光学名词等

光圈(Iris)：位于摄像机镜头内部的、可以调节的光学机械性阑孔，可用来控制通过镜头的光线的多少。 可变光圈(Iris diaphragm)：镜头内部用来控制阑孔大小的机械装置。或指用来打开或关闭镜头阑孔，从而调节镜头的f-stop的装置。

隔离放大器(Isolation amplifier)：输入和输出电路经过特殊设计，可以避免两者互相影响的放大器。

抖动(现象)(Jitter)：由于机械干扰或电源电压、元器件特性等的变化所引起的信号不稳定，信号的不稳定可能是振幅上的或是相位上的，也可能两者兼有。

滞后(Lag)：电视拾像管中，去除励磁后，两帧或多帧图像的电荷映像的短暂停留。 激光(Laser)：Light amplification by stimulated emission of radiation 的缩写。激光器是一个光学谐振腔，两端装有平面镜或球面镜，中间装有光放大材料。它使用光学或电学的方法激发其中的材料，使材料的原子受激发产生一束亮光，亮光透过其一端的镜面发射出来。

输出的光束是高度单色(纯色)和非扩散性的。

前缘(Leading edge)：脉冲升高部分的主部，其位置一般位于总振幅的10－90%处。 镜头(Lens)：由一片或多片弧面（通常为球面）光学玻璃组成的透明光学部件。它可以用来聚集或分散被摄物发出的光，从而生成被摄物的实像或虚像。 菲涅耳透镜(fresnel Lens)：被切割成窄环状再打平的镜头。镜头上有一圈圈的窄同心圆或梯级，它们可以将（各个方向射来的）光线汇聚成图像。

镜头速度(Lens speed / f-number)：镜头的透光能力。F值是焦距（FL）与镜头直径的比值。比较快的镜头的值可能是f / 1.4，而f / 8的镜头其速度就相当低了。f值越大，镜头的速度越慢。

透镜系统(Lens system)：指两个或多个透镜的有机组合。

光(Light)：眼睛可以看到的电磁射线，波长在400nm(蓝色)到750 nm（红色）的范围内。

有限分辨率(Limiting resolution)：分辨率的度量方法，通常用每幅电视图像中测试图样上可分辨的电视线的条数来表示。 线路放大器(Line amplifier)：用于驱动传输线的音频或视频信号放大器。安装在主电缆的中间位置，用于减少损耗的放大器（通常为宽带型的）。

线性(Linearity)：输出信号随输入信号的变化而直接或按比例变化的现象。 线对(Line pairs)：定义电视清晰度所用的术语。一个电视线对一条黑线和一条白线组成。525线NTSC制的画面有485个线对。 负载(load)：承受设备所输出的能量的部件。 损耗(loss)：信号电平或强度的减少，通常用分贝表示。也指没有实际用途的功率耗散。 低频失真（Low-frequency disortion）：低频率下发生的失真现象。电视系统中一般指15.75kHz以下的频率。

低照度摄像机，低照度电视(Low light level/LLL camera and television)：可以在极其微弱的光照下工作的闭路电视摄像机。可以在低于正常视觉响应的光照情况下工作的闭路电视系统。 流明(Lumen / Im)：光通量的单位。相当于一烛光的均匀点辐射源穿过一个立体角（球面）的通量，也相当于一烛光的均匀点辐射源等距的所有点所在的表面上的光通量。

照度(Luminance)：从同一方向看，在给定方向上的任何表面的每单位投影面积上的光

照强度（光度）。单位为英尺朗伯。 亮度信号（Luminance signal）：NTSC彩色电视信号中涉及场景照度或亮度的那部分信号。

光通量(Luminous flux)： 光通过的时率。

勒克斯(Lux)：国际单位制中的照明单位，其中涉及到的长度单位为米。1勒克斯等于每平方米1流明。

磁聚焦(Magnetic focusing)：利用磁场作用来使电子束会聚的方法。

放大倍数(Magnification)：表示被摄物与图像之间的尺寸差异的数字。通常以焦距为1英寸镜头和靶面尺寸为1英寸的传感器为基准（放大倍数＝M＝1）。焦距为2英寸的镜头的放大倍数为M＝2。

微分增益(Differential gain)：当载有 3.58 -Mhz 彩色次载波的图像信号从消隐电平变成白色电平时，整个电路中彩色次载波振幅的变化。微分增益通常用dB或百分比来计量。 微分相位(Differential phase)：当载有3.58-Mhz 彩色次载波的图像信号从消隐电平变成白色电平时，整个电路中彩色次载波相位的变化。微分相位通常以度为单位来计量。 屈光度(Diopter)：描述镜头光学功率的术语。它的值是以米为单位的焦距值的倒数。例如，焦距为25cm(0.25cm)的透镜的光学功率为 4个屈光度。

