zemax軟件培訓(xùn)

1、ZEMAXZEMAX光學(xué)軟件培光學(xué)軟件培 訓(xùn)課程訓(xùn)課程 ZEMAX ZEMAX是一個(gè)使用光線追跡的方法來(lái)模擬折射、反射、衍射、偏是一個(gè)使用光線追跡的方法來(lái)模擬折射、反射、衍射、偏 振的各種序列和非序列光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真軟件。振的各種序列和非序列光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真軟件。 ZEMAXZEMAX的光學(xué)設(shè)計(jì)功能體現(xiàn)在使用序列模式設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的光學(xué)成像的光學(xué)設(shè)計(jì)功能體現(xiàn)在使用序列模式設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的光學(xué)成像 系統(tǒng)，優(yōu)化成像系統(tǒng)的像差，分析和評(píng)價(jià)成像的質(zhì)量，給光學(xué)系系統(tǒng)，優(yōu)化成像系統(tǒng)的像差，分析和評(píng)價(jià)成像的質(zhì)量，給光學(xué)系 統(tǒng)分配合適的公差等方面。統(tǒng)分配合適的公差等方面。 ZEMAXZEMAX的仿真功能體

2、現(xiàn)在使用非序列模式、物理光學(xué)傳播、熱分的仿真功能體現(xiàn)在使用非序列模式、物理光學(xué)傳播、熱分 析等功能模擬和仿真實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)方面。析等功能模擬和仿真實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)方面。 ZEMAXZEMAX有三種版本：有三種版本：ZEMAX-SEZEMAX-SE（標(biāo)準(zhǔn)版）、（標(biāo)準(zhǔn)版）、ZEMAX-XEZEMAX-XE（擴(kuò)（擴(kuò) 展版）、展版）、ZEMAX-EEZEMAX-EE（工程版）。只有（工程版）。只有ZEMAX-EEZEMAX-EE的功能最為全的功能最為全 面。面。 ZEMAXZEMAX簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 ZEMAXZEMAX應(yīng)用應(yīng)用 ZEMAXZEMAX可以用于相機(jī)鏡頭、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、可以用于相機(jī)鏡頭、望遠(yuǎn)鏡、顯

3、微鏡、 照明系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、干涉儀、光通訊器件等照明系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、干涉儀、光通訊器件等 各種光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真各種光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真 ZEMAXZEMAX軟件和使用手冊(cè)都不會(huì)教您如何設(shè)計(jì)鏡頭和光學(xué)系統(tǒng)。軟件和使用手冊(cè)都不會(huì)教您如何設(shè)計(jì)鏡頭和光學(xué)系統(tǒng)。 ZEMAXZEMAX功能是很強(qiáng)大，但是把握光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、引導(dǎo)優(yōu)化函數(shù)的優(yōu)功能是很強(qiáng)大，但是把握光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、引導(dǎo)優(yōu)化函數(shù)的優(yōu) 化方向，判斷系統(tǒng)性能只能靠你自己。如果你對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)感興趣，推化方向，判斷系統(tǒng)性能只能靠你自己。如果你對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)感興趣，推 薦書單：薦書單： ZEMAXZEMAX不能做什么？不能做什么？ 作者書名 袁旭滄/張以謨光

4、學(xué)設(shè)計(jì)/應(yīng)用光學(xué) Joseph M. GearyIntroduction to lens design: with practical ZEMAX example Gregory HallockPractical Computer-Aided Lens Design R. E. FischerOptical system design Smith，WarrenModern Lens Design LaikinLens Design * *這次的這次的ZEMAXZEMAX軟件培訓(xùn)目的是盡我的能力，給大家展示軟件培訓(xùn)目的是盡我的能力，給大家展示ZEMAXZEMAX的強(qiáng)大的強(qiáng)大 功能，跟大家一起學(xué)習(xí)

5、如何使用這些功能。功能，跟大家一起學(xué)習(xí)如何使用這些功能。 使用使用ZEMAXZEMAX的三種模式的三種模式 Completely sequential： * *應(yīng)用于傳統(tǒng)的鏡頭設(shè)計(jì)和大多數(shù)的成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用于傳統(tǒng)的鏡頭設(shè)計(jì)和大多數(shù)的成像系統(tǒng)設(shè)計(jì) * *應(yīng)用這種模式時(shí)不能進(jìn)行散射和鬼象分析應(yīng)用這種模式時(shí)不能進(jìn)行散射和鬼象分析 Hybrid sequential/non-sequential * *應(yīng)用于有很多序列元件，又有一些非序列元件（比如棱鏡或光管）的系統(tǒng)應(yīng)用于有很多序列元件，又有一些非序列元件（比如棱鏡或光管）的系統(tǒng) * *必須使用必須使用“ports”ports”作為光線進(jìn)出非序列元件組

6、的依據(jù)作為光線進(jìn)出非序列元件組的依據(jù) Completely non-sequential * *應(yīng)用于照明、散射和雜光分析。光線可以在任何物理上有效的路徑傳輸應(yīng)用于照明、散射和雜光分析。光線可以在任何物理上有效的路徑傳輸 * *這種模式下非序列元件不使用這種模式下非序列元件不使用“ports”ports” Completely sequential 以光學(xué)面（以光學(xué)面（surfacesurface）為對(duì)象來(lái)構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)模型；）為對(duì)象來(lái)構(gòu)建光學(xué)系統(tǒng)模型； 光線從物面開(kāi)始（常為光線從物面開(kāi)始（常為surface 0surface 0） 按光學(xué)面的順序進(jìn)行光線追跡計(jì)算（按光學(xué)面的順序進(jìn)行光線追跡計(jì)算

7、（surface 0,1,2surface 0,1,2），對(duì)每個(gè)光），對(duì)每個(gè)光 學(xué)面只計(jì)算一次；學(xué)面只計(jì)算一次； 每個(gè)面都有物空間和像空間；每個(gè)面都有物空間和像空間； 需要計(jì)算的光線少，計(jì)算速度快；需要計(jì)算的光線少，計(jì)算速度快； 可可進(jìn)行進(jìn)行analysis,analysis,OptimizationOptimization及及ToleraToleran nc cinging Hybrid sequential/non-sequential 所有對(duì)象都是所有對(duì)象都是3 3維的；維的； 每個(gè)對(duì)象都在一個(gè)空間坐標(biāo)系中定義了其特性；每個(gè)對(duì)象都在一個(gè)空間坐標(biāo)系中定義了其特性； 光線從光線從input

8、portinput port進(jìn)入進(jìn)入non-sequential groupnon-sequential group；從；從exit portexit port離開(kāi)離開(kāi)NS groupNS group； 光線在光線在NSCNSC中一直追跡，直到它遇到下列情況才終止：中一直追跡，直到它遇到下列情況才終止： NothingNothing Exit portExit port 能量低于定義的閾值。能量低于定義的閾值。 忽略忽略NS NS 元件內(nèi)的光源和探測(cè)器；元件內(nèi)的光源和探測(cè)器； 進(jìn)入進(jìn)入NS NS 元件組的光線的特性，由序列的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如視場(chǎng)位置和入瞳元件組的光線的特性，由序列的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如視場(chǎng)

