第一部分ZEMAXZEMAX軟件可模擬并建立如反射、折射、衍射、分光、鍍膜等光學系統(tǒng)模型，可以分析光學系（MTF所造成的光學特性誤差。它有三個不同的版本，即ZEMAX-SE(標準版)、ZEMAX-XE（擴展版）及ZEMAX不只是透鏡設計軟件而已，更是全功能的光學設計分析軟件，具有直觀、功能強大、靈ZEMAXCADIGES、STEPSATZEMAX可仿真Sequential和Non-Sequential的成像系統(tǒng)和非成像系統(tǒng)。ZEMAX可應用的領域及范圍：常規(guī)相機鏡頭、數(shù)碼相機鏡頭，觀景窗…等鏡頭設計；DVD、VCD讀寫頭；投影監(jiān)視器；照明系統(tǒng)；儀；LED；LaserDiode。ZEMAX的界面簡單易用，只需稍加練習，就能夠實現(xiàn)互動設計。ZEMAX中有很多功能能夠通與其他Windows應用程序類似，ZEMAX的用戶界面亦有一些獨特的特點。主窗口：如圖數(shù)據(jù)編輯以及僅在ZEMAX-EE中具有的附加數(shù)據(jù)編輯和非順序組件編輯。（File（Edior：diorMei列改變。當一個偶然的編輯操作后或優(yōu)化后甚至幾次改變后重新原先的數(shù)據(jù)時，這種恢復功能是很有用的。要恢復鏡頭的變化，只要從編輯器菜單中選擇Undo即可。任意數(shù)目的恢復都可以實現(xiàn)，在裝載鏡頭文件后，所有的改變都能被恢復，直到返回第一次編輯的狀態(tài)。Redo功能恢復最成的鏡頭數(shù)據(jù)。這是由于新數(shù)據(jù)在鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中被鍵入時，ZEMAX如果不斷地計算MTF，光線分析（ysis）：ysis→miscellaneous→fieldcurve/distortion查看場曲/畸變ysis→miscellaneous→relativeillumination查看相對照度ysis→miscellaneous→longitudinalaberration查看球差ysis→miscellaneous→aberrationcoefficient→seidelcoefficient查看塞德和數(shù)ysis→glassandgradientindex→glassmap工具（Tools）：Tools→miscellaneous→makefocal焦距縮放（Reports：（Macros：（Extensions：（Window：（Help：3、的參數(shù)等。屏幕顯示可以從左到右或從右到左滾動。“PageUp”和“PageDown”鍵可以移動光標到所在1217，只需鍵入“+5”并回車。同樣，使用乘號“*”和除號“/”也同樣有效。如果要減去4、（Update設置(Setting)：激活控制這一窗口的框。被鎖定窗口的文件內(nèi)容可以打印、到剪貼板中或存為一個文件。這種功能的用途是可以將不同鏡6、存”B和所有沒有專門設置過光線條數(shù)的鏡頭，9就是它們光線條數(shù)新的缺省值，而鏡頭A由于已經(jīng)設置了光線條數(shù)值，故其值仍保持為15。如果有，則設置被裝入，否則，ZEMAX將裝入所有鏡頭中最后一次保存的設置。同前面的例子，新C9AB保持原來的數(shù)值，因1-1ZEMAXCtrl+Ctrl+輯Shift+Ctrl+PageCtrl+PageZEMAX軟件自動校正的前提是，假定可以定義一個評價函數(shù)，它唯一地表征了一個光學系統(tǒng)的1-2光路計算與優(yōu)化計算。對于ZEMAX來說，只要把設計參數(shù)正確輸入，程序就可以計算出結果，件ZEMAX來說，用輸入無限像距的例子加以說明。號，規(guī)則如表1-2所示。1-2 D=10f’=46.42 1231.530311.6164論述假定使用者已熟悉了ZEMAX界面。下面接著進行輸入面數(shù)據(jù)的具體操作過程。，在“LensDataEditor”欄輸入面數(shù)，本例中為4個面，物面和像面不計入，光闌要算一個面（當光闌與Type瞳直徑（EntrancePupilDiameterF/#（ImageSpaceF/#、物空間數(shù)值孔徑（ObjectSpaceAperture和物方錐形角（ObjectConeAngle。ImageSpace