电气失真(Distortion electrical)：某信号与原信号相比时，出现的不希望发生的波形变化。 光学失真(Distortion,optical):用来描述图像不是物体的准确复制的一般术语。失真有多种不同的类型。

点条状信号发生器( Dot bar generator)：产生特殊的点条信号的设备。一般用来测量电视摄像机和视频监视器的扫描线性和几何失真。

驱动脉冲( Drive pulses )：指同步脉冲和消隐脉冲。

动态范围( Dynamic range )：在电视系统中，指摄像机的实用照度范围。在这种情况下，被摄视场中同时存在强光区和阴影区，而所有细节均可看清。数量上一般以允许的最大照度水平与最小照度水平的电压差或功率差来衡量。

回波(Echo)： 信号传输过程中从一个或多个点反射回来的信号。与原信号相比，具有明显的幅度和时间上的差异。回波可以比原信号超前或拖后，造成反射波或\"重影\"现象。 EIA接口标准(EIA interface)：由电子工业协会的（EIA）规定的一系列标准信号特性，包括持续时间、波形、电压和电流等。

EIA同步信号(EIA sync signal)：在电子工业协会的RS－170（单色图像）标准，RS－170A（彩色图像）标准、RS－312、RS330、RS－420及续后文件中规定的，用于使扫描同步的信号。

电磁聚集(Electromagnetic focusing)：使用电子透镜系统中的一个或多少偏转线圈，通过电磁场的作用，将阴极射线束会聚成一点的过程。 静电聚焦（Electrostatic focusing）： 通过对电子透镜系统中的一个或多个元素施以静电势能，将阴极射线束聚焦成小点的方法。

图像平面(Image plane)：在成像点上，与光轴垂直的平面。

阻抗(Impedance)：电路或电子器件的输入/ 输出特性。为实现最佳信号传输效果，用来连接两个电路或器件的电缆的特征阻抗必须与电路或器件的特征阻抗相同。阻抗的单位为欧姆。视频分配系统使用的标准同轴电缆两种。

入射光线(Incident light)：直接照射到物体上的光线。 红外辐射(Infrared radiation)：波长大于750纳米(可见光谱红色的一端)、小于微波波长不可见光。

增强电荷耦合器件(Intensified CCD/ICCD)：通过光纤与电子管式或微通道板式图像增强器相连的CCD摄像机。

增强型硅靶(Intensified silicon intensified target/ISIT)：通过光纤与额外的增强器件相连接、以提高灵敏度的SIT管。两个增强器级连使用，可获得的灵敏度为标准摄像管度的2000倍。

增强型摄像机(Intensified vidicon/IV) ：通过光纤与增强器件相连、以提高灵敏度的直读型标准摄像管。

干扰(Interference)：倾向于扰乱期望获得的信号的外来杂散信号。

隔行扫描，2：1~( Interlace,2 to 1)：闭路电视系统中使用的一种扫描技术。其中，每帧图像由两场组成，两个场以2比1的速率精确地同步扫描，相连场中相邻扫描行间的时间或相位关系是固定的。 随机交错( Interlace,random) ：闭路电视系统中使用的一种扫描技术。其中，组成帧的两场并不同步，相连场邻行的时间或相位关系不固定。

隔行扫描(Interlaced scanning)：一种扫描过程，其中扫描之间的距离是标称行间距的两倍或多倍，相邻的行属于不同的场。这是一个减少图像闪烁的扫描过程，在NTSC系统中为2：1。

光圈值 / F值(f-number)：镜头的透光能力。F值是物镜焦距（EFL）与入射光瞳周长（D）的比值，即F＝EFL / D。F值与焦距成正比，与透镜周长成反比。F值越小，透镜的透光性能越好。

焦距(EFL)：透镜中心或其第二主平面到图像聚焦点处的距离。EFL的单位一般为毫米或英寸。

后焦距(back Focal length)：透镜后顶点到透镜焦平面间的距离。

焦平面(Focal plane)：与透镜或反射镜的主轴成直角且通过聚焦点的平面；该平面上生成的图像效果最好

Zemax-光学系统设计经验

（1）---优化函数的使用

本人从事光学设计，参加过zemax的高级培训，在这里分享我的初浅经验，欢迎指正。

使用Zemax设计光学系统，基本上就是根据设计要求，给出初始设计，然后优化系统。初始设计需要对光学有系统的学习，需要长期的经验，不同的领域有不同的要求，初始设计会大不相同，zemax不会给你太多的帮助。Zemax的精髓是能计算出光路图，然后使用operand(优化函数)优化各项光学参数。