9、位置和入瞳 的大小等決定。的大小等決定。 Completely non-sequential 所有對(duì)象都是所有對(duì)象都是3 3維的；維的； 每個(gè)每個(gè)對(duì)象對(duì)象都在一個(gè)空間坐標(biāo)系中定義了其特性；都在一個(gè)空間坐標(biāo)系中定義了其特性； 需要定義光源的發(fā)光特性和位置，定義探測(cè)器用來(lái)收集光線；需要定義光源的發(fā)光特性和位置，定義探測(cè)器用來(lái)收集光線； 光線一直追跡，直到它遇到下列情況才終止：光線一直追跡，直到它遇到下列情況才終止： NothingNothing， 能量低于定義的閾值。能量低于定義的閾值。 計(jì)算時(shí)光學(xué)元件的相對(duì)位置由空間坐標(biāo)確定；對(duì)同一元件，可同時(shí)進(jìn)行計(jì)算時(shí)光學(xué)元件的相對(duì)位置由空間坐標(biāo)確定；對(duì)同一元

10、件，可同時(shí)進(jìn)行 透射、反射、吸收及散射的計(jì)算；透射、反射、吸收及散射的計(jì)算； 無(wú)法進(jìn)行優(yōu)化無(wú)法進(jìn)行優(yōu)化, ,要進(jìn)行公差分析必須實(shí)用要進(jìn)行公差分析必須實(shí)用macromacro；（低版本的軟件不可以；（低版本的軟件不可以 優(yōu)化）優(yōu)化） 這種模式下，可以對(duì)光線進(jìn)行分光，散射，衍射，反射，折射的分析。這種模式下，可以對(duì)光線進(jìn)行分光，散射，衍射，反射，折射的分析。 序列模式和非序列模式的比較序列模式和非序列模式的比較 序列模式序列模式 以以surfacesurface為對(duì)象建模為對(duì)象建模 指定光線與面相交的順序指定光線與面相交的順序 光線與每個(gè)面只相交一次光線與每個(gè)面只相交一次 光線不會(huì)分光光線不會(huì)分光

11、 鏡面反射鏡面反射 光線不能超過(guò)臨界角入射光線不能超過(guò)臨界角入射 通過(guò)孔徑外的光線必須漸暈通過(guò)孔徑外的光線必須漸暈 SurfaceSurface的位置由前一個(gè)面的參數(shù)確定的位置由前一個(gè)面的參數(shù)確定 每個(gè)面都有物空間和像空間每個(gè)面都有物空間和像空間 計(jì)算的光線少，計(jì)算速度快計(jì)算的光線少，計(jì)算速度快 可進(jìn)行優(yōu)化和公差分析可進(jìn)行優(yōu)化和公差分析 非序列模式非序列模式 以以objectobject為對(duì)象建模為對(duì)象建模 不限制光線與面相交的順序不限制光線與面相交的順序 光線與同一個(gè)面可相交多次光線與同一個(gè)面可相交多次 光線可以分裂光線可以分裂 鏡面反射和漫反射鏡面反射和漫反射 可以全反射可以全反射 在在o

12、bjectobject外的光線也可進(jìn)行光線追跡外的光線也可進(jìn)行光線追跡 objectobject的位置由全局坐標(biāo)確定的位置由全局坐標(biāo)確定 所有空間都是等價(jià)的所有空間都是等價(jià)的 計(jì)算的光線多，計(jì)算速度慢計(jì)算的光線多，計(jì)算速度慢 不能使用優(yōu)化和默認(rèn)的公差分析不能使用優(yōu)化和默認(rèn)的公差分析 （可用（可用MacrosMacros分析公差）分析公差） ZEMAXZEMAX的用戶界面的用戶界面 ZEMAXZEMAX的用戶界面有四種允許輸入和分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)的窗口：的用戶界面有四種允許輸入和分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)的窗口： EditorsEditors 定義、編輯光學(xué)表面和其他數(shù)據(jù)定義、編輯光學(xué)表面和其他數(shù)據(jù) Graphic

13、 windowsGraphic windows 顯示圖形數(shù)據(jù)顯示圖形數(shù)據(jù) Text windowsText windows 顯示文本數(shù)據(jù)顯示文本數(shù)據(jù) Dialog boxesDialog boxes 編輯和回顧其他窗口或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，或者用來(lái)報(bào)告錯(cuò)誤信息編輯和回顧其他窗口或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，或者用來(lái)報(bào)告錯(cuò)誤信息 EditorsEditors ZEMAXZEMAX中的中的editorseditors本質(zhì)上是為滿足透鏡設(shè)計(jì)程序而專門設(shè)計(jì)的電子數(shù)據(jù)表：本質(zhì)上是為滿足透鏡設(shè)計(jì)程序而專門設(shè)計(jì)的電子數(shù)據(jù)表： Lens Data EditorLens Data Editor 輸入基本的鏡頭數(shù)據(jù)，包括表面編號(hào)、注釋、

14、表面類型、表面曲率半徑、輸入基本的鏡頭數(shù)據(jù)，包括表面編號(hào)、注釋、表面類型、表面曲率半徑、 厚度、玻璃、口徑半徑、二次常數(shù)、熱膨脹系數(shù)和膜層數(shù)據(jù)厚度、玻璃、口徑半徑、二次常數(shù)、熱膨脹系數(shù)和膜層數(shù)據(jù) Merit Function EditorMerit Function Editor 在這里定義和編輯優(yōu)化函數(shù)在這里定義和編輯優(yōu)化函數(shù) Multi-Configuration EditorMulti-Configuration Editor 給變焦距透鏡和其它的多結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義參數(shù)變化表給變焦距透鏡和其它的多結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義參數(shù)變化表 Tolerance Data EditorTolerance Data

15、Editor 定義和編輯公差定義和編輯公差 Extra Data EditorExtra Data Editor 一個(gè)擴(kuò)展的透鏡數(shù)據(jù)編輯器，為那些需要很多參數(shù)才能定義的表面所準(zhǔn)備一個(gè)擴(kuò)展的透鏡數(shù)據(jù)編輯器，為那些需要很多參數(shù)才能定義的表面所準(zhǔn)備 的，比如表面類型的，比如表面類型Binary 2Binary 2 Non-Sequential Components EditorNon-Sequential Components Editor 在這里定義光源、光學(xué)對(duì)象、探測(cè)器在這里定義光源、光學(xué)對(duì)象、探測(cè)器 Graphic and Text windowsGraphic and Text window

16、s ZEMAXZEMAX的圖形和文本窗口是分析和評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)性能的有力工的圖形和文本窗口是分析和評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)性能的有力工 具。具。 ZEMAXZEMAX的有些功能只支持圖形窗口（比如的有些功能只支持圖形窗口（比如layoutlayout，3D layout3D layout） ， 有些功能只支持文本窗口（如有些功能只支持文本窗口（如System DataSystem Data，Prescription DataPrescription Data， Ray TraceRay Trace，Seidel CoefficientsSeidel Coefficients），有些功能既有圖形窗口也有文本）

