【ZEMAX光学设计软件操作说明详解】2 上

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1、第十三章表面类型§1简介ZEMAX模拟了许多种类型的光学元件。包括常规的球面玻璃表面，正非球面，环带，柱面等。ZEMAX还可以模拟诸如衍射光栅、“薄”透镜、二元光学、菲涅耳透镜、全息元件之类的元件。因为ZEMAX支持大量的表面类型，用常用的电子表格形式安排用户界面就比较困难。例如，对于一个没有发生衍射的表面，开辟“衍射阶数”一列就没什么必要。为了使用户界面尽可能不显得乱，ZEMAX使用了不同的类型界面以便指出定义某一种类型的表面时，需要哪一些数据。§2参数数据一个标准的表面可以是一个紧随着一均匀介质（如

2、空气，反射镜或玻璃）的平面、球面或圆锥非球面。所要求的参数仅仅是半径（半径也可以是无穷大，使之成为一个平面），厚度，圆锥系数（缺省值为0，表示是球面），和玻璃类型的名字。其他的表面类型除使用一些其他值外，同样使用这些基本数据。例如，“偶次非球面”表面就是使用所有的“标准”列数据再加上八个附加值，这些附加值是用来描述多项式的系数的。这八个附加值被称为参数，且被称为参数1，参数2，等等。要理解的参数值的最重要特性是它们的意思会随着所选择的表面类型的不同而改变意思。例如，“偶次非球面”表面类型用参数1来指定非

3、球面近轴抛物线项的系数，而“近轴”面则用参数1来指定表面焦距。两个表面同样使用参数1，但用途却不同，因为这两个表面类型永远不会同时在同一个面上使用。数据存储的共享性简化了ZEMAX界面，也减少了运行程序时所要求的总内存。但由于你必须去记每一个参数的作用，是否这样的共享反而会使ZEMAX用起来变得麻烦呢？回答是否定的，因为ZEMAX始终掌握着你所定义的每一面上的每一个参数代表什么的记录。当你将一个表面从“标准的”改成其他的表面类型后，ZEMAX会自动改变参数列的列头以使你知道你对表面上的每一个参数作了什么

4、改动。所有需要你做的只是在正确的格子中键入适当的数据。当你将光标从一个格子移动到另一个时，列头会一直显示该格是用来作什么的。如果当前的面并没有使用参数列，列头会显示“Unused”和列序数。要获得更多的有关镜片数据编辑的信息，参考“编辑菜单”一章。§3特别数据ZEMAX-EE支持无法只用八个参数值来描述的表面。例如，二元光学1（“binaryoptic1”）表面类型除了要求具有八个参数外，还要有200个附加的数字才能表示。这将要求一张很大的电子表格，因此对于特别数据，采用的是一种独立的编辑。但是，在概念

5、上并没有区别。特别数据值也是各种表面类型所共享的，并且也随着所选表面类型的不同而改变其含义。在“特别数据编辑（ExtraDataEditor）”中的列头同样也随着光标的一格格地移动而改变。参考“编辑”一章可得到有关特别数据编辑的详细信息。§4表面类型概要ZEMAX模拟平面，球面和圆锥面，所有这些表面类型都集中在标准面形目录下。双击“SurfaceType”列，可选择其他的表面模型。一个弹出式屏幕会将所有可用的表面类型全部列出。除了标准表面以外，ZEMAX还支持多种不同类型的表面。§4.1用户自定义表面不

6、管ZEMAX加入了多少表面，总是会有那么一些时候需要另外一种表面类型来解决一个特殊的设计，造型或兼容问题。如果一个问题所需要的表面类型ZEMAX中还没有，用“用户自定义”表面加进新的表面类型是相当简单的，这在本章的最后会有描述。用户自定义表面的方法是：编写定义形状、光路追迹和其他有关表面特性的软件，然后将此软件动态地链接到ZEMAX中。如果你需要一种自定义表面类型，但你又没有自己编写软件的愿望或能力，请与FSI公司联系开发一种客户表面以满足你的要求。FSI公司在开发光路追迹算术方面有着相当的经验，通常只

7、需要一点点的费用在很短的时间内就可编写出用户自定义表面代码。§4.2内含表面ZEMAX中所建立的内含表面类型摘要可由下表给出。有SE，XE和EE标志的各列表示了可在ZEMAX三种版本中的应用可能性(Y代表可能,N代表不可能)表面类型摘要§5标准面最常用的光学表面是球面。球面的中心落在当前的光轴上，顶点也在当前的轴上位置。ZEMAX将平面看作是球面的一种情形（半径为无穷大的球面），圆锥面也是一种特殊的球面。标准面的子午或者说z坐标，由下式给出：其中，c为曲率（半径所对应的），r是以透镜长度单位为单位的径向

8、坐标，k为圆锥系数。圆锥系数对于双曲线小于–1，对于抛物线为–1，对于椭圆为–1到0之间，对于球面为0。可参考“简介”一章所提供的任何一本参考书。标准面不用任何的参数值。几个简便的公式可将椭圆面的长半轴和短半轴长度转化为半径和圆锥系数，如果a是长半轴长度，b是短半轴长度，则有：§6偶次非球面旋转对称多项式非球面用关于球面（或用锥形描述的非球面）的偏移量的多项式来表示。偶次非球面模型只用径向坐标的偶次幂来描述非球面。模型使用基本的曲率半径和圆