1. default merit function，当属最有用的优化函数，配合EFFL（有效焦距）使用，基本可以设计大部分光学系统。可以使用RMS spot radius and rms wavefront error。另外设置好变量。Zemax会自动生成优化系数(weight). 函数行的量取决于波长数，场(field)数，也决定了计算的快慢。

2. 自己设计优化函数。第一步，需要知道你的优化目标：焦距，abberation，耦合效率。设置好constraints. 设计的constraints:

Lens size, cost; edge and center thickeness; minimum number of lens; simple design; cheap

举例来讲，耦合效率。 有两个最有用的函数：FICL, POPD. 前者快，后者慢，但后者对大多数系统要准确一些。读一下manual，你会知道你要设置什么参数。优化目标是1，weight 是1. 要知道在哪个surface上，还有在什么wavelength, field, 最重要的是什么优化数据，可以是耦合效率，也可以是beam size。如果都要考虑，可以设置新的POPD函数，设置好优化系数(weight). Zemax.com有例子，改一下merit function就可以了。

http://www.zemax.com/kb/articles/26/1/How-to-Model-Coupling-Between-Single-Mode-Fibers/Page1.html 有些有用的优化函数：

加减乘除：SUMM, DIFF, PROD,DIVI 镜头数据：MXCG, MNCG, CTGT, MNCT,

变量的设置也很有讲究，越多越靠近理想目标，但是降低速度和提高坏设计的几率.

几点经验：

1. 尽可能 use solve， instead of 变量 2. 尽可能 use default merit function 3. 理解constraints 4. 理解和使用symmetry 5. 去掉无用的变量.

6. 知道怎么去改变设计。 7. 经常使用：hammer 优化

8. 多参考以前的设计，尤其是专利和镜头数据库。

zemax的spot diagram的看图方式说明

光学设计程序zemax中有个很常用的评测光学系统质量的分析工具－spot diagram，中文翻译就是点图，借助它可以形象的对光学系统成像进行很好的描述。这里写下本人对spot diagram的体会和认识。

可以通过多种方式在zemax中显示点图，方式一：直接点击在屏幕菜单工具栏中的“Spt”按钮；方式二：选择菜单 Analysis-Spot Diagrams-Standard。

点图的原理是显示光学系统在IMA面上的成像。换句话说，它就是通过计算，把一系列物方的点通过光学系统以后，成像在IMA面上的情况给实际绘制出来。

为了表现方便，它可以选择一系列预定的模板形式，具体来说，比如一个在轴上的点，从无限远成像到IMA面上，zemax就模拟在无限远有若干个发光点，这些点平行射入入瞳，然后经过光学系统，最后成像在IMA面上。显然如果光学系统是完美的光学系统，那么这些点成像点为一个理想的点。

但对于实际的光学系统，就会成像为一个弥散斑。那么这个弥散斑在IMA面上的像，就是Spot Diagram。

同理，在非轴上点，也可以参照主光线的角度和位置，形成一系列的发光点，经过入瞳最后成像在IMA面上最后也形成一个弥散斑。

如何通过spot diagram看光学设计的质量，简单说，这个弥散斑越小越好。如果你发现弥散斑足够小，满足你对光学系统最小弥散斑的要求（spot diagram的单位是微米）那么你的光学系统就完全可以进行实际的加工了。换句话说，就是你的光学系统已经可以设计完成了。

如何才知道你的光学系统足够的好？这里有个参考，就是airy斑的参考。airy斑是物理光学的一个概念。它指出在形成的弥散斑直径在2.44*F*(主波长)以内的时候，该光学系统可以认为是理想（完美）光学系统。这样当你在spot diagram图中，在setting菜单中，设置显示airy斑。然后发现你的点图完全都在airy斑环之内，你就可以认为你的光学 系统设计已经完美。

但实际上，很少有光学系统，可以满足符合airy斑直径的要求。那么说明你的光学系统有像差。究竟是哪种像差在起主要作用？主要的像差有，球差，慧差，像散，场曲，畸变。

这些像差在spot diagram上的表现各不相同。但由于一个光学系统通常是各种像差的混合。因此需要你对spot diagram的形状进行判断。确认是主要是哪种像差，然后通过修改玻璃，或者曲率 以及光阑的位置等加以调整。