17、，有些功能既有圖形窗口也有文本 窗口（如窗口（如Ray FanRay Fan，OPD FanOPD Fan，Spot DiagramSpot Diagram） 對(duì)于后者，除了圖形窗口，如果你要查看文本窗口的內(nèi)容，點(diǎn)擊對(duì)于后者，除了圖形窗口，如果你要查看文本窗口的內(nèi)容，點(diǎn)擊 菜單欄中的菜單欄中的“Text”Text” 用來(lái)編輯其他窗口或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，比如用來(lái)編輯其他窗口或系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，比如General，F(xiàn)ield Data， Wavelength Data，Glass Catalog，Lens Catalogs Dialog boxesDialog boxes 序列模式序列模式 這種模式下的光學(xué)設(shè)

18、計(jì)和仿真可按照下列步驟進(jìn)行：這種模式下的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真可按照下列步驟進(jìn)行： 1.輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù) 2.輸入透鏡數(shù)據(jù)輸入透鏡數(shù)據(jù)/修改透鏡數(shù)據(jù)修改透鏡數(shù)據(jù) 3.檢查設(shè)計(jì)圖、分析模型，考慮是否修改透鏡數(shù)據(jù)或者考慮優(yōu)化方向檢查設(shè)計(jì)圖、分析模型，考慮是否修改透鏡數(shù)據(jù)或者考慮優(yōu)化方向 4.優(yōu)化、評(píng)價(jià)模型性能優(yōu)化、評(píng)價(jià)模型性能 5.公差分析公差分析 6.出報(bào)告、畫工程圖出報(bào)告、畫工程圖 設(shè)計(jì)過(guò)程中，第設(shè)計(jì)過(guò)程中，第3步的結(jié)果不好的話，你可能需要返回到第步的結(jié)果不好的話，你可能需要返回到第2步重復(fù)設(shè)步重復(fù)設(shè) 計(jì)；第計(jì)；第4步完成后達(dá)不到期望的性能，也需要返回到第步完成后達(dá)不到期望的性能，也需要返回到

19、第2步重復(fù)設(shè)計(jì)，步重復(fù)設(shè)計(jì)， 直到設(shè)計(jì)結(jié)果能滿足需求；但是即便如此，你也只得到了一個(gè)停留在直到設(shè)計(jì)結(jié)果能滿足需求；但是即便如此，你也只得到了一個(gè)停留在 紙上的設(shè)計(jì)方案，只有在進(jìn)行了公差分析，證實(shí)這個(gè)設(shè)計(jì)是可以加工紙上的設(shè)計(jì)方案，只有在進(jìn)行了公差分析，證實(shí)這個(gè)設(shè)計(jì)是可以加工 和裝配的，設(shè)計(jì)才算基本完成，否則還是要回到第和裝配的，設(shè)計(jì)才算基本完成，否則還是要回到第2步重復(fù)整個(gè)過(guò)程。步重復(fù)整個(gè)過(guò)程。 數(shù)據(jù)編輯器數(shù)據(jù)編輯器 系統(tǒng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù) 需要設(shè)置三個(gè)需要設(shè)置三個(gè)Dialog boxesDialog boxes： General (Gen)General (Gen) - -通常需要設(shè)置孔徑類型、孔徑

20、大小、透鏡長(zhǎng)度單位、選用的玻璃通常需要設(shè)置孔徑類型、孔徑大小、透鏡長(zhǎng)度單位、選用的玻璃 庫(kù)等庫(kù)等 Field Data (Fie)Field Data (Fie) - -選定視場(chǎng)的類型，設(shè)置視場(chǎng)的大小選定視場(chǎng)的類型，設(shè)置視場(chǎng)的大小 Wavelength Data (Wav)Wavelength Data (Wav) - -定義需要用到的波長(zhǎng)，以及權(quán)重，設(shè)定哪個(gè)波長(zhǎng)是參考波長(zhǎng)定義需要用到的波長(zhǎng)，以及權(quán)重，設(shè)定哪個(gè)波長(zhǎng)是參考波長(zhǎng) GenGen ApertureAperture決定了系統(tǒng)的入光量的多少。決定了系統(tǒng)的入光量的多少。 EPD-EPD-入瞳直徑；入瞳直徑；Image space F/#-I

21、mage space F/#-無(wú)限物距時(shí)，象空間的近軸無(wú)限物距時(shí)，象空間的近軸F F數(shù)；數(shù)；Object space Object space NA-NA-有限物距時(shí)，物空間數(shù)值孔徑；有限物距時(shí)，物空間數(shù)值孔徑；Float By Stop Size-Float By Stop Size-根據(jù)孔徑光闌的大小變根據(jù)孔徑光闌的大小變 化；化；Paraxial Working F/#-Paraxial Working F/#-無(wú)限遠(yuǎn)或有限遠(yuǎn)物距時(shí)，象空間的近軸工作無(wú)限遠(yuǎn)或有限遠(yuǎn)物距時(shí)，象空間的近軸工作F F數(shù)；數(shù)； Object Cone AngleObject Cone Angle有限物距時(shí)，物空間

22、邊緣光線與光軸的夾角有限物距時(shí)，物空間邊緣光線與光軸的夾角 容易混淆的概念：容易混淆的概念：Image Space F/#Image Space F/#；Paraxial Working F/#; Working F/#Paraxial Working F/#; Working F/# Paraxial Working F/#Paraxial Working F/#： Working F/#Working F/#： Paraxial Working F/#Paraxial Working F/#計(jì)算公式中的計(jì)算公式中的 是近軸邊緣光線與光軸的夾角；是近軸邊緣光線與光軸的夾角； Working

23、F/#Working F/# 計(jì)算公式中的計(jì)算公式中的是實(shí)際邊緣光線與光軸的夾角是實(shí)際邊緣光線與光軸的夾角 下面看一個(gè)例子：下面看一個(gè)例子：example for F-number.zmxexample for F-number.zmx Working F/#=1/2sin(5.76436)=4.97822391Working F/#=1/2sin(5.76436)=4.97822391 Paraxial Working F/#=1/2tan(arccos(0.9950372)=5.00000496Paraxial Working F/#=1/2tan(arccos(0.9950372)=5.

