利用Zemax軟件設(shè)計菲涅爾透鏡

介紹了在Zemax軟件中運(yùn)用多重組態(tài)進(jìn)行大齒距等厚菲涅爾透鏡設(shè)計的方法，并結(jié)合實例進(jìn)行了設(shè)計研究，提出了用Zemax軟件設(shè)計大齒距等厚菲涅耳透鏡的一種方案.通過對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行模擬，證明了其可行性。

菲涅爾透鏡是由一系列同心棱形槽構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)，每個環(huán)帶都相當(dāng)于一個獨(dú)立的折射面，這些棱形環(huán)帶均能使入射光線會聚到一個共同的焦點(diǎn)。因此，消球差是菲涅爾透鏡固有的特點(diǎn)。菲涅爾透鏡有時亦稱環(huán)帶透鏡、波紋(或鋸齒)透鏡和螺紋透鏡，它的特點(diǎn)是薄、輕(通常用塑料制成)及孔徑大，并且可利用復(fù)制技術(shù)精確地大批生產(chǎn)。現(xiàn)代菲涅爾透鏡不僅可以作聚光器、照明器和放大鏡用，而且在其他成像系統(tǒng)中也得到了廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)的菲涅爾透鏡的設(shè)計是通過計算確定其技術(shù)參數(shù)，如槽根半徑、槽峰半徑及槽寬等，這樣做比較精確，但過于煩瑣。采用計算機(jī)軟件來完成則可避免大量的光學(xué)計算，但對于目前使用最廣泛的光學(xué)設(shè)計軟件Zemax而言，一般的具有細(xì)小齒距(螺距小、深度淺)的菲涅爾透鏡可用其序列模式下的菲涅爾面(Fresnel)來直接進(jìn)行設(shè)計和模擬，并可直接對其進(jìn)行優(yōu)化，得到一個較好的設(shè)計結(jié)果。但對于大齒距的菲涅爾透鏡，即齒距相對于透鏡的孔徑來說較大的時候，這種面就不能夠很好地建模。

Zemax非序列模式可以對這種較大的菲涅爾透鏡進(jìn)行模擬，但其缺點(diǎn)是無法對其進(jìn)行優(yōu)化，因而不能直接設(shè)計。所以，針對這個問題，本文結(jié)合設(shè)計實例得出了利用Zemax 軟件中多重組態(tài)的功能來完成大齒距等厚菲涅爾透鏡設(shè)計的方案。

『 設(shè)計原理 』

菲涅爾透鏡是一個大孔徑、適用于小視場的光學(xué)系統(tǒng)，它與非球面透鏡的作用相同，但其形狀與非球面透鏡不同。非球面透鏡表面是連續(xù)的，而菲涅爾透鏡是由若干個以光軸為中心的圓環(huán)組成。在Zemax軟件中，序列模式下的Fresnel面就是利用這個原理模擬的，它與非球面透鏡具有相同的曲面方程。

圖1.菲涅爾透鏡設(shè)計原理