在spot diagram中还有几个参数可以参考，RMS RADIUS，均平方根半径是一个重要的半径参数，它是弥散斑各个点坐标，参考中心点，进行的坐标平方和后，除以点数量，然后开方的值，这个值的半径可以反映一个典型的弥散斑的大小，但它不是全部弥散斑的直径，全部弥散斑的直径是GEO RADIUS。

RMS RADIUS是重要的反映弥散质量的参数，它和在优化中，MF的值极大的吻合。(就是说MF的某个视场最后值就是RMS的半径)

zemax中的弧矢面(S)、切线面（T）、子午面(M)的定义和区别 英文单词解释：

弧矢面(S)：Sagittal surface 切线面(T)：Tangential surface 子午面(M)：meridian plane

ZEMAX 中规定YZ平面为子午面；切线面是物点和z轴决定的面；弧矢面与切线面垂直切过入瞳中心点。

一般轴对称情况下，物点在y轴上，这样的话子午面和切线面是同一个面。计算子午面数据时沿物空间y 向进行计算。弧矢面于 YZ 面垂直，二者在入瞳中心相交，计算弧矢面数据时在物空间沿 X 轴计算。

举例说明：

高斯物镜Layout 3D图

子午面和切线面

弧矢面

ZEMAX部分术语中英文对照

管理提醒： 本帖被 cyqdesign 从 新手上路 移动到本区(2007-03-23)

为了方便初级者顺利进入zemax学习，我将部分术语对照后进行翻译，如下： Zemax中英文对照上传Zemax的中英文对照 近轴光线 （Paraxial Rays）; 镜头数据(Lens Data);

插入或删除面数据 (Inserting and deleting surfaces); 输入面注释(Entering surface comments); 输入半径数据(Entering radii data); 输入厚度(Entering thickness data); 输入玻璃数据(Entering glass data);

输入半口径数据(Entering semi-diameter); 输入二次曲面数据(Entering conic data); 输入参数数据 (Entering parameter data); 确定光栏面(Defining the stop surface); 选择面型(Selecting surface types);

各面通光口径的确定(Specifying surface apertures);

用户自定义口径和挡光(User defined apertures and obscurations);

到达表面和从表面射出的光线的隐藏(Hiding rays to and from surfaces); 设置和撤销求解(Setting and removing solves); 光圈类型 （Aperture Type);

入瞳直径 （Entrance Pupil Diameter）; 像空间F/# （Image Space F/#）;

物空间数值孔径（Object Space Numerical Aperture）物空间边缘光线的数值孔径（nsinθm）;

通过光栏尺寸浮动（Float by Stop Size）; 近轴工作F/#（Paraxial Working F/#）; 物方锥形角 （Object Cone Angle）; 光圈值 （Aperture Value); 镜头单位 （Lens Units）; 玻璃库 （Glass Catalogs）; 光线定位 （Ray Aiming）;

使用光线定位贮藏器 （Use Ray Aiming Cache）;

加强型光线定位（慢）（Robust Ray Aiming （slow）;

光瞳漂移：X，Y，Z （Pupil Shift：X，Y，and Z）;

“视场光瞳偏移比例因子” （Scale pupil shift factors by field）; 变迹法 （Apodization Type）; 变迹因子 （Apodization Factor）; 光程差参数 （Referece OPD）; 近轴光线 （Paraxial Rays）;

快速非球面追迹 （Fast Asphere Trace）;

检查梯度折射率元件的口径 （Check GRIN Apertures）; 半口径余量% （Semi Diameter Margin in %）; 半口径的快速计算法(Fast Semi-Diameters);

全局坐标参考面 （Global Coordinate Reference Surface）; 视场 （Fields）;

偏振状态 （Polarization State）; 外形图(Layout);

二维外形图(2D Layout); 3D外形图(3D Layout); 立体模型(Solid Model); 光线像差(Ray Aberration); 光程(Optical Path);

光瞳像差(Pupil Abberation); 离焦(Through Focus); 全视场(Full Field); 矩阵(Matrix);

球差（W040），彗差（W131），像散（W222），匹兹凡场曲（W220P），畸变（W311），轴向色离焦项（W020），轴向色倾斜（W111），弧矢场曲（W220S），平均场曲（W220M），子午场曲（W220T）; 优化 (Optimization); 全局优化(Global Search);

锤形优化(Hammer Optimization);

消除所有的变量(Remove All Variable); 评价函数列表(Merit Function Listing); 公差(Tolerancing);

