1、.課程設(shè)計安排本課程設(shè)計著眼于應(yīng)用光學(xué)的基本理論知識、 光學(xué)設(shè)計基本理論和方法， 側(cè)重于典型系統(tǒng)具體設(shè)計的思路和過程，加強學(xué)生對光學(xué)設(shè)計的切身領(lǐng)會和理解，將理論與實際融合、統(tǒng)一，以提高學(xué)生綜合分析及解決問題能力的培養(yǎng)。結(jié)合 、和課件光學(xué)設(shè)計軟件應(yīng)用課件中的內(nèi)容熟悉 zemax 軟件和光學(xué)設(shè)計內(nèi)容：特別要掌握 zemax 軟件中以下菜單的內(nèi)容：1 輸入透鏡參數(shù)對話框： lens data editor,2 system菜單下的輸入光學(xué)系統(tǒng)數(shù)據(jù)： general, field wavelength3. 光學(xué)性能分析 (analysis)中 lay out，fan，rms，mtf seidel 像差

2、系數(shù)各菜單4 merit function editor ：優(yōu)化函數(shù)構(gòu)建和作用在學(xué)習(xí)過以上內(nèi)容的基礎(chǔ)上，在zemax 軟件上設(shè)計以下 鏡頭設(shè)計 (通過設(shè)計鏡頭熟悉zemax 和光學(xué)設(shè)計理論知識 ,設(shè)計時需要不斷去重新學(xué)習(xí)課本和課件知識，切記軟件只是幫助你設(shè)計鏡頭，而不是代替你設(shè)計鏡頭）：.zemax 入門教學(xué)例子 1 透 鏡 (singlet).3例子2 座 標(biāo)變換 (coordinate breaks) .18例子 3 牛頓 式望 遠鏡 (newtonian telescope).26例子 4 消色差 單透鏡 (achromatic singlet)40.例子 5 變 焦透 鏡(zoom l

3、ens) 47.1-1 透 個例子是學(xué) 如何在zemax里 入 料，包括 罝系 孔徑(system aperture) 、透 位 (lens units) 、以及波 范 (wavelength range) ，并且 行 化。你也將使用到光 扇形 (ray fan plots) 、彌散斑 (spot diagrams) 以及其它的分析工具來 估系 性能。 例子是一個焦距100 mm 、f/4 的 透 ，材料 bk7 ，并且使用 上(on-axis)的可 光 行分析。首先在運行系 中開啟zemax ，默 的 窗 透 料 器(lens data editor, lde) ，在 lde 可 入大多數(shù)的

4、透 參數(shù)， 些 罝的參數(shù)包括：表面 型 (surf： type)如 準球面、非球面、衍射光 等曲率半徑 (radius of curvature)表面厚度 (thickness)：與下一個表面之 的距離材料 型 (glass)如玻璃、空氣、塑膠 等：與下一個表面之 的材料表面半高 (semi-diameter) ：決定透 表面的尺寸大小上面幾 是 常使用的參數(shù)，而在lde 后面的參數(shù)將搭配特殊的表面 型有不同的參數(shù)涵 。1-2 罝系 孔徑首先 罝系 孔徑以及透 位， 兩者的 罝皆在按 列中的gen 按 里（system-general ）。點 gen 或透 菜 的system-general

5、來開啟 general 的 框。 s點 孔徑 (aperturetab)（默 即 孔徑 ） 。因 我 要建立一個焦距100 mm 、f/4 的 透 。所以需要直徑 25 mm 的入瞳 (entrance pupil) ，因此 罝：.aperture type ： entrance pupil diameteraperture value ： 25 mm點擊單位標(biāo)簽(units tab) ，并確認透鏡單位為millimeters 。單擊確認 來離開對話框。.1-3設(shè)罝視場角點擊按鈕列中的fie或透過菜單的system-filed 來開啟場對話框，如下圖所示。zemax默認的視場角是即為近軸視場角

