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1、第一草 zemax2.1 zemax 简介本课程将主要使用由Focus Software公司生产的光学设计分析软件zemax作讲解。ZEMAX是一款界血友好，功能强大性价比很高的软件。当然你可能在将来的职业生涯中使 用到诸如Code-V, Synopsis, SuperOslo等软件，但是至少熟悉一个软件还是很关键的。这 一章将提供给大家关于ZEMAX的一个基本的方向和一个大致的介绍。2.2数据输入在开始设计和分析工作之前，你需要输入一套原始数据。你需要对镜头，光圈，视场, 波长等4个基本信息进行设定。我们将以一个凸透镜为例进行说明。2.2.1 在 Lens Data Editor 中输入一套
2、设计数据（prescription 处方, 规则，这里我把它翻译成整套设计数据）图2.1所示的ZEMAX主界面出现了一个具有File, Editor, System等按钮的工具栏。工具 栏下有一排写着Upd, Gen, Fie, Wav等字的按钮。在那些按钮之下就是Lens Data Editor （简 称 LDE）0在Surface Type下方的左边有一列写着0BJ,STO,IMA等字样的框。将鼠标移动到STO框 上点击，右边的框（写着Standard的）会高亮（你也可以使用方向键操作）。现在按下键盘 上的Insert键，你就添加了一个叫做1的面进去了。你对IMA框做同样的事情，按下2次键
3、就可以添加叫做3和4的另外两个面。在 SerfaceType 右边的那一排中，有写着 Comment, Radiusjhickness , Glass ,Semi-Diameter, Conic等标识的框。移动光标到Radius框下面，3号面对应的那个框，输入 100,同样在4号面对应的那个框输入-100.;Lem ha$ rvo titfeTOTR: 0.0000EFFL QOOOOOOdOO.ddob WFNO: 100000000 iENPD OOKOFig. 2.1 Main ZEMAX menu as it initially appears.1Eite (Mot; Syrfen A
4、nahit lodi fieporte Mmx xtemon$ HelpOpt j Gia I LenSurf:TypeRadiusThicknessGlass仇OBJStandardInfinityInfinity0.0000STOStandardInfinity0.00000.0000IMAStandardInfinity0.0000:Edit $ohret Qpton$ Help在Thickness框下面1号面对应的框中输入25,3号面对应的框中输入10 4号面对应框 中双击一下，会出现一个对话框出现。在Solve Type的右而点一下向下的箭头调出下拉菜单, 选出Marginal Ra
5、y Heighto （下面写有height和pupil zone的栏目会出现数字0.）点一下ok 结束对话框，你会看到LDE中有个小格子写着一个字母M。这个操作的功能是在所被选框 中显示infinity时可以自动寻找到后向傍轴焦距。在3号而与Glass框对应的格子上填上BK7O在3号面与Semi-Diameter框对应的格子上填上25。4号面对应的格子上也填上25。（这 时你可以看到旁边的小格子里出现了字母U。这表示该数量是由用户定义的）这里 Semi-Diameter中定义的是实际镜头的口径也就是我们画出来的面有多大。但是要注意的是 这不是对整个系统的光阑大小设定。光阑的设定需要在另外的对话
6、框中进行。当我们做完以上这些的时候，Lens Data Editor所需要的基本信息就都完成了。2.2.2对话框点击上面的Gen按钮，会出现一个子菜单，这就是定义系统光阑大小，选择玻璃库，确定单位的地方。点击Aper Type栏，出现另外一个子菜单。选择Entrance Pupil Diamerer选项，在Aper Value中输入40。这里就定义了系统的光阑大小为40.注意这里我们没有做单 位的修改，而默认的单位是毫米。SURFACE DATA SUMMARY:SurfType CommentRadiusThicknessGlassDiameterConicOBJ STANDARDInfin
7、ityInfinity001 STANDARDInfinity2548.816350STO STANDARDInfinity04003 STANDARD10010BK75004 STANDARD10095.0681500IMG STANDARDInfinity43.611040Fig. 2.2 Hard copy prescription of biconvex lens.这里再说明一点，如果我们没有特别地在LED中定义镜头的口径，那么所有的面的口径 都会根据我们刚才输入的Entrance Pupil Diamerer （简称EPD）进行自动计算。（笔者注:这 里我们已经特别定义过镜头口径了，
8、就是刚刚填了数字然后出现了 U的地方，如果没有U 就是自动计算）另外默认的玻璃库是肖特的。我们可以点ok结束这个子菜单了。点一下Fie按钮，一个新的子菜单出现了。这里我们可以对视场进行设定。0度角的视 场（主轴上）是默认给出的。在2和3的前面的小框里打上勾，在Y-Field下面对应的框里 填上7.07和10.现在我们激活了 0,7.07,10度角的视场。点oko按下Wav按钮。出现了一个新的子菜单。一个波长已经给出，但是这不是我们需要的 波长，我们把光标移动到wavelength下与1那一行对应的框中点击一下，输入0.486.在2 和3前面的小框中打上勾，在对应的wavelength下输入0.
