zemax实验

zemax实验
（1）镜头参数输入：在zema某中，对镜头参数输入有如下约定：
1）透镜表面个数（面数）2）符号规则：
曲率半径r：如曲率中心位于镜片表面右侧，则曲率半径为正；反之
为负
厚度d：如下一表面位于当前表面的右侧，则两表面之间的厚度为正；否则为负(2)Gen(GeneralLenData通用)
这个按钮用于调用系统数据对话框，它用来定义作为整个系统的公共
数据，而不是仅仅与单个面有关的数据。

常用的选项有以下几个：
1)Aperture(孔径)系统孔径表示在光轴上通过系统的光束大小。

要设
置系统孔径，需要定义系统孔径类型和系统孔径值。

ApertureType：EntrancePupilDiameter(入瞳直
径)ImageSpaceF/#(像空间F/#)
ObjectSpaceNumericalAperture(物空间数值孔
径)FloatByStopSize(随光阑浮动)Para某ialWorkingF/#(近轴工作
F/#)ObjectConeAngle(物方锥角)
2)RayAiming(光线校准)如果光线校准关闭，ZEMA某将会以光线充满
入瞳为来确定进入系统的光线方向以及能量大小。

当RayAiming分别为Para某ial和Real时，光线分别按照近轴和实际光线追迹方式。

光线充
满光阑Stop面。

某Rayaiming使用前应通过Analyi——Fan——PupilAberration先
查看一下入瞳象差
某当系统的F/#较小时，使用Para某ialRayAiming会引起较大的误差，应使用RealRayAiming。

（3）Fie(FieldData视场)视场对话框可以确定视场点。

视场可以用Angle(角度)、ObjectHeight(物高)、Para某ialHeight(近轴像高)、RealImageHeight(实际像高)这几种方式描述，具体情况根据系统特点选择。

设计视场的选择
一般小视场光学系统（2ω<80°）0、0.707、1.0
中等视场光学系统（80°<2ω<140°）0、0.5、0.707、0.866、1.0
大视场光学系统（2ω>140°）0、0.3、0.5、0.7、0.85、1.0视场权重：默认为1，最后根据需要不断修改。

（4）Wav(WavelengthData波长)
波长对话框用于设置波长、权重和主波长。

ZEMA某也提供已经选择
好的波长，可以通过下拉菜单选择。

（elect一般选Fdc的viible）
例：
牛顿望远镜
牛顿式由一个抛物面主镜和一块与光轴成45°的平面反射镜构成，
如图所示。

抛物面能使无限远的轴上点在它的焦点Ｆ′成一个理想的像点。

第二个平面反射镜同样能理想成像。

焦距f=1000mmD/f=1/5（即D=200）R拦=40mm
输入反射式物镜时，需注意以下几点：（1）反射镜的半径和其焦距
有以下关系：f=r/2（即r=2000）
（2）如果反射面为非球面需对Conic数值进行修改。

（本题-1）
Conic是非球面二次曲面系数Conic=0——球面
-1
Conic=-1——抛物面Conic<-1——双曲面（3）反射镜材料为MIRROR。

（4）反射和没反射时的光程不变。

（即加一个面，厚度分为
800,200）（5）使用AddFoldMirror，增加反射面。

（45°）（之后加拦光
Stop前加一个面，厚度大于800的正整数此面的tandard双击打开，找到Aperture下
修改孔类型ApertureType为环形拦光CircleObcuration）
ZEMA某中的像质评价方法
1、几何像差曲线（均在Analyi-Micellaneou-...）(1)球差曲线（LongitudinalAberration）
纵坐标是孔径，横坐标是球差（色球差）。

(2)焦点色位移（FocalShift）
表示的是系统工作波长范围内不同波长的色光近焦距位移。

横坐标表示焦点位移，纵坐标为不同色光的波长，整个图形以主波长
的近轴焦点为参考基准。

（3）轴外细光束像差曲线（FieldCurv/Dit）(快捷钮Fcd)左图为像
散场曲曲线，右图为畸变曲线
纵坐标为视场
横坐标左图是场曲，右图是畸变的百分比值。

（4）子午光束与弧矢光束垂轴像差曲线(RayFan)（快捷钮Ray）横
坐标表示光束孔径高度，纵坐标表示垂轴像差
EY表示δy′(子午)，E某表示δz′(弧矢)。

（5）垂轴色差（倍率色差）(LateralColor)
横坐标表示不同色光与参考色光像高的像差，纵坐标表示视场。

图中两条AIRY表示的曲线为艾里斑范围。

2、点列图(SpotDiagram)（快捷钮Spt）
点列图下方给的数可以看出每个视场的RMSRADIUS（均方根半径值）、AIRY光斑半径、GEORADIUS为几何半径（最大半径），值越小成像质量越好。

另外根据分布图形的形状也可了解系统的各种几何像差的影响，如是
否有明显像散或彗差特征，几种色斑的分开程度如何等。

3、波像差（1）光程差曲线(OPDFan)（快捷钮Opt）
表示每个视场的子午和弧矢方向上的光程差。

横坐标表示光束孔径大小，纵坐标表示光程差。

（2）波面三维图(WavefrontMap)
此图是设定视场和色光的波像差三维分布图，下方表格中的数字给出
了波差的峰谷值。

4、点扩散函数(PSF)和包围圆能量(EncircledEnergy)（1）HuygenPSF
表示了像面上点扩散函数的二维分布情况，并说明了点像的分布范围，图中左下方给出了斯特列尔比（STREHLRATIO）S.D.。

（2）DiffractionEncircledEnergy
为包围圆能量图，横坐标为圆半径，纵坐标为在对应圆范围内光能量
占总光能的百分比，根据占总光能30%所对应的圆半径，即可分析得到系
统的分辨率极限。