6、，其中 weight這個選項可以用來設(shè)罝各視場角之權(quán)值，并可運用于優(yōu)化。1-4設(shè)罝波長可點擊按鈕列中的wav來設(shè)罝波長，如下圖所示：在波長編輯視窗里我們可以設(shè)罝不同的波長與其weight ， zemax也有內(nèi)建一些常使.用波長，可透過 select- 這個選項來選擇。 在此例子可以透過挑選 f, d, c (visible) 這個選項來設(shè)罝波長 0.486、 0.587、 0.656 (microns) ，單擊 ok 即可 。1-5鍵入透鏡資料現(xiàn)在我們要鍵入lens 的參數(shù)。 在 zemax是透過設(shè)罝依序排列的表面來建立出光學(xué)系統(tǒng)。在此建立單透鏡這個例子需要建立4 個表面。the object

7、 surface（ obj）：設(shè)罝光線的起始點the front surface of the lens(sto) ：光線進入lens 的位置。在這例子里，這表面的位置也決定了光闌 (stop)的位置the back surface of the lens(2) ：光線從lens 出來并進入空氣中的位置。the image surface(ima) ：光線追跡最后停止的位置，不可以在ima 這個之后設(shè)罝任何的表面。這個位置上并非存真實的表面，而是一個啞的表面。默認的 lde 視窗中只有 3 表面（ 3 列），為了符合此例子需要增加一個表面。將游標(biāo)移到 ima .并按下按鍵盤上的insert 鍵

8、，即可產(chǎn)生2這個面。 obj是第 0 面， sto是第 1 面， 2是第 2 面、 ima 是第 3 面。1-6設(shè)罝透鏡參數(shù)首先設(shè)罝lens 的材料為 bk7 ，將游標(biāo)移到第1 面的 glass 欄，鍵入 bk7 并按 enter。而此時 zemax便會去查尋數(shù)據(jù)庫里bk7 的光學(xué)屬性，來決定其各個波長下之折射率。lens 的厚度由第1 面的 thickness 欄來設(shè)罝，這個欄是指表面的中心點沿著光軸到下一個表面的距離?？讖?5mm 厚度 4mm 的 lens 是合理的，直接在thickness欄內(nèi)鍵入數(shù)值即可。接下來鍵入lens 的曲率半徑， 本例子使用一個左右曲率對稱的lens，先將第

9、1 面的曲率半徑設(shè)罝為100 mm ，第 2 面的曲率半徑設(shè)罝為-100 mm 。在第 1 面及第 2 面的 radius欄鍵入數(shù)據(jù)，正值表示曲率中心點在表面的右邊，負值表示曲率中心點在表面的左邊。 ima 的位置就是設(shè)在lens 的焦距上，所以距離lens 大約 100 mm 左右，直接在第2 面 2的 thickness欄鍵入100，即表示在lens 后面 100 mm 的位置就是下一表面的位置，也就是ima 面的位置。lde 的設(shè)罝如下所示：1-7評估系統(tǒng)性能.在 zemax中有很多分析功能可評估系統(tǒng)的質(zhì)量好壞，其中一個最常用的分析工具是光線扇形圖(ray fan plot) 。可以點擊

10、ray這個按鈕或透過菜單analysis-fans-rayaberration 來開啟這個功能。在點擊之后會出現(xiàn)一個視窗，顯示各光線與主光線(chiefray) 的光線象差(rayaberrations)，左邊的圖是顯示y 或正切方向的光線象差，右邊的圖是顯示x 或弧矢方向的光線象差。這個分析圖表是以 0.588 microns 為主波長，其線型在原點附近斜率不為零，表示產(chǎn)生離焦現(xiàn)象 (defocus) 。1-8使用解為了定標(biāo)離焦(defocus) ，透過調(diào)整第2 面 2到 ima面的距離（焦距100mm）來解決這個問題。solves 是一個特別的功能，主要是針對特定zemax的參數(shù)進行動態(tài)調(diào)

11、整，以符合某些特別的情況.先要點擊第2 面的 thickness 后，單擊鼠標(biāo)右鍵，將會出solve 的設(shè)罝視窗。在 solve type里選擇marginal ray height ，然后敲點 ok 即可發(fā)現(xiàn)lde 視窗第2 面的 thickness由 100 改變?yōu)?96，并且會出現(xiàn)m 的記號。在次點擊ray這個選鈕顯示光線扇形圖(ray fans plot) ，可發(fā)現(xiàn)像差線條已由原本的斜線變?yōu)閟 的形狀，而這表示此 lens 有球差 (spherical aberration) 。在 zemax的 online help 中有一個章有列出有關(guān)solve 的解釋及討論。1-9設(shè)罝優(yōu)化我們希