24、00000496 切趾分布切趾分布 General General對(duì)話框中有一項(xiàng)設(shè)置對(duì)話框中有一項(xiàng)設(shè)置apodizationapodization type- type-切趾分布，它實(shí)際切趾分布，它實(shí)際 是定義了入瞳處的光照分布。是定義了入瞳處的光照分布。 Apodization Apodization type type可以選擇可以選擇nonenone，表示均勻照明；可以選擇，表示均勻照明；可以選擇gaussiongaussion， 表示高斯照明；最后一種，用來(lái)模擬點(diǎn)光源照明平面時(shí)照度向外表示高斯照明；最后一種，用來(lái)模擬點(diǎn)光源照明平面時(shí)照度向外 衰減的特性衰減的特性 建立一個(gè)近軸的光學(xué)系統(tǒng)，

25、更改切趾的類型，觀察建立一個(gè)近軸的光學(xué)系統(tǒng)，更改切趾的類型，觀察FFTFFT點(diǎn)傳遞函點(diǎn)傳遞函 數(shù)的圖像。例子：數(shù)的圖像。例子：apodization.zmxapodization.zmx 均勻切趾，均勻切趾， 圓形平頂圓形平頂 函數(shù)的傅函數(shù)的傅 立葉變換立葉變換 是貝塞爾是貝塞爾 函數(shù)函數(shù) 高斯切趾，高斯切趾， 切趾因子切趾因子3 3。 高斯函數(shù)高斯函數(shù) 的傅立葉的傅立葉 變換還是變換還是 高斯函數(shù)高斯函數(shù) FieFie ZEMAXZEMAX支持支持4 4種不同視場(chǎng)形式：種不同視場(chǎng)形式： Field angle: XZField angle: XZ和和YZYZ平面上主光線與平面上主光線與Z Z

26、軸的夾角。常用于無(wú)限共軛系統(tǒng)。軸的夾角。常用于無(wú)限共軛系統(tǒng)。 Object height: Object height: 物面上物面上X X，Y Y高度。常用于有限共軛系統(tǒng)。高度。常用于有限共軛系統(tǒng)。 Paraxial Image height: Paraxial Image height: 像面上的近軸像高。用于需要固定像的大小的設(shè)計(jì)中（只像面上的近軸像高。用于需要固定像的大小的設(shè)計(jì)中（只 用于近軸光學(xué)系統(tǒng)中）用于近軸光學(xué)系統(tǒng)中） Real image height: Real image height: 像面上實(shí)際像高。用于需要固定像幅的設(shè)計(jì)中（如像面上實(shí)際像高。用于需要固定像幅的設(shè)計(jì)中（

27、如camera camera lenseslenses）。）。 VDX,VDY,VCVDX,VDY,VC X,VCY,VANX,VCY,VAN 是用來(lái)設(shè)置漸是用來(lái)設(shè)置漸 暈因子的，設(shè)暈因子的，設(shè) 置漸暈偏心、置漸暈偏心、 縮放、角度縮放、角度 WavWav ZEMAXZEMAX最多允許定義最多允許定義1212個(gè)波長(zhǎng)，必須指定參考波長(zhǎng)，可以根據(jù)不同波個(gè)波長(zhǎng)，必須指定參考波長(zhǎng)，可以根據(jù)不同波 長(zhǎng)的重要性，設(shè)定不同的權(quán)重。長(zhǎng)的重要性，設(shè)定不同的權(quán)重。 波長(zhǎng)的單位為微米。波長(zhǎng)的單位為微米。 Select-Select-功能可以選擇多種默認(rèn)的波長(zhǎng)功能可以選擇多種默認(rèn)的波長(zhǎng) Lens Data Edito

28、rLens Data Editor 一定存在的一定存在的3個(gè)表面：個(gè)表面：OBJ、STO和和IMA 可以隨意插入更多的表面可以隨意插入更多的表面 每個(gè)表面都包括的數(shù)據(jù)有：表面類型、注釋、曲率半徑、厚度、玻璃每個(gè)表面都包括的數(shù)據(jù)有：表面類型、注釋、曲率半徑、厚度、玻璃 牌號(hào)、表面的半口徑、二次常數(shù)、保留的參數(shù)牌號(hào)、表面的半口徑、二次常數(shù)、保留的參數(shù)0-12、熱膨脹系數(shù)和膜、熱膨脹系數(shù)和膜 層參數(shù)層參數(shù) 表面數(shù)據(jù)的符號(hào)規(guī)則：曲面左凸為正，右凸為負(fù)；高度向上為正，向表面數(shù)據(jù)的符號(hào)規(guī)則：曲面左凸為正，右凸為負(fù)；高度向上為正，向 下為負(fù)；角度從光線向光軸，順時(shí)針?shù)J角為正，逆時(shí)針為負(fù)；厚度向下為負(fù)；角度從

29、光線向光軸，順時(shí)針?shù)J角為正，逆時(shí)針為負(fù)；厚度向 右為正，向左為負(fù)右為正，向左為負(fù) 表面數(shù)據(jù)的符號(hào)規(guī)則表面數(shù)據(jù)的符號(hào)規(guī)則 +z +y 球透鏡的例子球透鏡的例子 在在ZEMAX中輸入一個(gè)直徑中輸入一個(gè)直徑5mm的球透鏡，玻璃材料的球透鏡，玻璃材料K9，Layout如下：如下： 例子：例子：ball lens.zmxball lens.zmx 需要設(shè)定孔徑類型、透鏡長(zhǎng)度單位、視場(chǎng)類型、使用的波長(zhǎng)需要設(shè)定孔徑類型、透鏡長(zhǎng)度單位、視場(chǎng)類型、使用的波長(zhǎng) 需要在需要在Lens Data Editor中插入表面，根據(jù)符號(hào)規(guī)則輸入適當(dāng)?shù)膮?shù)中插入表面，根據(jù)符號(hào)規(guī)則輸入適當(dāng)?shù)膮?shù) 使用使用M-solve找到近軸焦

30、平面找到近軸焦平面 練習(xí)：在練習(xí)：在ZEMAXZEMAX中輸入一個(gè)入瞳直徑中輸入一個(gè)入瞳直徑33.33mm33.33mm的雙高斯鏡頭。視場(chǎng)角設(shè)定的雙高斯鏡頭。視場(chǎng)角設(shè)定0 0度、度、 1010度、度、1414度，采用波長(zhǎng)度，采用波長(zhǎng)0.4860.486，0.5870.587，0.6560.656，參考光為，參考光為0.5870.587，LayoutLayout如下：如下： 表面的曲率半徑依次為表面的曲率半徑依次為54.1554.15，152.52152.52，35.9535.95，infinityinfinity，22.2722.27，infinityinfinity，-25.68-25.68

31、， infinityinfinity，-36.98-36.98，196.42196.42，-67.148-67.148；玻璃和空氣間隙的厚度依次為：；玻璃和空氣間隙的厚度依次為：8.758.75，0 0，1414， 3.783.78，14.2514.25，12.4212.42，3.783.78，10.8310.83，0 0，6.856.85，5757 例子：例子：Double Double GaussGauss.zmx.zmx Surface TypeSurface Type 雙擊透鏡數(shù)據(jù)編輯器的雙擊透鏡數(shù)據(jù)編輯器的standardstandard 欄可以打開(kāi)表面屬性對(duì)話框，欄可以打開(kāi)表面屬性