9、587和0.656.这时你就已经输入了 可见光谱中的三个常用波长了（单位是微米）。他们对应着光谱中的F, d, C线。在Primary 下面选中与2对应的那个圈。这就设定了参照波长,也就是设定了进行计算吋各波长的属性。（笔者注：这里有first and third order properties没有翻译出来）这里似乎有迷糊，但是经过一些练习之后大家就会明白的。反正大家填好的LDE跟图 2.2 一样就可以了2.3输出按下Lay键就可以看到系统长什么样子了。图2.3给出了我们刚刚设计的系统的输出图。 如果想要看一下尺寸,可以点Setting,在Scale Factor后面输入1,点ok。这时图的
10、下面会 出现一个比例尺。而且，Setting中可以对显示进行设定，你可以选择显示某一波长某一视场的光线还能设定显示光线的数目。大家可以自己试试。LAYOUTLENS HAS NO TITLE. FRI AUG 17 2001TOTAL LENGTH： 130.06807 MMB : XSRMP 1_三 1 . ZMXFig 23 Layout of example prescription of a biconvex lens.我们的系统中物处于无穷远，所以会有按照3个视场角出现的平行光束。但是我们在镜 头前只看到了 25mm的平行光空间。光阑位于第一个面的左定点处。而光阑的孔径（40mm）
11、小于镜头的孔径50mm。冋想一下我们在LDE中设定Semi-diameter时说的，这只是设定这 个血在我们的显示图上要画多大，再没有别的作用了。像平面的位置是傍轴边缘光线为0 的地方。（这是我们使用M-solve获得的优化）（笔者注：M-solve就是把thickness的小格旁 边出现M的操作，具体见2.2.1节）而后向的焦距可以在LDE的thickness栏下与4号而对 应的框中看到，这里的值时95.068mmGENERAL LENS DATA:Surfaces5Stop2System ApertureEntrance Pupi1 Diameter = 40Ray aimingOffAp
12、odizationUniform, factor =0.00000E+000Eff. Focal Len.98.42156 (In air)Eff Focal Len98.42156 (in image space)Back Focal Len.95.06807Total Track130.0681Image Space F/#2.460539Para. Wrkng F/#2.460539Working F/#2.361136Image Space N.A.0.203207Obj. Space N.A.2e-009Stop Radius20Parax. Ima25Exit Pupi1 Dia.
13、41.41099Exit Pupi1 Pos.-101.8934Field TypeAngle in degreesMaximum Field10Primary Wave0.587Lens UnitsMi 11imetersAngular Mag.0Fig 2.4 List of system level first-order properties.LAYOUT2D Layout 3D Layout WireframeSolid Model Shaded Model Element DrawingFANSRay Aberration Optical Path Pupil AberationS
14、POT DIAG.Standard Thru Focus Full Field MatrixFFT PSFHuygens PSFFFT PSF Cross Sec.MTFThrough Focus MTF SurfdCd MTFGTFThrough Foojs GTFWAVEFRONTWavefront Map InierieroqramRMSRMS FiekjRMS FocusENCIRCLED ENERGYDiffractionGeometricLirw/Edge ResponseILLUMINATION AGlatrv&llluminaiion Image Analysis Vignetting Plot llkjminatton XY Scan llkjminatkjn 2D SurfaceMISCELLANEOUSCALCtlLADONSRay Trace Gaussian Beam Seidel Coett Zemike Coeff.YNI ContrD. Sag TableField Curve/DtsV Grid DiSt.Long. Aber.Lateral Color XY BarChromatic Focal Shift Dispersion Diagram Glass MapInt. Trans
