zemax操作详解(3)

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/#。

【张发伟二零零三年七月书于深圳宝安沙井新桥】 其中的不足之处希望朋友自己修正。谢谢! 联系方式：zfw0080@163.com

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