32、對(duì)話框， 可以定義表面類型可以定義表面類型 1.ZEMAX1.ZEMAX提供了近提供了近6060種的光學(xué)種的光學(xué) 曲面面形，主要類型有：曲面面形，主要類型有： 平面、球面、標(biāo)準(zhǔn)二次曲面、平面、球面、標(biāo)準(zhǔn)二次曲面、 非球面、光錐面、輪胎面、折非球面、光錐面、輪胎面、折 射率漸變面、二元光學(xué)面、光射率漸變面、二元光學(xué)面、光 柵柵( (固定周期和變周期固定周期和變周期) )、全息衍、全息衍 射元件、射元件、FresnelFresnel透鏡、波帶片等。透鏡、波帶片等。 2. 2.還提供了還提供了User Defined SurfaceUser Defined Surface。 用戶只需要按照它的語(yǔ)法規(guī)

33、定，用戶只需要按照它的語(yǔ)法規(guī)定， 用用C+C+語(yǔ)言編寫語(yǔ)言編寫DLLDLL文件與文件與 ZEMAXZEMAX相連接就可以建立自己相連接就可以建立自己 需要的面形。需要的面形。 ToroidalToroidal surface surface 環(huán)形表面是環(huán)形表面是YZYZ平面的曲面繞平行于平面的曲面繞平行于Y Y且過(guò)且過(guò)Z Z的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)形成的。我們可的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)形成的。我們可 以利用以利用ToroidalToroidal面來(lái)模擬柱透鏡。面來(lái)模擬柱透鏡。 我們來(lái)模擬一個(gè)我們來(lái)模擬一個(gè)YZYZ平面曲率半徑為平面曲率半徑為5mm5mm，厚度為，厚度為2mm2mm，K9K9玻璃的柱面玻璃的柱面 鏡，它在鏡

34、，它在XYXY面的投影為矩形，長(zhǎng)面的投影為矩形，長(zhǎng)6mm6mm，寬，寬4mm4mm。 例子：例子：Toroidal-y.zmxToroidal-y.zmx * *注意注意RadiusRadius與與Radius of RotatRadius of Rotat的區(qū)別；注意的區(qū)別；注意Surface propertiesSurface properties對(duì)話框中對(duì)話框中 ApertureAperture的設(shè)置的設(shè)置 還是剛才的那個(gè)柱面鏡，我們讓它繞還是剛才的那個(gè)柱面鏡，我們讓它繞z z軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)9090度放置，使其在度放置，使其在x x方向有光方向有光 焦度，焦度，y y方向沒(méi)有光焦度，這用方向沒(méi)

35、有光焦度，這用ToroidalToroidal如何模擬？例子：如何模擬？例子：Toroidal-x.zmxToroidal-x.zmx 只要參數(shù)設(shè)置對(duì)了，就可以模擬各種柱面鏡，也可以模擬棒鏡（例只要參數(shù)設(shè)置對(duì)了，就可以模擬各種柱面鏡，也可以模擬棒鏡（例 子子: :cylinder-tor.zmxcylinder-tor.zmx），甚至是非球面的柱面鏡。），甚至是非球面的柱面鏡。 ToroidalToroidal面來(lái)模擬柱面僅僅是它應(yīng)用的特例，更廣泛的，它用來(lái)模擬環(huán)形面來(lái)模擬柱面僅僅是它應(yīng)用的特例，更廣泛的，它用來(lái)模擬環(huán)形 表面表面 雙圓錐表面，與環(huán)形表面類似，可以直接輸入表面的雙圓錐表面，與環(huán)

36、形表面類似，可以直接輸入表面的X X、Y Y方向的曲率半徑方向的曲率半徑 和二次常數(shù)。把和二次常數(shù)。把X X或者或者Y Y方向的曲率半徑和二次常數(shù)設(shè)為零，也是柱面。方向的曲率半徑和二次常數(shù)設(shè)為零，也是柱面。 用用BiconicBiconic surface surface來(lái)模擬前面舉例過(guò)的棒鏡，例子：來(lái)模擬前面舉例過(guò)的棒鏡，例子：cylinder-Bic.zmxcylinder-Bic.zmx BiconicBiconic surface surface ToroidalToroidal Grating surface Grating surface 環(huán)形光柵表面與環(huán)形表面類似，除此之外，有線

37、條平行于環(huán)形光柵表面與環(huán)形表面類似，除此之外，有線條平行于x x軸的光柵軸的光柵 結(jié)構(gòu)，需要定義光柵周期和衍射級(jí)數(shù)。例子：結(jié)構(gòu)，需要定義光柵周期和衍射級(jí)數(shù)。例子：ToroidalToroidal grating.zmx grating.zmx Coordinate Break surfaceCoordinate Break surface 坐標(biāo)斷點(diǎn)表面用來(lái)定義一個(gè)新的坐標(biāo)系統(tǒng)，對(duì)于光線追跡的應(yīng)用坐標(biāo)斷點(diǎn)表面用來(lái)定義一個(gè)新的坐標(biāo)系統(tǒng)，對(duì)于光線追跡的應(yīng)用 來(lái)說(shuō)，它只是一個(gè)虛擬的表面。描述這個(gè)新的局域坐標(biāo)需要六個(gè)來(lái)說(shuō)，它只是一個(gè)虛擬的表面。描述這個(gè)新的局域坐標(biāo)需要六個(gè) 參數(shù)：參數(shù)：x x偏心、偏心、

38、y y偏心、繞偏心、繞x x軸的傾斜、繞軸的傾斜、繞y y軸的傾斜、繞軸的傾斜、繞z z軸的傾斜、軸的傾斜、 傾斜和偏心次序的標(biāo)記。傾斜和偏心次序的標(biāo)記。 用坐標(biāo)斷點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)或一組表面的傾斜。用坐標(biāo)斷點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)或一組表面的傾斜。 傾斜和偏心次序的標(biāo)記為傾斜和偏心次序的標(biāo)記為0 0，表示先，表示先x x偏心、偏心、y y偏心、然后繞偏心、然后繞x x軸傾斜，軸傾斜， 這時(shí)候這時(shí)候y y和和z z軸的方向會(huì)被改變，接下來(lái)繞新的軸的方向會(huì)被改變，接下來(lái)繞新的y y軸傾斜，改變軸傾斜，改變x x和和z z 軸的方向，最后繞新的軸的方向，最后繞新的z z軸傾斜。軸傾斜。 傾斜和偏心次序的標(biāo)記不為

39、傾斜和偏心次序的標(biāo)記不為0 0，表示先以，表示先以z z、y y、x x的順序傾斜，然的順序傾斜，然 后再進(jìn)行偏心。后再進(jìn)行偏心。 牢記牢記:ZEMAX:ZEMAX中的輸入的每個(gè)表面都是由一個(gè)本地坐標(biāo)系定義的中的輸入的每個(gè)表面都是由一個(gè)本地坐標(biāo)系定義的 * *ZEMAXZEMAX中的每個(gè)表面都有一個(gè)本地坐標(biāo)系中的每個(gè)表面都有一個(gè)本地坐標(biāo)系 * *每個(gè)表面都為后面的表面定義了一個(gè)新的本地坐標(biāo)系每個(gè)表面都為后面的表面定義了一個(gè)新的本地坐標(biāo)系 例子：例子：fold mirror.zmxfold mirror.zmx 為加深坐標(biāo)斷點(diǎn)表面、本地坐標(biāo)、全局坐標(biāo)的理解，我們來(lái)看一為加深坐標(biāo)斷點(diǎn)表面、本地坐標(biāo)

