ZEMAX中如何优化离轴系统的偏离角度？ - 离轴系统初始结构

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为了详细说明离轴角度的任意控制，笔者将带大家一步一步完成详细的设计过程。

我们以简单的光楔系统优化为例，设计要求及目标要求大致如下图所示：

根据上图光路图及目标说明，我想大家对我们即将要设计的东西有清晰的了解。

同样，设计一个光学系统，最开始在我们头脑里应该有一幅完整的光路图，这是基本思路。

在这里我们给出上图的一些基本参数：

EPD = 8mm

光楔大小(作为矩形体尺寸)：  8×14×3mm

光楔材料：  ZF2

打开ZEMAX软件，点击New按扭确保打开的是一个新的空项目。

点击系统通用设置Gen按扭，打开系统孔径类型设置对话框，输入入瞳直径8mm:

由于视场和波长我们没要求，在这里使用默认值即可。

在LDE（透镜数据编辑栏）上按三下Insert键，插入三个空的standard面，输入初始参数如下：

点击L3d按扭，此时光路图如下：（一定要是L3D）

中间的元件是我们将要创建的光楔的原型，它的前表面是倾斜面(也可称为离轴面)，在ZEMAX中有多种方法实现表面的倾斜。

在这里我们不使用坐标断点，选择常用的倾斜面型。在表面2上点击右键或双击左键，打开表面属性对话框，将表面类型选择为Tilted:

Tilted为ZEMAX内建的倾斜面，它有两个附加参数：X Tangent和Y Tangent用来直接设定表面的倾斜程度。

我们要求表面倾斜16.7度，那么Y Tangent = tan(16.7)=0.3，将0.3输入到Y Tangent中：

打开Analysis>>Layout>>Shaded Model查看目前的3D视图：

在表面2类型上点右键打开表面属性对话框，找到Aperture孔径标签，设置矩形孔径大小如下：

不要关闭对话框，在右下侧点击Next Surface，在Aperture标签中使用孔径跟随解，跟随表面2的孔径形状，点击确定：

此时更新Shaded Model图，光楔就完成了：

要优化指定角度，我们需知道目前是多少角度，然后应该如何改变它。

在L3d图中将光线设置为1条：

观察会发现，光线经过光楔偏离了多少度，就表明像面应该旋转多少度来保证垂直接收。

使用RAID操作可以直接查看目前光线入射到像面的角度大小，这个操作数表示光线在某个表面上的入射角度。

按下F6快捷键打开评价函数编辑器，输入RAID，输入表面号为5,查看最后的Value值为11.511度：

我们的目标就是想通过旋转光楔使光线从光楔出来后的偏转角度20度。这里有多种方法来实现这个角度优化。

但首先，我们需要创建出光楔旋转模型。使用软件的快捷旋转元件工具：

将新的表面2（目前为坐标断点面）上的参数Tilt About X设置为变量（Ctrl+z）:

同时，在评价函数中将RAID操作数的目标设置为20，权重为1，点击Opt优化按扭。

这时我们可以看到，优化是瞬间完成，光楔绕X轴旋转-313.389度，由于角度的周期性，它相当于41.64度。

我们在优化时没有对角度正负控制，所以给出的优化结果也是任意的:

为了充分开发ZEMAX软件的优化功能，使大家对离轴优化有更广泛的认识，我们这里再来看下其它的方法。

按下F3撤销刚刚的优化结果。我们使用方向余弦REAC操作数，它表示指定光线与z轴的余弦。cos20=0.93969:

优化后，同样能得到我们想要的结果，只不过这次角度为766.611891度

（提示：为了使优化后角度合理，可以给一个正的初始值比如15度，再优化就始终为最小角度值了）。

那么我们这里还有第三种方法，就是直接指定像面旋转角度为20度即可。

光线偏离光轴的角度其实就是像面垂直接收时所需旋转的角度。我们可以轻松得使用主光线跟随解来确保像面始终垂直于主光线！

再次按下F3撤销上次的优化，将像面前的Standard面修改为Coordinate Break面,在它的Dencenter Y和Tilt About X两个参数上分别设置为Chief Ray求解类型:

偏离角度为11.511度。

我们只需将这个角度提取到评价函数中，将目标设置为20即可优化。打开评价函数，输入PMVA操作数，如下图所示:

备注：如何知道设置那个参数呢？zemax中使用的表结构，所以可以通过点击其他空白列，看需要设置的参数对应的那个列头名称，如下图所示是Par3 ：

PMVA操作数用于提供LDE编辑器中任意面上的参数的值，是一个非常有用的操作数。

优化后同样得到我们想要的结果：

最后光路图由于光楔尺寸较小，旋转后有部分光路损失，可使用Delete Vignetted将无用的光线删除 ：

6Kfire

好东西，感谢狗哥分享。

地面行走者

讲的通俗易懂，学习到了tilt这个面型