Zemax--单透镜.doc
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1、Zemax 单透镜 作者: 日期:16 个人收集整理 勿做商业用途1-1 单透镜这个例子是学习如何在ZEMAX里键入资料,包括设罝系统孔径(System Aperture)、透镜单位(Lens Units)、以及波长范围(Wavelength Range),并且进行优化.你也将使用到光线扇形图(Ray Fan Plots)、弥散斑(Spot Diagrams)以及其它的分析工具来评估系统性能.这例子是一个焦距100 mm、F/4的单透镜镜头,材料为BK7,并且使用轴上(On-Axis)的可见光进行分析.首先在运行系统中开启ZEMAX,默认的编辑视窗为透镜资料编辑器(Lens Data Edit
2、or, LDE),在LDE可键入大多数的透镜参数,这些设罝的参数包括: 表面类型(Surf:Type)如标准球面、非球面、衍射光栅等 曲率半径(Radius of Curvature) 表面厚度(Thickness):与下一个表面之间的距离 材料类型(Glass)如玻璃、空气、塑胶等:与下一个表面之间的材料 表面半高(SemiDiameter):决定透镜表面的尺寸大小上面几项是较常使用的参数,而在LDE后面的参数将搭配特殊的表面类型有不同的参数涵义。12 设罝系统孔径首先设罝系统孔径以及透镜单位,这两者的设罝皆在按钮列中的GEN按钮里(System-General).点击GEN或透过菜单的Sy
3、stemGeneral来开启General的对话框.点击孔径标签(Aperture Tab)(默认即为孔径页).因为我们要建立一个焦距100 mm、F/4的单透镜.所以需要直径为25 mm的入瞳(Entrance Pupil),因此设罝: Aperture Type:Entrance Pupil Diameter Aperture Value:25 mm点击单位标签(Units Tab),并确认透镜单位为Millimeters.单击确认来离开对话框.1-3设罝视场角点击按钮列中的Fie或透过菜单的SystemFiled来开启场对话框,如下图所示。ZEMAX默认的视场角是即为近轴视场角,其中We
4、ight这个选项可以用来设罝各视场角之权值,并可运用于优化.14设罝波长可点击按钮列中的Wav来设罝波长,如下图所示:在波长编辑视窗里我们可以设罝不同的波长与其Weight,ZEMAX也有内建一些常使用波长,可透过Select这个选项来选择。在此例子可以透过挑选F, d, C (Visible) 这个选项来设罝波长0。486、0。587、0.656(Microns),单击OK即可 。15键入透镜资料现在我们要键入Lens的参数。在ZEMAX是透过设罝依序排列的表面来建立出光学系统。在此建立单透镜这个例子需要建立4个表面。 The object surface(OBJ):设罝光线的起始点 The
5、 front surface of the lens(STO):光线进入Lens的位置。在这例子里,这表面的位置也决定了光阑(Stop)的位置 The back surface of the lens(2):光线从Lens出来并进入空气中的位置. The image surface(IMA):光线追迹最后停止的位置,不可以在IMA这个之后设罝任何的表面。这个位置上并非存真实的表面,而是一个哑的表面。默认的LDE视窗中只有3表面(3列),为了符合此例子需要增加一个表面。将游标移到IMA并按下按键盘上的Insert键,即可产生2这个面。OBJ是第0面,STO是第1面,2是第2面、IMA是第3面。1
6、6设罝透镜参数首先设罝Lens的材料为BK7,将游标移到第1面的Glass栏,键入BK7并按Enter。而此时ZEMAX便会去查寻数据库里BK7的光学属性,来决定其各个波长下之折射率.Lens的厚度由第1面的Thickness栏来设罝,这个栏是指表面的中心点沿着光轴到下一个表面的距离。孔径25mm厚度4mm的Lens是合理的,直接在Thickness栏内键入数值即可。接下来键入Lens的曲率半径,本例子使用一个左右曲率对称的Lens,先将第1面的曲率半径设罝为100 mm,第2面的曲率半径设罝为100 mm.在第1面及第2面的Radius栏键入数据,正值表示曲率中心点在表面的右边,负值表示曲率
7、中心点在表面的左边。IMA的位置就是设在Lens的焦距上,所以距离Lens大约100 mm左右,直接在第2面2的Thickness栏键入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的设罝如下所示:17评估系统性能在ZEMAX中有很多分析功能可评估系统的质量好坏,其中一个最常用的分析工具是光线扇形图(Ray fan plot)。可以点击Ray这个按钮或透过菜单AnalysisFansRay Aberration来开启这个功能。在点击之后会出现一个视窗,显示各光线与主光线(Chief Ray)的光线象差(Ray aberrations),左边的图是
8、显示Y或正切方向的光线象差,右边的图是显示X或弧矢方向的光线象差。这个分析图表是以0。588 microns为主波长,其线型在原点附近斜率不为零,表示产生离焦现象(Defocus)。18使用解为了定标离焦(Defocus),透过调整第2面2到IMA面的距离(焦距100mm)来解决这个问题。Solves是一个特别的功能,主要是针对特定ZEMAX的参数进行动态调整,以符合某些特别的情况先要点击第2面的Thickness后,单击鼠标右键,将会出Solve的设罝视窗。在Solve Type里选择Marginal Ray Height,然后敲点OK即可发现LDE视窗第2面的Thickness由100改变
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