Introduction to lens design with ZEMAX 的第四章翻译
作者:Joseph M.Geary
<hr/>4.1 引言
通过ZEMAX软件的菜单操作Analysis->Calculation->Ray Trace，可以打开光线追迹功能，在其Ray Trace菜单的Settings选项进行相关设置，可以追迹某单根光线在光学表面的高度和入射角度。通过此功能可以得到两个数据表格：上面表格中给出的是真实光线(Real Ray)追迹结果；下面表格中给出的是近轴光线（Paraxial Ray）追迹结果。本章中，我们聚焦于近轴表格数据的计算方式，并解释近轴光线的概念。
本书中，多数设计都从一个薄透镜开始，这些薄透镜数据利用近轴光线追迹公式（ Paraxial Ray Trace Equations，PRTE）通过手工计算一阶参数得到。近轴光线计算相对容易，真实光线计算则比较复杂，所以一般用计算机计算真实光线数据。近轴光线追迹虽然是一种近似计算，但是计算结果却非常有用：通过近轴计算，可以得到焦距、后焦距、F数、放大率、主平面位置、光瞳位置以及像面位置等。更进一步，近轴光线计算得到的光学表面高度和角度可以用来计算得到赛德尔像差。
4.2近轴光线追迹公式
近轴光线追迹公式是两个线性公式，如下所示：
其中u = tan U、u&#39; = tan U&#39;，φ是光焦度。
第1个公式用来计算光线弯曲（4.5节将给出项详细推导），第2个公式用来计算光线在接下来的光学表面（或其它感兴趣的平面）的交点高度，以进行表面高度的转换。图4.1和图4.2给出两个公式的具体含义，包括公式中各个符号的含义。
以一个光焦度为0.05的薄光学元件为例，我们追迹轴上一点，此物点距离透镜为25单位，在光学元件上的入射高度为5单位，如图4.3所示。
首先使用4.2式得到在光学表面的入射角。
接下来使用4.1式计算整个光学元件产生的弯曲。本例中，由于为薄透镜且放置于空气中，故有n&#39; = n = 1。