40、、全局坐標(biāo)的理解，我們來(lái)看一 個(gè)元件傾斜和偏心的例子個(gè)元件傾斜和偏心的例子 例子：例子：tilt-decenter.zmxtilt-decenter.zmx 在原來(lái)表面在原來(lái)表面4 4前面插入一個(gè)面，表面類型選擇坐標(biāo)斷點(diǎn)，前面插入一個(gè)面，表面類型選擇坐標(biāo)斷點(diǎn)，y y偏心參數(shù)偏心參數(shù) 設(shè)為設(shè)為-5 -5，結(jié)果如下：，結(jié)果如下： 在原來(lái)表面在原來(lái)表面8 8前面插入一個(gè)面，表面類型選擇坐標(biāo)斷點(diǎn)，把表面前面插入一個(gè)面，表面類型選擇坐標(biāo)斷點(diǎn)，把表面7 7的的 厚度設(shè)為厚度設(shè)為0 0，把坐標(biāo)斷點(diǎn)的厚度設(shè)為，把坐標(biāo)斷點(diǎn)的厚度設(shè)為1010，y y偏心參數(shù)設(shè)為偏心參數(shù)設(shè)為5 5，結(jié)果如，結(jié)果如 下：下： 如果我

41、們把兩個(gè)坐標(biāo)斷點(diǎn)表面的偏心參數(shù)恢復(fù)為如果我們把兩個(gè)坐標(biāo)斷點(diǎn)表面的偏心參數(shù)恢復(fù)為0 0，把第一個(gè)坐標(biāo)，把第一個(gè)坐標(biāo) 斷點(diǎn)斷點(diǎn)x x軸傾斜角度設(shè)為軸傾斜角度設(shè)為2020，把第二個(gè)坐標(biāo)斷點(diǎn)，把第二個(gè)坐標(biāo)斷點(diǎn)x軸傾斜角度設(shè)為軸傾斜角度設(shè)為-20-20 結(jié)果如下：結(jié)果如下：（中間元件的傾斜引入了最后一個(gè)元件的偏心）（中間元件的傾斜引入了最后一個(gè)元件的偏心） 為了消除中間元件的傾斜給最后一個(gè)元件引入的偏心，把為了消除中間元件的傾斜給最后一個(gè)元件引入的偏心，把 變?yōu)椋鹤優(yōu)椋?Diffraction Grating surfaceDiffraction Grating surface 衍射光柵表面用來(lái)模擬直線

42、型的光柵，光柵的線條與本地坐標(biāo)的衍射光柵表面用來(lái)模擬直線型的光柵，光柵的線條與本地坐標(biāo)的x x 軸平行。衍射光柵表面的重要參數(shù)：軸平行。衍射光柵表面的重要參數(shù)：lines/micronlines/micron，diffract/orderdiffract/order。 例子：例子：diffraction grating. zmxdiffraction grating. zmx 衍射光柵表面光柵的線條與本地坐標(biāo)的衍射光柵表面光柵的線條與本地坐標(biāo)的x x軸平行，那么你要模擬光柵線條軸平行，那么你要模擬光柵線條 朝其他方向的光柵，你需要借助坐標(biāo)斷點(diǎn)表面。假設(shè)我們要使光柵線條的朝其他方向的光柵，你需要

43、借助坐標(biāo)斷點(diǎn)表面。假設(shè)我們要使光柵線條的 方向與全局坐標(biāo)的方向與全局坐標(biāo)的y y方向平行，例子：方向平行，例子：diffraction grating-y. zmxdiffraction grating-y. zmx Gradient 1 surfaceGradient 1 surface 折射率漸變表面折射率漸變表面1 1可以用來(lái)模擬采用折射率漸變材料加工的光學(xué)元可以用來(lái)模擬采用折射率漸變材料加工的光學(xué)元 件。折射率漸變表面件。折射率漸變表面1 1的重要參數(shù)：的重要參數(shù)：Delta TDelta T，n0n0，Nr2Nr2。例子。例子: : gradient .zmxgradient .zm

44、x 折射率漸變表面折射率漸變表面1 1的折射率公式：的折射率公式： 2 20 )(rnnrn r 初始結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖：初始結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖： 初始結(jié)構(gòu)的透鏡數(shù)據(jù)：初始結(jié)構(gòu)的透鏡數(shù)據(jù)： 把表面把表面1 1的厚度作為變量，用默認(rèn)的的厚度作為變量，用默認(rèn)的RMS spotRMS spot優(yōu)化函數(shù)優(yōu)化函數(shù) ，優(yōu)化，優(yōu)化， 結(jié)果：結(jié)果： Binary optic 2 surfaceBinary optic 2 surface 二元光學(xué)表面二元光學(xué)表面2 2能夠以下面的公式在表面上連續(xù)改變波前的相位。能夠以下面的公式在表面上連續(xù)改變波前的相位。 二元光學(xué)表面二元光學(xué)表面2 2面形的公式：面形的公式： 定義二元光

45、學(xué)表面定義二元光學(xué)表面2 2需要的參數(shù)：需要的參數(shù)： 利用二元光學(xué)表面來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)折射利用二元光學(xué)表面來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)折射- -衍射光學(xué)元件，校正軸向色差。例子：衍射光學(xué)元件，校正軸向色差。例子： binary diffraction .zmxbinary diffraction .zmx 選擇透鏡單位為選擇透鏡單位為mmmm，入瞳直徑設(shè)置為，入瞳直徑設(shè)置為30mm30mm，波長(zhǎng)選擇，波長(zhǎng)選擇F F，d d，C C，視場(chǎng)角，視場(chǎng)角0 0 初始數(shù)據(jù)：初始數(shù)據(jù)： 表面表面3 3的厚度設(shè)為變量，采用默認(rèn)的厚度設(shè)為變量，采用默認(rèn)RMSRMS優(yōu)化函數(shù)，優(yōu)化，表面優(yōu)化函數(shù)，優(yōu)化，表面3 3的厚度變?yōu)榈暮穸茸優(yōu)?5