），ParaxialObjectspace nsinUPre——ImagespaceNA（=nsinUFloatingbyStop 1-5Angle(角度)、ObjectHeight(物高)、ParaxialHeight(近軸像高)、RealImageHeight(實際像高)這幾種方式描述，具體情況根據(jù)系統(tǒng)特點選擇。在此光校正單色像差，用F、C光校正倍率色差，二級光譜，軸向色差。類型（SurfaceType），將出現(xiàn)一個框，有左鍵點擊“MakeSurfaceStop”即可確定光闌面。ThcknessDiameter④玻璃（GlassGlass輸入欄中，單擊激活后鍵入所選用玻璃。ZEMAX 完成上述編輯后，鏡頭數(shù)據(jù)表格如圖1-8所示。1-7 D/ rd5k9(1.51632,2 Insert、Delete按鍵添加或刪除面。Radius表示當前面的半徑，Thickness表示當前面和下一個面的距提示：在插入面的時候可以先不考慮STO的位置問題，可以在結構輸入完成后，在想要設置成輸入玻璃牌號時，一定要注意當前的玻璃庫是否正確?？梢栽贕en框中更改當前玻璃庫。達到成像質量最好，盡管可能有離焦IMAThickness處單擊鼠標右鍵，個“M”的標志，即通過設置M通過求解來找理想高斯像面值．1/3，則一般采用一個雙膠合和一個單透鏡組合而成。隨著它們前后位較多的大相對孔徑的望遠物鏡。輸入同上節(jié)雙膠合。rd5K9(1.51632,frd

進一步減小，目鏡的結構也會相應縮短。凱涅爾目鏡的視場可以達到40°~50。 D出 ′z=12.8 6f D出 ′z=24rd22=165.358rd121∞∞ 2-9F牛頓式由一個拋物面主鏡和一塊與光軸成45°的2-9所示。拋物面能使無限遠焦距f=1000mm fConic0Conic1——Conic1練習：焦距 R攔 ZEMAX中的像質評價方FunctionDiagram（PSFEngergy等，可以進行像質的綜合評價與分析。圖為ZEMAX中的ysis功能下拉菜單圖，設計人員根據(jù)物鏡色合計參數(shù)（表3-1、圖3-1），將主要評價結果介紹如下。1∞62738495在ZEMAX使用環(huán)境中，點擊菜單欄中的ysis按鈕，彈出下拉菜單，點擊Mscellaneous按鈕 圖3-3焦點色位 圖3-4軸外細光束像差曲3-5垂軸色差（倍率色差）3-6所示，橫坐標表示不同色光與參考色光像高的像差，縱坐標編表AIRY圖3-6垂軸色 圖3-7點列RADIUS為幾何半徑（最大半徑。圖3-8表示的是系統(tǒng)光程差曲線，圖中四組曲線分別是四個視場的子午和弧矢方向上的光程差，的最大值，0.5個波長。圖3-9為波面三維圖，此圖是設定視場和色光的波像差三維分布圖，下方表格中的數(shù)字給出了波差的峰谷值（PEAKTOVALLEY）大小為0.1114個波長。從上述圖中可以方便地看出系統(tǒng)的波像差小于1/4波長。 圖3-8光程差曲 圖3-9波面三維根據(jù)占總光能30%所對應的圓半徑，即可分析得到系統(tǒng)的分辨率極限。 圖3-11包圍圓能量3-12中不同顏色的曲線表示不同視場的復色光（白光）MTF曲線，TS分別表示子午和弧矢方向，最上方的曲線是衍射極限。橫坐標是空間頻率lp/mm（每毫米線對，縱坐標是對比度，最3-13表示傳遞函數(shù)與離焦關系曲線圖，該圖說明了對設定空間頻率（50線對/mm）不同視場以看出各視場的最佳焦面是否比較一致，MTF是否對離焦比較敏感。此圖在光學設計后期的精細校 MTF曲線 圖3-13傳遞函數(shù)與離焦關系曲 中，根據(jù)設計需要輸人所選的操作符(即要校正的像差)、目標值和權重大小，ZEMAX將自動構建評設計不同的光學系統(tǒng)時DefaultMeritFunction具有12列的電子表格，第一行為表頭，其它每一行為某一操作符的描述。 4個大寫字母組成；IntlInt2Target用于定義操作符的目標值；Weight用于定義操作符的權因子；ValueZEMAX自動計算出的該操作符實際值；%ContribZEMAX自動根據(jù)該操作符的目標值與實際值偏差及權因子計算在整1000，貢獻量大小決定了該操作符控制的像差4-1MeritFunctionEditorMFE表頭式樣中第、、、、、列的名稱對所有操作符都相同。第38列的名稱將DISG4-1所示，此時，IntlInt2分別被描述DISGField（視場）Wave（波長）EFFL4-2所示， MeritFunctionEditor中EFFL的表 HyPxPyTargetWeight Z注：ZEMAXXYZ4-通過ysis—Aberrationcoefficients—Seidelcoefficients/SeidelDiagram查看各個面的塞得和數(shù)，找DefaultMeritFunction毫米或英寸)為單位。WaveEFLX；X平面上，指定表面編號范圍(Srf1Srf2)lensunit為單位。第一表面的編號Srfl，最后表面的編號Srf2a,

