Zemax光学设计实例（11）---折叠反射镜面和坐标断点

导论：

更好地理解坐标断点，为倾斜和偏心系统设立的符号约定，反射镜面的应用。

本教程中描述的大部分技巧都用“Add Fold Mirror”工具自动完成，并提供了坐标断点的手册条目的详细解释。

（此实例来自ZEMAX Manual）

设计流程：

本课将会告诉你如何在会聚光束中手动加入折叠反射镜面。

首先输入系统特性参数，如下：

在General系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”，并根据设计要求输入“20”；

在视场设定对话框中，设置1个0视场，如下图：

在波长设定对话框中，选择默认的0.550um一个波长，如下图：

然后，将STO面的类型改为近轴镜片（paraxial），，将STO面的厚度设为100，这是近轴镜片的缺省焦距。这时会产生一个F/5镜片，如下图：

查看3D Layout，如下图：

你将会看到左边出现一个平面，光线集中在右边的一个焦点上。任何光学系统都可用来产生会聚光束，为简单起见用一个近轴镜片表达。

现在我们加入单个反射镜面使会聚光束方向向上转折。反射镜面的初始位置的方向为45度。假设我们需要反射镜面离开近轴透镜30mm的距离，就要求有3个新的镜面：一个坐标断点使坐标系统转45度，一个反射镜面，还有另外一个使反射光旋转45度。关键的一点是：这三个面都要求使用一个单反射镜面来实现。

要加入三个表面，在像面行上任何一处单击，使光标重新定位，按Insert键3次，将第1面（STO面）的厚度改为30，在第3面的玻璃列输入MIRROR，再将第4面（IMA前一面）的厚度改为-70。注意70是负的，因为经过奇数面的镜面后厚度符号改变。如下图：

此时，先查看下3D Layout，如下图：

此时将看到从焦点发出的光，落在镜面上，再反弹回离近轴透镜左边40mm的焦点上。

要使反射镜面倾斜45度，可双击第2和4面的表面类型列，将这些面改为坐标断点（Coord Break），向右滚动屏幕直到出现参量列。在第2和4面上会有一系列的0。单击第4面的Parameter 3列，出现列头显示“Tilt About X”。在该格上双击，在下拉列表中选Pickup作为一种求解（Solve）类型，设From Surface为2，Scale Factor为1.0。这会使第二个坐标断点旋转始终与第一个保持同样的旋转角。单击OK。注意在表格的值旁有个“P”，表明是从求解（pickup solve）中得到的。

然后移到第2面，在“tilt about x”列里输入45。如下图：

更新3D Layout，如下图：

注意近轴镜片的厚度为30，位于第一个坐标断点的旋转顶点。坐标断点的厚度是0，表示反射镜面是在同一点上。但是，坐标断点已将坐标系统旋转了45度。镜面本身是不旋转的，只有它所在的坐标系统，才被旋转。镜面的厚度为0，因为我们在移到下一个面前，要旋转另一个45度。第二个坐标断点先旋转另一个45度，然后向焦点移动-70个单位。注意所有的倾斜和偏心处理应在厚度改变之前。

要实现另一个反射镜面，单击像面使光标落在那儿，按Insert 键3次。将第四面的厚度从-70改为-30，第6面的玻璃改为MIRROR，第7面的厚度改为+40（再次注意经过镜面后符号的改变），再将第5和7面的表面类型改为坐标断点，在第5面对X轴倾斜中输入—45度。在第7面的对X轴的倾斜（tilt about x）上双击，在此参量上安放一个pick up solve。求解（pick up）是从第5面得到的，比例因子为1。如下图：

再次更新3D Layout，如下图：

第二组的break-mirror-break系统将光束再转90度，因此它仍然与初始光轴平行。

由于我们已在每一组中加入了“pickup solves” ，就可很容易地通过改变2个数字将光束倾斜。试着在第2和5面的“tilt about x”中输入30，然后再看看3维图上的变化，此时，3D Layout如下图：