12、望使用優(yōu)化來修正這個例子的質(zhì)量。除基本設(shè)計的形式之外，優(yōu)化需要兩個附加項：.設(shè)罝允許變動的參數(shù)，讓 zemax 可自由地在允許的范圍內(nèi)調(diào)整這個參數(shù)，以設(shè)計出更好系統(tǒng)。在數(shù)學(xué)上的觀點上，需要設(shè)罝優(yōu)化函數(shù)(merit function) 的描述，意即評估系統(tǒng)優(yōu)劣的指標(biāo)。這個例子內(nèi)有3 個參數(shù)適合被改變而來進行優(yōu)化，包括兩個表面的曲率半徑以及透鏡到 ima 面的距離。只要將游標(biāo)移至第1 面 sto及第 2 面的 radius欄及第2 面的 thickness欄點擊并按ctrl+z 或按鼠標(biāo)右鍵選，在solve type選 variable 這個選項。如此各個選項之后將出現(xiàn)v的字樣。1-10建立績效函

13、數(shù)優(yōu)化函數(shù) (merit function) 被定義于優(yōu)化函數(shù)編輯器(merit function editor, mfe)。單擊鍵盤的 f6 或點擊菜單的editors-merit function即可開啟編輯視窗(mfe) 。從 mfe 點擊 tools-default merit function會出現(xiàn)一個default merit function的視窗，點擊 reset后再點擊ok 。后面我們還會說明這個視窗的相關(guān)設(shè)罝，現(xiàn)在先以默認條件進行優(yōu)化。.1-11增加限制條件接著修正績效函數(shù)(merit function ) ，包括系統(tǒng)焦距的需求。將游標(biāo)移在mfe 的第一列并單擊按鍵盤的in

14、sert 來產(chǎn)生新的一列，在此列的type 欄上鍵入effl 后按 enter。這個操作數(shù)的功能是在運算出系統(tǒng)有效焦距，在計算有效焦距時必須設(shè)罝參考的主波長(primarywavelength) ，在此例子里使用第二波長為參考波長，所以在第一列的wav#欄中鍵入為2。接著在 target欄里鍵入100 并按 enter， weight 設(shè)為 1 再按 enter，最后將此視窗關(guān)閉，雖然關(guān)閉編輯視窗但設(shè)罝已儲存，并不會遺失。.1-12運行優(yōu)化點擊 opt 或 tools-optimizatio n，便會出現(xiàn)optimization 的視窗。在優(yōu)化的對話視窗里，如果auto update選項被勾選

15、，則當(dāng)在運行優(yōu)化時，所有開啟的分析視窗如 ray fans plot 以及 lde 的數(shù)據(jù)將及時變動。在此請點擊 automatic 這個按鈕來進行優(yōu)化。1-13光線扇形圖這個優(yōu)化的動作是調(diào)整lens 的曲率半徑使透鏡焦距接近100 mm，并調(diào)整透鏡與成像面的距離， 以消除離焦 (defocus) 。其是利用最小波前誤差之均方根值為依據(jù)進行優(yōu)化，而此次的優(yōu)化的并沒有使焦距完完全全等于100 mm，這是因為我們所設(shè)罝的有效焦距操作數(shù)(effl) 只是績效函數(shù)(merit function) 中眾多操作數(shù)的一項而已，所以在運行優(yōu)化時也需要符合其它優(yōu)化條件。其實在許多的設(shè)計之中，可以透過lde 里

16、solve 功能來使調(diào)整焦距以符合設(shè)計需求，而不需使用mfe 的操作數(shù)。下圖所示是經(jīng)過優(yōu)化后的光線扇形圖(ray fans plot) ，其最大像差 (maximum aberration)約為 300 microns 。.1-14二維設(shè)計圖點擊 analysis-layout或點 lay這個選項便可以顯示2d 設(shè)計圖 (layout) 。此 2d 設(shè)計圖的視窗上點擊settings-number of rays-7-ok即可顯示出如下之圖。.1-15彌散斑在 zemax 眾多的分析工具里，除了常使用光線扇形圖來分析設(shè)計系統(tǒng)的光學(xué)性能之外，另外也有一個分析功能彌散斑(spot diagrams