僅適用于有限遠共扼系統(tǒng)。如果有畸變,與實際系統(tǒng)的垂軸放大率將有差別。ENPP：相對于第一個面的近軸入瞳位置，以lensunit為單位。無指定參量。EXPP：相對于像面的近軸出瞳位置，以lensunit為單位。無指定參量。EPDI：入瞳口徑，以lensunit為單位。WFNOF數(shù)。WF12nsinU,Un即軸向像差，以lensunit為單位?！?FCGTWaveHx,Hy)lensunit為單位。與DIST相似。如Field=0，指最大的視場。注意，最大的畸變不一定總是,TRARWave、HxHy、(Px,PY)光線相對于主光線沿半徑方向上的垂軸像差，以lensunit為單位。軸像差，以lensunit為單位。TRAD：TRAR的X分量。同TRAXTRAE：TRAR的Y分量。同TRAYTRAISurf、Wave、HxHy)PxPy)光線相對于主光線沿半徑方向上的垂軸像差，lensunit為單位。Surf=0時，同TRAR。TRACWave、(Hx,Hy)、(Px,Py)光線相對于點列圖質心沿半徑方向上的垂軸像差，符值的分布來正確工作。TRAC操作符必須由視場點和波長一起來分組。ZEMAX將一起追跡一個共認評價函數(shù)工具來將這個操作符輸人到MFE界面中，而不建議用戶直接使用。以lensunit為單位。參見TRAC。TROYWave、HxHy、PxPy)光線相對于點列圖質心沿Y方向上的子午垂軸像差，以lensunit為單位。參見TRAC。RSCH：指定環(huán)帶數(shù)(Rings)、Wave和(HxHy)的像點相對于主光線采用高斯積分方法計算出的像點RMS半徑(光線像差)lensunit為單位。該方法僅適用于圓型光瞳系統(tǒng)。Wave=0時，為按波RSRE：指定網(wǎng)格(Grid)、Wave和(Hx,Hy)的像點相對于幾何質心的像點RMS半徑(光線像差)，lensunitRSCE，只不過它使用矩形網(wǎng)格的光線，而不用高斯積分方法。該操作符計算已考慮漸暈。Grid1，表示光瞳內(nèi)每個象限追跡114條光線；Grid2表個網(wǎng)格點共36條光線，……。RWCH：指定環(huán)帶數(shù)(Rings)、Wave和(Hx,Hy)的像點相對于主光線采用高斯積分方法計算出的RWCE：指定環(huán)帶數(shù)(Rings)、Wave和(Hx,Hy)的像點相對于衍射質心的像點RMS波前差，以為參見RWCH和RSCH。RWRH：類似于RSRH，只不過是計算波前差，而不是彌散斑尺寸。RWRE：類似于RSRE，只不過是計算波前差，而不是彌散斑尺寸。：指定的約束。可參見TRAC。OPDOPDM值的。OPDMTRACTRAC。表4-2(b ————————————————————————————————————————————————————————————————————MTFA：指定采樣密度(Samp),Wave,Field和頻率(Freq，以周期每毫米(lp/mm)表示)的弧矢和子符MTF都將得到零值。MTF都需要計算，則將它們操作符MTFTMTFS放在相鄰的行中，它們將同GMTASampWaveFieldFreq和衍射極限標記(!Scl的弧矢和子午幾何調制傳遞函數(shù)的平均值。Samp=1設置3232的采樣密度，Samp=2設置6464的采樣密度，等等。Wave0時代表(!Scl)是一個標記，如果其為0(推薦使用)，則衍射極限調制傳遞函數(shù)值被用來縮放GMTA，否則不MSWT：子午的方波調制傳遞函數(shù)值，參見MTFT。MSWS：弧矢的方波調制傳遞函數(shù)值，參見MTFT。表4-2(c !!和2分別表示參考點為質心、主光線和最大能量點。DENFDist的包圍能量系數(shù)。參見DENC表4-2(d ————MNCTSrflSrf2的間隔中最小中心玻璃厚度或空氣間隔。MXCTSrflSrf2的間隔中最大中心玻璃厚度或空氣間隔。MNETSrflSrf2的間隔中最小邊緣玻璃厚度或空氣間隔。MXETSrflSrf2的間隔中最大邊緣玻璃厚度或空氣間隔。MNCG：指定Srfl到Srf2的間隔中最小中心玻璃厚度。MXCG：指定Srfl到SrF2的間隔中最大中心玻璃厚度。MNEG：指定Srfl到Srf2的間隔中最大邊緣玻璃厚度。MXEG：指定Srfl到Srf2的間隔中最大邊緣玻璃厚度。MNCASrflSrf2的間隔中最小中心空氣厚度。MXCASrflSrf2的間隔中最大中心空氣厚度。MNEASrfl到Srf2的間隔中最小邊緣空氣厚度。MXEASrfl到Srf2XNEG：指定Srfl到Srf2的間隔最小邊緣玻璃厚度。XXEG：指定Srfl到Srf2的間隔最大邊緣玻璃厚度。XNEA：指定Srfl到Srf2的間隔最小邊緣空氣厚度。XXEA：指定Srfl到Srf2的間隔最大邊緣空氣厚度。