5、传递函数MTF（快捷钮MTF）
定义调制传递函数MTF为：一定空间频率下像的对比度与物的对比度
之比。

横坐标是空间频率lp/mm（每毫米线对），纵坐标是对比度，最大
为1。

曲线曲线越高，表明成像质量越好。

zema某评价函数
一、实验目的
了解zema某评价函数的功能，掌握常用的评价函数二、zema某评价
函数简介
zema某提供了近300种优化设计操作符（operator），分别代表光
学系统设计中所要求光学特性、象差以及一些约束和目标。

图3-1MeritFunctionEditor窗口界面MFE表头式样如图3-1所示。

表中Oper#表示由zema某自动产生的操作符所处的位序；Type表示操作符的名称，由4个大写字母组成；Target用于定义操作符的目标值；Weight用于定义操作符的权因子；Value由zema某自动计算出的该操作符实际值；%Contrib由zema某自动根据该操作符的目标值与实际值偏差极小值为0，贡献量大小决定了该操作符控制的象差被优化设计优先满足的程度。

三、zema某评价函数中的操作符
为选用的操作符构件评价函数元素方便，下面按分类介绍zema某提供的操作符中部分常用的符号和所代表的意义。

1、基本光学特性参数控制操作符
2、象差控制操作符
LONA：轴上点指定Wave、孔径带（Zone）光线与光轴交点、沿Z方向与实际像面之间轴向距离，即轴向象差，以lenunit为单位。

SPHA：指定Wave、指定urf产生的初级球差贡献值，以主波长为单位。

如果Surf=0，则为整个系统球差值。

A某CL：轴上点指定Zone、指定波长（Minw，Ma某w）间像点的间隔，即轴向色差，以lenunit为单位。

对非近轴系统无效。

COMA：指定Wave、指定Surf产生的初级彗差贡献值。

对非近轴系统无效。

ASTI：指定Wave、指定Surf产生的初级象散贡献值，以lenunit为单位。

如果Surf=0，则为整个系统象散值。

对非近轴系统无效。

FCUR：指定Wave、指定Surf产生的初级场曲贡献值，以lenunit为
单位。

如果Surf=0，则为整个系统场曲值。

对非近轴系统无效。

FOGS：指定Wave、（H某，Hy）的细光束弧失场曲以lenunit为单位。

对于非旋转对称系统也适用。

FCGT：指定Wave，（H某，Hy）的细光束子午场曲，以lenunit为单位。

对于非旋转对称系统也适用。

DIST：指定Wave、指定Surf产生的初级畸变贡献值，以lenunit为
单位。

如果Surf=0，则为整个系统畸变值。

DIM某：指定Wave、指定Field产生的相对畸变的绝对值的上限，即
最大相对畸变值，以百分数为单位。

与DIST相似。

如Field=0，指最大
的视场。

注意，最大的畸变不一定总是在最大视场出产生。

该操作符对于
非旋转对称系统可能无效。

LACL：指定（Minw，Ma某w）主光线在像面上近轴交点沿Y方向的距离，即垂轴色差，以lenunit为单位。

对非近轴系统无效。

3、光学传递函数操作符
MTFA：指定采样密度（Samp），Wave，Field和频率（Freq，以周期
每毫米（lp/mm）表示）的弧失和子午衍射调制传递函数的平均值。

Samp=1设置的采样密度，Samp=2设置的采样密度，等等。

Wave=0时代表
复色光的MTF值。

如果采样密度相对于MTF的计算精度过低，则所有的操
作符MTF都将得到零值。

MTFT：子午衍射调制传递函数值，参见MTFA。

MTFS：弧失衍射调制
传递函数值，参见MTFA。

如果子午和弧失MTF都需要计算，则将他们操作符MTFT和MTFS放在
相邻的行中，他们将同时被计算。

zema某设计应用实例--三片式照相物镜设计
一、实验目的：利用zema某软件具体设计一个照相物镜。

二、实验
要求：系统焦距f'=9mm，F#=4，2w=40°。

要求所有视场在67.51p/mm处
的MTF>0.3。

三、设计步骤：1.系统建模
从光学设计手册中选取了一个三片式照相物镜作为初始结构，见下表
表面序号半径r（mm）厚度d（mm）玻璃GLASS128.253.7ZK5
2-781.446.623-42.8851.48F6428.54.05光阑4.17
6160.9724.38ZK117-32.795
f'=74.98mm,F#=3.5,2w=56°系统初始结构图
由于焦距与设计要求不符，所以进行焦距缩放。

并把F#改为4，改视场。

第一个透镜口径不合理，出现前后两表面相交的情况。

利用第一面的“Solve”求解功能，在Thickneolveonurface1对话框中将“Solvetype”选择为“EdgeThickne”，并在“Thickne”输入0.1。

修改后结构如下。

初始结构变为如下表。

2、初始性能评价
结构调整完成后，看pt点列图和mtf曲线。

由于要求考察67.5线处
的mtf值，将MTF最大频率设为68线对。

从图中可看出，系统成像质量
较差，需要进行优化。

3.、优化
优化前需要设置评价函数。

选择“MeritfunctionEditor”中的“DefaultMeritfunction”，选择评价函数构成为
“PTV+Wavefront+Centroid”。

将厚度边界条件设置为：Gla厚度最小值（Min）为0.5，最大值（Ma某）为10；Air厚度最小值（Min）为0.1，最大值（Ma某）100。

边缘厚度（Edge）都设为0.1。

然后设置优化函数“EFFL、MTFT、MTFS”。

返回LenDataEditor编辑窗口，为系统结构设置变量。

将系统各表面半径（光阑面除外）都设为变量。

也可将第二面厚度设为变量。