公差列表(Tolerance Listing); 公差汇总表(Tolerance Summary); 镀膜列表(Coating Listing);

变换半口径为环形口径(Convert Semi-Diameter to Circular Apertures); 镜头缩放(Scale Lens); 生成焦距(Make Focal); 快速调焦(Quick Focus) ;

添加折叠反射镜（Add Fold Mirror）; 幻像发生器(Ghost Focus generator); 系统复杂性测试(Performance Test); 表面数据（Surface Data）; 系统数据（System Data）;

规格数据（Prescription Data）; Boresight erro 视场差

如何使用zemax中的solve type（原创）

最近有朋友问我如何使用zemax中的solve type，我就在这儿说说solve type以及我的使用心得，仅供朋友们参考，有不对的地方还望朋友们不吝赐教。

solve type是zemax中用于设定光学系统结构（Curvature、Thinkness、Class、Semi-Diameter、Conic、Parameter）的操作参数，设定正确的solve type是优化光学系统结构的前提。

Curvature的solve type设定：

Fixed：（无参数）表示Curvature是固定的值，在优化时不能改变 Variable：（无参数）表示Curvature是可变化值，在优化时可以改变 Marginal ray angle：（角度）通过设定近轴边缘光线角度设定Curvature Chief ray angle：（角度）通过设定近轴主光线角度设定Curvature

Pick up：（面数，倍率）通过设定与相应面数Curvature的倍率关系设定Curvature Marginal ray normal：（无参数）通过设定面与近轴边缘光线垂直设定Curvature Chief ray normal：（无参数）通过设定面与近轴主光线垂直设定Curvature Aplanatic：（无参数）通过设定相对于近轴边缘光线的等光程面设定Curvature Element power：（公式参数）根据公式设定Curvature，具体公式参考zemax手册 Concentric with surface：（面数）通过设定曲率中心在相应面数上设定Curvature Concentric with radius：（面数）通过设定Curvature与相应面数Curvature同心设定C

urvature

F/#：（近轴F数）通过设定近轴边缘光线满足F/#条件设定Curvature

Thickness的solve type设定：

Fixed：（无参数）表示Thickness是固定的值，在优化时不能改变 Variable：（无参数）表示Thickness是可变化值，在优化时可以改变

Marginal ray height：（高度，瞳区）通过设定过瞳区的近轴边缘光线到下一面上的高度设定Thickness

Chief ray height：（高度）通过设定近轴主光线到下一面上的高度设定Thickness Pick up：（面数，倍率，偏移量）通过设定与相应面数Thinkness的倍率关系和偏移量设定Thickness

Optical path difference：（光程差，瞳区）通过设定瞳区内的近轴边缘光线与近轴主光线的光程差设定Thickness

Position：（面数，距离）通过设定到相应面数的距离设定Thickness

Compensator：（面数，距离）通过设定与相应面数的Thickness和设定Thickness Center of curvature：（面数）通过设定下一面位于相应面数曲率中心设定Thickness

Glass的solve type设定：

Fixed：（无参数）表示Glass是固定的值，在优化时不能改变

Model：（折射率，色散系数，中部色散）通过设定折射率，色散系数，中部色散设定Glass

Pick up：（面数）通过设定与相应面数Glass相同设定Glass

Substitute：（目录名）通过让zemax在设定的目录名中寻找适合的Glass Offset：（折射率偏移量，色散系数偏移量）通过设定折射率偏移量和色散系数偏移量设定Class

Semi-Diameter的solve type设定：

Automatic：（无参数）表示Semi-Diameter由系统自动确定，在优化时可以改变 Fixed：（无参数）表示Semi-Diameter是固定的值，在优化时不能改变

Pick up：（面数）通过设定与相应面数Semi-Diameter相同设定Semi-Diameter

Maximum：（无参数）表示由系统自动确定统一的Semi-Diameter（取最大的Semi-Diameter），在优化时可以改变

Conic的solve type设定：

Fixed：（无参数）表示Conic是固定的值，在优化时不能改变 Variable：（无参数）表示Conic是可变化值，在优化时可以改变

Pick up：（面数，倍率）通过设定与相应面数Conic的倍率关系设定Conic

Parameter的solve type设定：

Fixed：（无参数）表示Parameter是固定的值，在优化时不能改变 Variable：（无参数）表示Parameter是可变化值，在优化时可以改变

Pick up：（面数，倍率，偏移量）通过设定与相应面数Parameter的倍率关系和偏移量设定Parameter