表4-2(e ——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————VOLU：指定Srfl到Srf2間結構總體積，以(lensunit)3為單位。TMAS：指定SrflSrf2間結構總質量，以g為單位。MNSD：指定SrflSrf2的最小口徑。MXSD：指定SrflSrf2的最大口徑。MNCV：指定Srfl到Srf2,的最小曲率。MXCV：指定Srfl到Srf2的最大曲率。表4-2( ————————————————————————————————————COVA：指定Surf的圓錐系數(shù)目標值COGT：指定Surf的圓錐系數(shù)最小值。COLT：指定Surf的圓錐系數(shù)最大值。CTVA：指定Surf的中心厚度目標值。CTGT：指定Surf的中心厚度最小值。CTLT：指定Surf的中心厚度最大值。ETVA：指定Surf的邊緣厚度目標值。ETGT：指定Surf的邊緣厚度最小值。ETLT：指定Surf的邊緣厚度最大值。DMVA：指定Surf的口徑目標值。DMGT：指定Surf的口徑最小值。DMLT：指定Surf的口徑最大值。4-2(g)ZEMAX—————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————MNIN：指定SrflSrf2的最小d光折射率。MXIN：指定Srfl到SrF2的最大d光折射率。MNAB：指定Srfl到Sxf2的最小阿貝色散系數(shù)Vd。MXABSrfl到Srf2Vd。MNPDSrflSrf2的最小部分色散系數(shù)△PgF。MXPD：指定Srfl到Srf2的最大部分色散系數(shù)△PgF擇約束。Wn,Wa和Wp分別表示折射率、阿貝色散系數(shù)和部分色散系數(shù)的權重因子。GTCE：指定Surf的溫度系數(shù)TCEINDXSurfWave折射率。表4-2(h ————————————————————————————————————————PARX：指定Wave,(Hx,Hy),(Px,Py)光線在指定Surf上的X方向近軸坐標。PARYWaveHxHyPxPy)SurfY方向近軸坐標。PARZWaveHxHyPxPy)SurfZ方向近軸坐標。PARRWave,(Hx,Hy),(Px,Py)Surf上的徑向近軸坐標。REARWaveHxHyPxPy)SurfX方向實際坐標。REAPWave,(Hx,Hy),(Px,Py)SurfY方向實際坐標。REAZ：指定Wave,(Hx,Hy),(Px,Py)光線在指定Surf上的Z方向實際坐標。REARWave,(Hx,Hy),(Px,Py)Surf上的徑向實際坐標。RAGX：指定Wave,(Hx,Hy),(Px,Py)光線在指定Surf上的實際X方向全局坐標。RAGYWave,(Hx,Hy),(Px,Py)SurfY方向全局坐標。RAGZ：指定Wave,(Hx,Hy),(Px,Py)光線在指定Surf上的實際Z方向全局坐標。表4-2(i SUMM：兩個操作符(Op#1,Op#2)的實際值之和。Op#1Op#2分別為兩個操作符位于評價函數(shù)Op#IOp#2SUMMOper#，后面介紹的數(shù)OPGT：Op#最小值。OPLT：Op#最大值。CONS：設置Value為常數(shù)值。QSUMOp#1Op#2)之間的所有實際值平方和的平方根。MINK：Op#1,Op#2)之間的所有實際值的最小值。MAXX：(Op#1,Op#2)之間的所有實際值的最大值。ACOS：Op#反余弦值。Flag=0，為弧度值；Flag≠0，為角度值。ASINOp#反正弦值。Flag=0，為弧度值；Flag≠0，為角度值。COSIOp#余弦值。Flag0Op#單位為弧度；Flag0Op#單位為角度。SINE：Op#正弦值。Flag=0,Op#單位為弧度；Flag≠0,Op#單位為角度。TANG：Op#正切值。Flag=0,Op#單位為弧度；Flag≠0,Op#單位為角度。表4-2(j ——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————ZEMAX提供的默認評價函數(shù)為像質優(yōu)化帶來極大的方便，選擇適當?shù)哪J評價函數(shù)能解決很大到幾何像差的分析與校正上來。ZEMAX定義默認評價函數(shù)由彌散斑半徑或波像差構成，并沒有直接需求。時為簡化設計，需采用LONA用于控制指定波長、指定孔徑帶的軸向像差，其與像差理論中定義的軸向球差相差一個常量，即實際像面與近軸像面的位移，用它控制軸向球差時必須減去該常量；SPHA為指定表面的球差0時，代表整個系統(tǒng)的球差值，以主波長為單位，SPHA控制的是初級球差，并不能對指定的某一特征孔徑的球差進行控制；AXCL為指定孔徑、指定波長間的軸向位置色差。以第五部分''1/6，2D/ ,1,