17、) 也是一個相當(dāng)常用的分析圖表。彌散斑(spot diagrams) 可以顯示出平行光束通過光學(xué)系統(tǒng)后聚焦于成像面上的斑點?？牲c擊analysis-spot diagram-standard或點擊 spt即可顯示出光斑(spot diagrams) 的分析圖。如下圖所示， 可由圖表判斷其stop 的圖表大約有400 microns 的半徑大小， 而 airy disk有 5.7 mircons 。也可以由此圖看出整個系統(tǒng)的像差，由于不同的波長其之焦距點也不一樣，所以其成像會產(chǎn)生模糊現(xiàn)象。.1-16光程差扇形圖另一個常用的分析工具是opd fans，這個圖是顯示光程差(optical path

18、difference) ，此圖與光線扇形圖一樣采用主光線(chiefray)為參考光，顯示光離開光瞳(exitpupil) 后的光程差，而光線扇形圖(ray fans plot) 一樣也是顯示光程差但其是顯示光在ima 面上的光程差?？牲c擊 analysis-fans-optical path 或點 opd即可顯示光程差扇形圖(opd fans plot) 。.1-17進一步分析這個設(shè)計夠好了嗎 ?當(dāng)波前像差 (wavefront aberration) 小于 1/4 的波長時， 則需考慮到透鏡的衍射極限 (diffraction limited) （有關(guān)這類的討論可在使用手冊 (users

19、guide) 里找到詳細的說明）。在此例子還不需要考慮到衍射極限。為了改善系統(tǒng)的光學(xué)性能，設(shè)計者都必須了解光學(xué)系統(tǒng)中那一些像差限制了系統(tǒng)的光學(xué)性能， 以及要進行什么修正才可以有效的處理像差問題。在這一次的設(shè)計中，優(yōu)化后仍然有軸向色差(axialcolor aberration) 及球差 (sphericalaberration) 。如果在光線扇型圖(ray fan plot) 中發(fā)現(xiàn)原點部分的曲線斜率不為零（即系統(tǒng)含有離焦），這是因為優(yōu)化的過程zemax透過近軸焦點 (paraxial focus)的移動來補償球差，以達到最小的球差(spherical aberration) 。就色差 (ch

20、romatic aberration) 而言，焦距的變動是隨波長而異，可以在 chromatic focal shift plot 看出來。點擊 analysis-miscellaneous-chromatic focal shift ，而分析圖是顯示出.波長與焦距位移的關(guān)系圖。如下圖所示所以雖然此例子已作了最佳化，但仍然有像差存在，仍有設(shè)計及進步的空間。設(shè)計過程中會遇到各種困難，要經(jīng)?；仡^看課件或者學(xué)習(xí)你們書上光學(xué)設(shè)計部分內(nèi)容或者問我！ 在掌握習(xí)作一的內(nèi)容后 做工程光學(xué)課程設(shè)計中的 p16 中的優(yōu)化實例（ 1）的設(shè)計，也是單透鏡的設(shè)計！比較兩個單透鏡設(shè)計過程的差異和相同之處！做完單個透鏡設(shè)計

21、后做 pdf 文檔中 zemax2的膠合透鏡的設(shè)計，得出膠合透鏡比單透鏡成像質(zhì)量好的原因.例子 2 座標(biāo)變換(coordinate breaks)2-1座標(biāo)變換在 zemax里，表面的定義是架構(gòu)在局部座標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)。在 zemax每個表面皆有其局部座標(biāo)系統(tǒng)每個表面皆可為下一個表面定義新的座標(biāo)系統(tǒng)例如：當(dāng)表面厚度為50 mm，意即下一個表面定位在距離這個表面50 mm 的位置。表面座標(biāo)變換是用于當(dāng)系統(tǒng)在x 或 y 軸有位移時定義新的座標(biāo)系統(tǒng)，同樣的也可對x,y或 z 軸進行旋轉(zhuǎn)。進行座標(biāo)變換的表面并無光學(xué)屬性，事實上它只是定義新的座標(biāo)系統(tǒng)。2-2順序旗標(biāo)在轉(zhuǎn)換座標(biāo)系統(tǒng)時，需要標(biāo)記轉(zhuǎn)換的順序。這是因為

