是可能的 在一些在一些 ZEMAX 的图 例如 的图 例如 MTF 或或 Diffraction Encircled energy 衍射能量圈图 等 衍射极限可以选择显示出来 这些数据 通常是通过追迹某视场角指定参考点的光线得到的 计算过程考虑了 光瞳切迹 渐晕 衍射能量圈图 等 衍射极限可以选择显示出来 这些数据 通常是通过追迹某视场角指定参考点的光线得到的 计算过程考虑了 光瞳切迹 渐晕 F 数 表面孔径 透射率等等因数 但不考虑实 际存在的误差 光程差都定为 数 表面孔径 透射率等等因数 但不考虑实 际存在的误差 光程差都定为 0 对于包含对于包含 X 和和 Y 方向视场角都为方向视场角都为 0 的系统 比如的系统 比如 0 0X 0 0Y 参考视场位置为坐标轴上点 如果没有 参考视场位置为坐标轴上点 如果没有 0 0 视场 定义的第一个 视场对应的坐标用于参考坐标 视场 定义的第一个 视场对应的坐标用于参考坐标 边缘厚度边缘厚度 对于边缘厚度 对于边缘厚度 ZEMAX 使用两种不同的定义 通常来说 要 计算一个特定表面的边缘厚度 采用下面的公式 使用两种不同的定义 通常来说 要 计算一个特定表面的边缘厚度 采用下面的公式 Ei Zi 1 Zi Ti Zi为表面为表面 y方向半口径对应的矢高 方向半口径对应的矢高 Zi 1是下一面在是下一面在 y方向半口 径的矢高 方向半口 径的矢高 Ti是表面在轴向的厚度 注意 边缘厚度计算时 使用的 矢高是个表面在半口径矢高对应的各自的矢高 一般情况下都是不一 样的 是表面在轴向的厚度 注意 边缘厚度计算时 使用的 矢高是个表面在半口径矢高对应的各自的矢高 一般情况下都是不一 样的 边缘厚度计算时由于一般采用边缘厚度计算时由于一般采用 y 方向口径 如果表面不是旋转 对称 或者表面口径为指定时 这样的方法就不适用了 方向口径 如果表面不是旋转 对称 或者表面口径为指定时 这样的方法就不适用了 当采用边缘厚度求解时 情况则不同 因为边缘厚度求解可以当采用边缘厚度求解时 情况则不同 因为边缘厚度求解可以 改变中心厚度 也能改变光线在下一表面的入射点 这表示下一表面 的半口径也可以改变 如果计算边缘厚度时使用下一表面的半口径 会出现无限循环或者循环定义 改变中心厚度 也能改变光线在下一表面的入射点 这表示下一表面 的半口径也可以改变 如果计算边缘厚度时使用下一表面的半口径 会出现无限循环或者循环定义 正由于此 边缘厚度求解计算边缘厚度时 对两个面都严格采 用第一表面的半口径 第二表面的半口径不再被使用 虽然表面的曲 率或者面型还要使用 正由于此 边缘厚度求解计算边缘厚度时 对两个面都严格采 用第一表面的半口径 第二表面的半口径不再被使用 虽然表面的曲 率或者面型还要使用 有效焦距有效焦距 指从后主面 象方主面 到近轴象面的距离 这是无限远物的共 轭距离 主面的计算通常是基于近轴光线数据 有效焦距一般以折射 率为 指从后主面 象方主面 到近轴象面的距离 这是无限远物的共 轭距离 主面的计算通常是基于近轴光线数据 有效焦距一般以折射 率为 1 进行计算 即使象空间的折射率不是进行计算 即使象空间的折射率不是 1 入瞳直经入瞳直经 光阑在物空间的近轴象的口径 光阑在物空间的近轴象的口径 入瞳位置入瞳位置 以与系统第一面的距离来衡量的入瞳近轴位置 第一面一般是 面 以与系统第一面的距离来衡量的入瞳近轴位置 第一面一般是 面 1 而不是物面 物面是 面 而不是物面 物面是 面 0 出瞳直径出瞳直径 光阑在象空间的近轴象的口径 光阑在象空间的近轴象的口径 出瞳位置出瞳位置 以象面位置衡量的近轴出瞳位置 以象面位置衡量的近轴出瞳位置 额外数据额外数据 额外数据被用来定义特定的非标准面型 比如 用来定义衍射光 学面的位相 比如 额外数据被用来定义特定的非标准面型 比如 用来定义衍射光 学面的位相 比如 Binary 1 面型 在 面型 这一章 额外数据 面型 在 面型 这一章 额外数据 部分 有关于额外数据的完整讨论 部分 有关于额外数据的完整讨论 视场角和物高视场角和物高 视场可以用角度 物高 用于有限距离共轭系统 近轴象高或 者实际象高来表示 视场可以用角度 物高 用于有限距离共轭系统 近轴象高或 者实际象高来表示 视场角一般用角度表示 角度的测量是以物空间视场角一般用角度表示 角度的测量是以物空间 Z 轴上近轴入 瞳位置作为测量点来衡量的 正视场角表示这一方向上的光线有正斜 率 对应的物方坐标为负 轴上近轴入 瞳位置作为测量。