46、1.60851.608： 把二元光學(xué)表面的把二元光學(xué)表面的Diffraction orderDiffraction order參數(shù)設(shè)為參數(shù)設(shè)為1 1，打開(kāi)，打開(kāi)Extra Data EditorExtra Data Editor，按下，按下 圖輸入：圖輸入： 重新優(yōu)化，結(jié)果：重新優(yōu)化，結(jié)果： 縱坐標(biāo)：入瞳高度縱坐標(biāo)：入瞳高度 橫坐標(biāo)：不同環(huán)帶橫坐標(biāo)：不同環(huán)帶 的光線與光軸的的光線與光軸的 交點(diǎn)到參考波長(zhǎng)交點(diǎn)到參考波長(zhǎng) 的近軸焦點(diǎn)的距的近軸焦點(diǎn)的距 離，向右為正，離，向右為正， 向左為負(fù)向左為負(fù) Jones Matrix surfaceJones Matrix surface 瓊斯矩陣被用來(lái)定義

47、任意偏振的元件。我們以模擬一個(gè)瓊斯矩陣被用來(lái)定義任意偏振的元件。我們以模擬一個(gè)x x方向的四方向的四 分之一波片為例：分之一波片為例：jonesjones matrix.zmx matrix.zmx BirefringentBirefringent in and out surface in and out surface 雙折射表面雙折射表面in in和和outout一定是成對(duì)兒出現(xiàn)，用來(lái)模擬雙折射晶體，這兩一定是成對(duì)兒出現(xiàn)，用來(lái)模擬雙折射晶體，這兩 個(gè)表面之間只能有坐標(biāo)斷點(diǎn)表面存在或者沒(méi)有其他表面類型存在。個(gè)表面之間只能有坐標(biāo)斷點(diǎn)表面存在或者沒(méi)有其他表面類型存在。 雙折射表面的重要參數(shù)：雙

48、折射表面的重要參數(shù)：Draw axis-Draw axis-晶軸的長(zhǎng)度；晶軸的長(zhǎng)度；ModeMode光線追跡光線追跡 針對(duì)針對(duì)o o光還是光還是e e光的標(biāo)志；光的標(biāo)志；X X、Y Y、ZcosineZcosine定義晶軸的方向余弦。例定義晶軸的方向余弦。例 子：子：birefringence. zmxbirefringence. zmx 常用的分析診斷工具常用的分析診斷工具 Ray fan plotRay fan plot 光線扇面圖是分析幾何像差的有力工具，值得好好學(xué)習(xí)和分析。光線扇面圖是分析幾何像差的有力工具，值得好好學(xué)習(xí)和分析。 光線扇面圖的坐標(biāo)軸是如何定義的？有什么意義呢？光線扇面圖

49、的坐標(biāo)軸是如何定義的？有什么意義呢？ 歸一化的物、入瞳坐標(biāo)。通過(guò)入瞳某一坐標(biāo)歸一化的物、入瞳坐標(biāo)。通過(guò)入瞳某一坐標(biāo)【PXPX，PYPY】的光線在像面上有】的光線在像面上有 唯一的位置唯一的位置【EXEX、EYEY】，以】，以PXPX、PYPY為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，EXEX、EYEY為縱坐標(biāo)，分別建為縱坐標(biāo)，分別建 立坐標(biāo)系，把通過(guò)入瞳的光線都在坐標(biāo)系里描點(diǎn)就得到了光線扇面圖立坐標(biāo)系，把通過(guò)入瞳的光線都在坐標(biāo)系里描點(diǎn)就得到了光線扇面圖 離焦、球差、彗差、象散的離焦、球差、彗差、象散的ray fan plotray fan plot 純離焦的光線扇面圖。例子：純離焦的光線扇面圖。例子：defocus

50、. zmxdefocus. zmx 只存在離焦時(shí)的光線扇面圖中曲線是兩條方向一致的傾斜直線，直線的只存在離焦時(shí)的光線扇面圖中曲線是兩條方向一致的傾斜直線，直線的 斜率可正可負(fù)，取決于是正離焦還是負(fù)離焦斜率可正可負(fù)，取決于是正離焦還是負(fù)離焦 純球差的光線扇面圖。例子：純球差的光線扇面圖。例子：spherical. zmxspherical. zmx 從光線扇面圖看到坐標(biāo)原點(diǎn)附近的曲線斜率為從光線扇面圖看到坐標(biāo)原點(diǎn)附近的曲線斜率為0 0，表明像面正好是，表明像面正好是 近軸像面，沒(méi)有離焦。曲線整體上來(lái)說(shuō)斜率為負(fù)，表示球差欠校近軸像面，沒(méi)有離焦。曲線整體上來(lái)說(shuō)斜率為負(fù)，表示球差欠校 正。正。 把上面

51、這個(gè)例子的表面把上面這個(gè)例子的表面3 3的二次常數(shù)設(shè)置為的二次常數(shù)設(shè)置為-5 -5，表示為雙曲線表面，表示為雙曲線表面， 更新設(shè)計(jì)圖和光線扇面圖更新設(shè)計(jì)圖和光線扇面圖 從光線扇面圖看到坐標(biāo)原點(diǎn)附近的曲線斜率為從光線扇面圖看到坐標(biāo)原點(diǎn)附近的曲線斜率為0 0，表明像面正好是，表明像面正好是 近軸像面，沒(méi)有離焦。曲線整體上來(lái)說(shuō)斜率為正，表示球差過(guò)校近軸像面，沒(méi)有離焦。曲線整體上來(lái)說(shuō)斜率為正，表示球差過(guò)校 正。正。 球差和離焦的光線扇面圖。例子：球差和離焦的光線扇面圖。例子：spherical-defocus. zmxspherical-defocus. zmx 從光線扇面圖看到坐標(biāo)原點(diǎn)附近的曲線斜率

52、不為零，表明像面不在近從光線扇面圖看到坐標(biāo)原點(diǎn)附近的曲線斜率不為零，表明像面不在近 軸像面，存在離焦。經(jīng)過(guò)一個(gè)拐點(diǎn)向下的一段曲線說(shuō)明還有欠校正軸像面，存在離焦。經(jīng)過(guò)一個(gè)拐點(diǎn)向下的一段曲線說(shuō)明還有欠校正 的的 球差存在。但是跟前面的球差存在。但是跟前面的ray fanray fan相比，縱坐標(biāo)范圍從相比，縱坐標(biāo)范圍從+-500um+-500um減小到了減小到了 +-100um+-100um。說(shuō)明離焦平衡了球差。說(shuō)明離焦平衡了球差。 三階球差的控制，我們用偶次多項(xiàng)式非球面來(lái)控制三階球差。例子：三階球差的控制，我們用偶次多項(xiàng)式非球面來(lái)控制三階球差。例子：a- a- spherical. zmxsph

53、erical. zmx 三階球差可以用偶次多項(xiàng)式非球面的三階球差可以用偶次多項(xiàng)式非球面的4 4次項(xiàng)控制，注意看原點(diǎn)附近的曲線，次項(xiàng)控制，注意看原點(diǎn)附近的曲線， 沒(méi)有離焦，三階球差被控制，剩下校正過(guò)的高階球差。此時(shí)縱坐標(biāo)范圍為沒(méi)有離焦，三階球差被控制，剩下校正過(guò)的高階球差。此時(shí)縱坐標(biāo)范圍為 +-0.5um+-0.5um。 偶次多項(xiàng)式非球面的偶次多項(xiàng)式非球面的4 4次項(xiàng)控制可以控制次項(xiàng)控制可以控制3 3階的球差，階的球差，6 6次項(xiàng)可以控制次項(xiàng)可以控制5 5階的球差階的球差 你可以試試控制更高階的球差，也可以試試同時(shí)用離焦來(lái)平衡球差，看看你可以試試控制更高階的球差，也可以試試同時(shí)用離焦來(lái)平衡球差，