22、在座標(biāo)轉(zhuǎn)換時，先傾斜再旋轉(zhuǎn)與先旋轉(zhuǎn)再傾斜其結(jié)果是不同的。同樣地，座標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的順序也會對座標(biāo)旋轉(zhuǎn)的最后結(jié)果有影響。順序標(biāo)記的參數(shù)是用在定義座標(biāo)變換時轉(zhuǎn)換和旋轉(zhuǎn)的順序。假使順序標(biāo)記為decenterthen tilt ，則轉(zhuǎn)換的順序為：先做x 軸離軸再做y 軸離軸（這是正交系統(tǒng)，所以離軸的順序并不影響結(jié)果） ，接著傾斜的順序依序是z 軸然后是y 軸最后是x 軸，而全局傾斜的順序一樣是 z 軸、 y 軸、 x 軸。如果順序標(biāo)記為tilt then decenter，轉(zhuǎn)換的順序?qū)⒆兂桑合葍A斜局部x 軸然后是 y 軸最后是 z 軸，（全局的順序則為z 軸、 y 軸、 x 軸），再來才是離軸（同樣地，x

23、軸離軸與 y軸離軸的順序并不影響結(jié)果）。至于 z 軸的離軸都是在所有座標(biāo)轉(zhuǎn)換完成后運行?？偨Y(jié)，若順序標(biāo)記為decenter then tilt ，則座標(biāo)變換的順序為x 離軸、 y 離軸、 z 傾斜、y 傾斜、 x 傾斜、 z 離軸（全局與局部相同） 。若順序標(biāo)記為tilt then decenter ，則座標(biāo)變換的順序為 x 傾斜、 y 傾斜、 z 傾斜、 x 離軸、 y 離軸、 z 離軸（全局的傾斜順序為z 軸、 y.軸、 x 軸）。順序標(biāo)記將混合傾斜與離軸，達到最少的表面數(shù)的設(shè)計。2-3座標(biāo)變換的應(yīng)用使用座標(biāo)變換的應(yīng)用有：旋轉(zhuǎn)面鏡錐形組件的離軸設(shè)罝公差分析孔徑離軸系統(tǒng)所有的應(yīng)用都有最少一個

24、(通常是兩個 )的座標(biāo)變換表面。2-4工具轉(zhuǎn)折面鏡sahaja新增旋轉(zhuǎn)面鏡的工具可以使用在改變局部座標(biāo)系統(tǒng)以及應(yīng)用在需傾斜面鏡的系統(tǒng)。這個工具將會在指定表面的前后新增兩個座標(biāo)變換的啞表面。第一個座標(biāo)變換的啞表面，將會旋轉(zhuǎn)并傾斜面鏡的座標(biāo)系統(tǒng)。如此新的表面將會垂直新座標(biāo)系統(tǒng)的光軸（即為z 軸），且其表面材料為mirror 。第二個座標(biāo)變換的啞表面，將在次變換座標(biāo)系統(tǒng)（入射角=反射角）。所有使用此工具的系統(tǒng)將會修正并新增鏡面。轉(zhuǎn)換將會改變系統(tǒng)部分參數(shù)的正負號任何需要的參數(shù)（例如光柵階數(shù)）將會被修改此外，使用新增旋轉(zhuǎn)面鏡這個工具時，必須使用在空氣中的啞表面（直接新增一個表面即可）。消除旋轉(zhuǎn)面鏡的工具

25、會消除旋轉(zhuǎn)面鏡并回復(fù)被座標(biāo)變換的面。假使面鏡距下一個面的距離為 0 又使用座標(biāo)變換， 則鏡面及座標(biāo)變換將會被消除。若面鏡使用座標(biāo)轉(zhuǎn)換而其厚度為0，則該表面將會被消除。且任何消除的厚度值將會立即加入至前一個面厚度。所有跟隨的表面參數(shù)將會修正以維持合適的符號。.2-5例子轉(zhuǎn)折面鏡從 zemaxsamplestutorialfolder 載入 fold mirror.zmx 。我們將會在近軸透鏡和成像面間置入旋轉(zhuǎn)面鏡。注意在啞面上所需鍵入的參數(shù)只有z 軸上的距離。2-6新增轉(zhuǎn)折面鏡在主選單上的tools 選取 add fold mirror 。在應(yīng)用的參數(shù)上選取依x 軸轉(zhuǎn) 90 度。點擊ok 。然后

