引言

在“序列光线追迹”透镜设计中,光线总是从“物面”即表面0开始,然后追迹到表面1,再到表面2,表面3等等。因此表面使用相对位置就显得意义重大。回到双高斯实例文件,找到透镜数据编辑器,然后点击表面1。注意当您在编辑器中点击它时,这个表面在光路图上会显示为红色。 

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ZEMAX使用右手坐标系统,光线在光路图中从左边向右传播,这个方向为+Z轴,+Y轴为从窗口底部到顶部,+X轴垂直屏幕向里。

同时,在光路图窗口上移动您的鼠标来观察,鼠标指针的坐标在窗口的标题栏中显示: 

如果您在整个布局窗口中移动鼠标的话,您将看到Z坐标改变了,同时您在窗口中上下移动鼠标,Y值也会跟着改变。

透镜数据编辑器显示了表面1的一下数据:

曲率半径:    54.153

厚度:        8.747

玻璃:        SK2

半径:        29.225

圆锥面:      0

记得,在这个文件中,“透镜单位”中没有明确给出单位的长度就是mm(查看System…General和“单位”选项)。

表面1的曲率半径是54.153mm。这是一个正数,因为曲率中心位于表面中心的右侧,也就是Z轴的正方向。相比之下,表面7的曲率半径为-25.685mm,之所以是个负值,就是因为曲率中心位于当前表面的左侧(Z轴的负方向)。

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表面1的厚度为8.747mm,表面1和表面2之间的中心距离是8.747mm。也就是说,这里的“厚度”是两个表面沿着Z轴的中心距离。如果您想要通过表面1和表面2形成透镜的话,您需要定量地描述透镜的中心厚度。

表面1的玻璃类型设为SK2,指的是在表面1和表面2之间的空间填充着一种名为SK2的玻璃。在编辑器中点击SK2,然后点击Tools…Catalogs…Glass Catalogs,或者点击工具栏中的“Gla”按钮。快捷键为F4,我经常这样使用。 

 

上图显示了SK2处于肖特Schott玻璃库中,它给出了ZEMAX想知道的这个玻璃的所有数据。

注:这个对话框的完整讨论在这本小册的范围之外的,详情请查看用户手册第21章,“玻璃库的使用”。 

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 接下来,我们看到表面2的玻璃栏内没有任何输入,是空白的。这意味着表面2在标准温度和压强下由“空气”组成。温度和压强都能改变,都是在General上修改。它有重要但微小的影响。第一,玻璃的折射率取决于温度和波长;相对于空气测量的折射率是同样随压强改变。第二,由于温度变化玻璃会膨胀或收缩,它能改变透镜的半径、厚度或其他大小。第三,由于透镜边缘材料的膨胀或收缩,透镜间的距离也会发生改变。

ZEMAX的热分析功能考虑到了所有这些影响。ZEMAX可分析及优化一个指定温度或温度范围的设计,这是本手册之外的内容。 

光科ZEMAX知识库中的相关技术文章已经详细描述了温度分析的过程:

ZEMAX中如何进行热分析?

http://www.optotek.com.cn/knowledge-item-111-ZEMAX-Thermal-Analysis.html

ZEMAX中热分析时元件及空气厚度是如何变化的?

http://www.optotek.com.cn/knowledge-item-113-ZEMAX- thickness-change.html

这里我们假设整个透镜处于20℃、1ATM的环境下,这也是系统默认的: 

 

注:详情请查看用户手册第22章“热分析”,ZEMAX综合的温度和压强模拟功能。

 “半直径 Semi-Diameter”栏目展示了表面的径向高度(称为半直径是为了避免和曲率半径混淆)。它能以两种方式计算:ZEMAX自动计算(默认),或用户直接输入计算。 

 

双击任何的半直径数据,可以看到自动计算设定半直径Automatic,这种设置确保了边缘光线总是能通过透镜。这意味着透镜刚好足够大,能穿过从视场过来的整个光线孔径。通常透镜都会做的比这个大一点,以便有一些未使用的玻璃作为边缘来支撑透镜而不用阻塞光束。您能通过在System…General…Misc.上的半直径余量设置上增加半直径衬大小。

 

 

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