54、看看 Ray fanRay fan的曲線如何變化？的曲線如何變化？ 偶次多項(xiàng)式非球面的公式：偶次多項(xiàng)式非球面的公式： 例子：例子：a-spherical. zmxa-spherical. zmx繼續(xù)控制繼續(xù)控制 5階的球差，階的球差，ray fan應(yīng)該是這個(gè)應(yīng)該是這個(gè) 樣子樣子 彗差的光線扇面圖如圖所示。為了顯示出彗差的彗差的光線扇面圖如圖所示。為了顯示出彗差的ray fanray fan曲線，我們?cè)O(shè)計(jì)了曲線，我們?cè)O(shè)計(jì)了 一個(gè)有偶次非球面的透鏡，消除球差，移動(dòng)透鏡前光攔的位置，消除象散，一個(gè)有偶次非球面的透鏡，消除球差，移動(dòng)透鏡前光攔的位置，消除象散， 使存在的彗差是像差的主要貢獻(xiàn)，例子：使存

55、在的彗差是像差的主要貢獻(xiàn)，例子：coma. zmxcoma. zmx 三階彗差的曲線是歸一化入瞳坐標(biāo)的二次函數(shù)。三階彗差的曲線是歸一化入瞳坐標(biāo)的二次函數(shù)。 象散的光線扇面圖如圖所示。為了顯示出象散的象散的光線扇面圖如圖所示。為了顯示出象散的ray fanray fan曲線，我們還用那個(gè)有曲線，我們還用那個(gè)有 偶次非球面的透鏡，消除球差，光欄的位置在透鏡表面，使用彎曲透鏡，使偶次非球面的透鏡，消除球差，光欄的位置在透鏡表面，使用彎曲透鏡，使 彗差為零，使象散成為像差的主要貢獻(xiàn)，例子：彗差為零，使象散成為像差的主要貢獻(xiàn)，例子：astigmatism. zmxastigmatism. zmx 這里不

56、完全是象散的曲線，應(yīng)該是像散加上離焦，導(dǎo)致象散的子午曲線和弧這里不完全是象散的曲線，應(yīng)該是像散加上離焦，導(dǎo)致象散的子午曲線和弧 矢曲線的斜率不同。軸外視場(chǎng)的光線有離焦。事實(shí)上，子午像散和弧矢像散矢曲線的斜率不同。軸外視場(chǎng)的光線有離焦。事實(shí)上，子午像散和弧矢像散 的中間像面的象散曲線是斜率大小相同，方向不同的。的中間像面的象散曲線是斜率大小相同，方向不同的。而離焦的子午曲線和而離焦的子午曲線和 弧矢曲線的斜率一定相同?；∈盖€的斜率一定相同。 常見(jiàn)的常見(jiàn)的ray fanray fan曲線曲線 OPD fanOPD fan 光程差圖看上去跟光程差圖看上去跟ray fanray fan很類似，橫坐標(biāo)

57、也是歸一化的入瞳坐標(biāo)，只是縱很類似，橫坐標(biāo)也是歸一化的入瞳坐標(biāo)，只是縱 坐標(biāo)不是由光線在像面上的位置決定，它的縱坐標(biāo)是出瞳處光線的光程坐標(biāo)不是由光線在像面上的位置決定，它的縱坐標(biāo)是出瞳處光線的光程 與主光線的光程的差值與主光線的光程的差值 OPD fanOPD fan的設(shè)置：的設(shè)置： Plot scale:Plot scale:設(shè)置縱坐標(biāo)最大范圍；設(shè)置縱坐標(biāo)最大范圍；number of ray:number of ray:光線追跡時(shí)光線的數(shù)量；光線追跡時(shí)光線的數(shù)量； WavelengthWavelength、field:field:用來(lái)確定正在計(jì)算時(shí)選用的波長(zhǎng)和視場(chǎng)；用來(lái)確定正在計(jì)算時(shí)選用的波

58、長(zhǎng)和視場(chǎng)；TangentialTangential、 SagittalSagittal: :這里只能選擇這里只能選擇OPDOPD；use dashes:use dashes:畫圖時(shí)，是采用顏色表示不同波長(zhǎng)畫圖時(shí)，是采用顏色表示不同波長(zhǎng) 還是用虛線來(lái)表示；還是用虛線來(lái)表示；check aperture:check aperture:檢查光線是否能從表面的孔徑通過(guò)，檢查光線是否能從表面的孔徑通過(guò)， 選擇此項(xiàng)，使不能通過(guò)表面孔徑的光線不被畫出；選擇此項(xiàng)，使不能通過(guò)表面孔徑的光線不被畫出；vignettedvignetted pupil: pupil:選擇此選擇此 項(xiàng)，得到的數(shù)據(jù)將反映出漸暈的存在。項(xiàng)

59、，得到的數(shù)據(jù)將反映出漸暈的存在。 重新打開(kāi)前面講重新打開(kāi)前面講ray fanray fan時(shí)的各個(gè)例子，看看各個(gè)基本像差的時(shí)的各個(gè)例子，看看各個(gè)基本像差的OPDOPD曲線的曲線的 特征。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，特征。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，OPDOPD曲線與曲線與ray fanray fan曲線很不一樣，事實(shí)上他們有一定曲線很不一樣，事實(shí)上他們有一定 的聯(lián)系，比如的聯(lián)系，比如ray fanray fan里的離焦曲線是入瞳坐標(biāo)的一次函數(shù)，而離焦的里的離焦曲線是入瞳坐標(biāo)的一次函數(shù)，而離焦的 OPDOPD曲線是入瞳坐標(biāo)的二次函數(shù)，其他像差也是如此，他們的曲線是入瞳坐標(biāo)的二次函數(shù)，其他像差也是如此，他們的OPDOPD曲線曲線 都

60、比他們的都比他們的ray fanray fan曲線高一階。曲線高一階。 像差常有兩種表示方法，一種是像面上的橫向光線像差，像差常有兩種表示方法，一種是像面上的橫向光線像差，ray fanray fan表示；一表示；一 種是出瞳面上的光程差，用種是出瞳面上的光程差，用OPD fanOPD fan表示。初級(jí)橫向光線像差一般被稱為表示。初級(jí)橫向光線像差一般被稱為 三階的像差，而在出瞳面上，他們對(duì)應(yīng)的三階的像差，而在出瞳面上，他們對(duì)應(yīng)的OPDOPD是四階的像差是四階的像差 Field CurvField Curv/Dist plot/Dist plot Field CurvField Curv/Dis