26、觀看3d layout2-7修正透鏡資料編輯器注意 lde 的改變：會新增兩個座標(biāo)變換的表面。被旋轉(zhuǎn)表面的玻璃材料為mirror 。.面鏡與下個表面之間的距離，將設(shè)罝在第二個座標(biāo)變換的表面上。在反射后系統(tǒng)參數(shù)的符號需要改成負號。注意在第二個座標(biāo)變換的表面使用pick-up 的解。須確保每個改變都有運行。2-8刪除轉(zhuǎn)折面鏡要消除旋轉(zhuǎn)面鏡，僅需從主選單的 tools 點擊 delete fold mirror ，然后鍵入旋轉(zhuǎn)面鏡的號碼。旋轉(zhuǎn)面鏡和座標(biāo)變換的面會被移除。前一個面的厚度將會被修正為包含原始厚度的啞面。.2-9傾斜與離軸一個或多個組件的傾斜與離軸是十分有用的。在公差分析中，常見的例子是比

27、較原始座標(biāo)與變化后座標(biāo)的關(guān)系。離軸可在第二個座標(biāo)變換的面利用負值的pick-up 解。然后非正交的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換 (傾斜和離軸，多軸傾斜 )都與順序有關(guān)。解開傾斜與離軸的混合轉(zhuǎn)換的順序必需顛倒以還原原始座標(biāo)系統(tǒng)。此外，兩個座標(biāo)轉(zhuǎn)換必需在同一光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)同樣的位置。2-10工具傾斜與離軸傾斜 / 離軸組件工具是用來運行傾斜/ 離軸混合功能。 此工具在插入座標(biāo)變換和啞面的傾斜 / 離軸時是必需的。在 tutorial 資料夾載入 petzval.zmx 這個文件。我們將把第二群（意即表面 4 到表面 6）作離軸然后再做傾斜。.2-11例子傾斜與離軸在主選單tools-miscellaneous中選取 ti

28、lt/decenterelements。在 y decenter 鍵入5mm ，然后在tilt x 鍵入 10。在 order 的選項選decenter then tilt 。注意最后一個鏡片是準直于光軸.2-12處理傾斜與離軸觀看透鏡資料編輯器。座標(biāo)變換的面插入在鏡片群的前后第一個座標(biāo)變換的啞表面，先進行離軸然后傾斜透鏡的座標(biāo)系統(tǒng)。第二個座標(biāo)變換的啞表面，先回復(fù)傾斜再回復(fù)離軸座標(biāo)系統(tǒng)。在第一個座標(biāo)變換的座標(biāo)軸上利用第七個面上厚度解的選項決定第二個座標(biāo)變換的位置。第八個面上的厚度解將會回復(fù)第七個面的位置。.2-13設(shè)罝傾斜與離軸表面的傾斜和離軸允許改變座標(biāo)系統(tǒng)中表面前后的光路徑。表面的傾斜/離

29、軸可以想成是座標(biāo)變換根據(jù)表面或根據(jù)其它座標(biāo)變換。在透鏡資料編輯器使用表面傾斜和離軸估計啞的座標(biāo)變換， 允許些許雜亂的顯示畫面?，F(xiàn)在使用表面傾斜和離軸并不支持表面傾斜和離軸的優(yōu)化。.例子 3 sahaja 牛頓式望遠鏡(newtonian telescope)3-1牛頓式望遠鏡牛頓式望遠鏡是stigmatic 光學(xué)系統(tǒng)的例子。牛頓式望遠鏡即是一個簡易的拋物線型反射鏡。光線是由無限遠處的物點所發(fā)出，并在焦點處形成完美(幾何 )像點。拋物面可提供無球差，只有軸上的高階像差的質(zhì)量。我們將設(shè)計焦距1000 mm， f/5 的望遠鏡。根據(jù)表面焦度(power)的定義，可知曲率半徑為 2000 mm，而孔徑