164.07n2d1.64767233.8710.0084920.00449221 (n1)(11)計算得1

121.642

121.642 f'250mm，D/f'1/6D42mm。開General框，選擇ApertureType為EntrancePupilDiameter在ApertureValue中輸入42，如圖5-2Angle（Deg值：0，0.8和1.2，其余為默認值，如圖5-3所示。用WavelengthData框定義工作波長。在ZEMAX主菜單中選擇System下的Wavelengths，圖5-4所示。5-53MarginalRayHeight,LDE3間隔處，按鼠Height0，PupilZone0。也可將SolveTypeVariable，表示以移焦后最佳像面為參考像面。5-8Ctrl+ZCtrl+Z撤消變量設Radius/Centroid默認評價函數(shù)，具體設置如圖5-9所示。MFE中，將高亮條移至默認評價函數(shù)起始操作符DMFS處，按Insert鍵增加一行操作符數(shù)據(jù)輸入行，輸入相應的操作符合和數(shù)據(jù)，Type為EFFL,Wave2,Target250,Weight11，表示優(yōu)化過程中，必須優(yōu)先控制焦距值為250mm。如圖5-10所示。優(yōu)化執(zhí)行時間（ExecutionTime。我們單擊“Optimization”，系統(tǒng)執(zhí)行自動優(yōu)化。

第二塊玻璃改為ZF2，其相關特性參數(shù)為n1.67268，32.25。單擊

L

m nsin2 0 n'sin2mm單擊快捷菜單中的“Sys”，找到“ImageSpaceNA”項，顯示數(shù)值為 ，即 NAn'sinu' ，所以sinu' mL'0.0844mm, m0K' m 2n'sinumS'S

W ~ 通過計算得，W 我們有兩種方法來驗證波像差：一種是單擊ysis下拉菜單中Wavefront下的Wavefrontmap，5-19Opd，或者選擇.ysisFans下的OpticalPath，如圖5-20所示。 圖5-o框是孔徑光闌，目鏡焦距f'33.7mmo

NA=0.1L=180mm,由

f'30D

1.67

fefllll對物鏡，由l

f111f'fl

o

llf

l

l1

fel 當像方視場為6mm時，62y ，得出2o3，NA=0.1f'33.7mm，2y′=6mm，l45mml'o目鏡參數(shù)：f'25mm,l'29.6mm,2'400, ' 性為2400l'/f'1/0.8400 3,f'44.11,NA=0.1,S=53.16,2y=5,RdD3ZEMAX中，并根據(jù)我們所要求的參數(shù)，分別對孔徑、視場、波長進行填寫：Gen,ApertureType中選擇ObjectSpaceNA，并在第二項0MTFSpt我們可以看出該初始結構應用于本系統(tǒng)的效果并不理想，此時f39.4891l53.16l'146.519，并不符合要求，我們需要對某些參數(shù)進行適當?shù)恼{整。0ToolMiscellaneousMakeFocalFocallength0標值Target中輸入33.7，權重Weight設為1。'