光学设计 资料 第四章 传统光学系统设计.doc

第四章 传统光学系统设计 目前流行的光学设计软件有ZEMAX、CODE V、TracePro、OSLO、LensVIEW等，本书利用ZEMAX软件进行光学系统设计。 4.1 ZEMAX软件的基本界面 ZEMAX的基本界面比较简单，如 REF _Ref328469555 \h 图4- 1所示，包括一系列文件菜单和工具按钮，以及一个镜头数据编辑对话框。 ZEMAX基本界面中有不同的窗口，各窗口有不同的用途，主要有： 主窗口：这个窗口有一个工作区和一个标题栏、一个菜单栏、一个工具栏。 编辑窗口：主要由透镜数据编辑窗口（LDE），优化函数编辑窗口，复合构造编辑窗口等组成。 图表窗口：用于显示数据、图表等，如设计布局图、扇型光线图等。 文本窗口：显示文本数据，如边缘厚度、像差系数等。 图4- SEQ 图4- \* ARABIC 1 ZEMAX的基本界面 文件菜单 文件菜单的子项中常用的主要有新建、打开、保存、另存为、退出。 编辑（Editors）菜单 编辑菜单下包括镜头数据（Lens Data）、优化函数（Merit Function）、多重数据结构（Multi-Configuration）、公差数据（Tolerance Data）、附加数据（Extra Data）等。 镜头数据编辑器（Lens Data Editor） 镜头数据编辑器（LDE）是一个电子表格，将镜头的主要数据填入就形成了镜头数据。这些数据包括系统中每一个面的曲率半径、厚度、玻璃材料。例如单透镜由两个面组成（前面和后面），物平面和像平面各需要一个面，这些数据可以直接输入到电子表格中。表格中每一列代表具有不同特性的数据，每一行表示一个光学面。 图4- SEQ 图4- \* ARABIC 2镜头数据编辑器界面 插入或删除面数据 在初始状态（除非镜头已给定）通常显示三个面，分别是OBJ（物面）、STO（光瞳面）和IMA（像面）。物面与像面是永有的，不能删除，其它面可以用键盘上的“Insert”和“Delete”键插入或删除。物平面前和像平面后不能插入任何面。ZEMAX中的面序号是从物面，即第0面，到最后一个面（即像面）排列的。光线顺序的通过各个表面。 输入半径、厚度数据 若想在编辑器中输入或改变一个光学面的曲率半径和厚度，移动光标到相应的方格，然后从键盘输入。半径和厚度数据符合几何光学的符号规则，计量单位与透镜的计量单位相同，默认是毫米。 输入玻璃数据 每个面所用的玻璃材料由同一行的“Glass”栏确定。玻璃名称必须是当前已被加载的玻璃库中的玻璃名称之一。默认的玻璃库是“Schott”，其它玻璃库可以通过系统（System）——通用配置（General…）——玻璃库（Glass Catalogs）选用。如果要把某一个面设为反射面，这一面的玻璃应命名为“Mirror”。 输入半口径数据 半口径的缺省值是由软件通过追迹各个视场的光线，通过该光学面所需的通光半径自动获取的。用户可以自行输入数据，此时这个给定的数据旁将有一个“U”，表示此半口径数据是用户自定义的。 确定光阑面 要把一个光学面设为光阑面，可双击这个面的最左边一列（即面序号列），打开面属性对话框，在面型（Type）选项卡中勾选“产生面形光阑（Make Surface Stop）”，此时这个面显示的是“STO”，而不是面序号。 选择面型 ZEMAX默认的面形是标准面型，即标准球面和平面。许多光学设计只适用标准面型。ZEMAX也提供了多种其它面形，可以在面型选项卡中的一个下拉菜单中选择。许多曲面面型中有二次曲面数据，在选择了面型后，镜头数据编辑器中该光学面所在行的方格代表的参数类型会发生相应的变化，移动光标到所需的方格，输入新数值即可。在面属性对话框的口径（Aperture）选项卡中，还可以选择不同形状的通光口径类型。 求解 镜头数据编辑器对其中的半径、厚度、玻璃、半口径、二次曲线、参数数据提供了求解（Solves）方法，可以直接双击该数据，在弹出的求解对话框中选择，也可以从镜头数据编辑器的选项栏中选择。 优化函数编辑器（Merit Function Editor） 优化函数编辑器也是一个电子表格，表格中的一行是一个优化函数，用于对光学镜头进行优化。优化函数的基本参数包括操作数（Oper #）、类型（Type）、目标值（Target）、权重（Weight）、现有值（Value）和贡献（% Contrib）。不同的优化函数参数也不同，有的还包括波长、视场、光学面等。在编辑器中，移动光标到某个优化函数所在的那一行，表格的第一行将出现该优化函数对应的各个参数名称，设计者可以根据需要填写数据。优化函数编辑器的工具菜单中提供默认优化函数，设计者可以利用ZEMAX软件自带的默认优化函数对镜头进行优化，也可以在默认优化函数