30、直徑為200 mm 。我們將使用軸上(on-axis) 視場角及默認的波長0.55m。鏡面并不會產(chǎn)生色差，所以它并不需設(shè)罝多波長。開啟全新的透鏡資料編輯器(lde) ，只需點擊file-new 。3-2孔徑、單位、視場角及波長孔徑和透鏡的單位可經(jīng)由system-general 所彈出的對話視窗進行設(shè)罝。就孔徑來說，在 aperture type 選取 entrance pupil diameter ，然后在 aperture value 鍵入 200，此時透鏡的默認單位為 mm。我們也將使用默認的視場角和波長。.3-3鍵入透鏡資料望遠鏡需要建構(gòu)三個序列性描光的面：對象，定位在無限遠的距離鏡面表

31、面，定位在stop 的位置成像面，定位在鏡面的近軸焦點上鏡面表面需在 glass 這個欄鍵入 mirror 。在鏡面表面反射后，需改變曲率半徑的符號。在 stop 表面的曲率半徑欄內(nèi)鍵入 -2000 mm ，而厚度鍵入 -1000 mm。3-4評估系統(tǒng)性能開啟彌散斑 (spot diagram) ，我們可將光斑尺寸與埃里斑(airy disk) 在彌散斑上作比較。點擊彌散斑中主選單上的setting 選項。在 show scale的下拉式選單中選取airy disk ，然后點擊 ok 。.rms 光斑尺寸為77.6 m。埃里斑 (airy disk) 的直徑文本輸出部分的光斑尺寸下方，其值為6

32、.7 m 。3-5定義拋物面我們沒有滿足衍射極限的原因是我們使用的是球面鏡面。若要改變鏡面的外型為拋物面，我們需要在 lde 中表面 1 的 conic 這一欄內(nèi)鍵入 -1。.3-6拋物型反射罩在改變 conic 值后，點擊彌散斑 (spot diagram) 中主選單上的 update進行刷新。注意此時 rms 光斑尺寸為 0.000。如此即定義出完美的幾何成像點。一個衍射極限的系統(tǒng)，系指其整體系統(tǒng)性能趨近于邊緣衍射效應(yīng)， 亦即系統(tǒng)的幾何像差趨近于零。 這樣的系統(tǒng)應(yīng)該使用衍射分析工具。3-7點擴散函數(shù)點擴散函數(shù) （ psf）是一個可用在分析衍射極限系統(tǒng)上， 針對成像面能量擴散的分析工具。觀看

33、 psf 圖，點擊 analysis-psf-fft psf cross section 即可。我們看到， 由衍射效應(yīng)所產(chǎn)生的影像并非是一個完美的像點，還是有能量的模糊。.3-8擋板觀看設(shè)計的layout 圖表（在按鈕列上lay的按鈕） 。成像面是定位在入射光束的光路上，這個位置上的影像并不容易取得。任何企圖在成像面捕捉影像的動作都將會阻擋許多入射的能量。 一般常見的解決方法為放置一旋轉(zhuǎn)面鏡(fold mirror) ，且與光軸夾45 度的將成像光線導(dǎo)離光軸。不過旋轉(zhuǎn)面將依舊會遮蔽部分能量。假使您想看到入射光，可以新增一個表面在stop 之前，且距離1000 mm。在 lay 設(shè)罝的對話框（點

34、擊右鍵即會跳出此對話視窗），改變顯示的第一面為1 并增加較多的光線然后觀看layout 圖。.3-9增加轉(zhuǎn)折面鏡欲新增轉(zhuǎn)折面鏡，首先我們必需定義面鏡的置放位置。面鏡的尺寸應(yīng)該盡可能地小型化而且將影像完全導(dǎo)離光軸。當(dāng)入射光束的直徑為200 mm 時，成像面最少必需在光軸上方100 mm，所以現(xiàn)在設(shè)罝旋轉(zhuǎn)后的影像在光軸上方150 mm ，因此旋轉(zhuǎn)面鏡必須距面鏡850 mm（= 1000 mm150 mm ）。首先改變面鏡的厚度為-850 mm 。在面鏡與成像面之間插入一個新的表面，鍵入該表面厚度為-150 mm 。這個新增的啞面將會被指定為使用 add fold mirror 工具的旋轉(zhuǎn)面鏡。如此從面鏡到成像面的總厚度依舊是1000 mm 。.現(xiàn)在點擊 tools-addfold mirror 。設(shè)罝旋轉(zhuǎn)的面為3 然后點擊ok 。如此即可新增旋轉(zhuǎn)面鏡并將成像光束轉(zhuǎn)向。您將會需要使用3