关于zemax有效焦距和实际焦距问题

第六空间

我近期在复现计算由zemax软件得到的离轴反射系统有效焦距，发现了一个问题。zemax中离轴系统的有效焦距是通过近轴光线追迹系统边缘光线，求得最后一面反射镜边缘光线与光轴的夹角，再通过公式计算出像空间F/#，将像空间F/#与入瞳直径相乘得到的。我计算得到的有效焦距和zemax软件给出的值是一样的。但现在就有一个问题。在追迹近轴光线时，是忽略坐标间断点的，也是将zemax里的坐标间断删除后，系统的有效焦距是不变的。因此系统的有效焦距只和系统入瞳直径和zemax镜头数据中的曲率半径、厚度参数有关。但是在离轴反射系统中，曲率半径、厚度固定、倾斜角度固定，并不能确定唯一的离轴反射系统。换句话说，通过设置不同的厚度与偏心Y，是可以得到两个一模一样的离轴反射系统的。但是厚度不同，系统的有效焦距也就不同了。可是从现实的角度看，同样的离轴反射系统，其焦距也应该是一样的，不可能随着zemax里的厚度参数变化而变化。因此我想问问大家，zemax给出的有效焦距到底有什么用？系统有实际的焦距吗？如何计算？问题比较多，麻烦大家了。
EFFL=入瞳直径*像空间F/#

Ds12345679

你说：离轴反射系统中，曲率半径、厚度固定、倾斜角度固定，并不能确定唯一的离轴反射系统。我觉应当可以是唯一的，我把厚度一词当间隔讲，当间隔改变，焦距就会改变，改变后的系统不是以前的系统了。因为像面不可能是几何平面，同时存在色差，所以焦距不唯一。两反系统只在焦点处像差为零，但是焦距值需要有像高，可是离开轴上焦点1毫米就可以看到轴外像差的影响。折射式轴外影响的好于它，大约0.3视场范围的像差都可以。折射式的存在场曲和畸变，为了精确测量焦距值需要恒温20度、用0.5876单色光、波罗版（较小的像高），然后高精度全站仪精密测角，然后计算。

第六空间

Ds12345679 发表于 2022-3-7 20:43
你说：离轴反射系统中，曲率半径、厚度固定、倾斜角度固定，并不能确定唯一的离轴反射系统。我觉应当可以是 ...

你好，我问题里说的厚度，不是指两个反射镜中心点间距离，而单单是指在zemax镜头数据里的厚度参数。在离轴反射系统中，曲率半径、反射镜中心点间距离（非厚度）、倾斜角度固定时，是可以确定唯一的离轴三反系统的。但是在倾斜焦距固定时，反射镜中心点间距离是由zemax镜头数据里的厚度参数和偏心Y决定的。而偏心Y的求解类型是多种多样的。举一个离轴两反的例子，我之前是将主镜前后的两坐标间断的偏心Y求解类型设为固定，值为零；二镜的前一坐标间断偏心Y求解类型设为主光线，后一坐标间断Y求解类型设为拾取，缩放因子取-1（也就是与二镜前一坐标间断的偏心Y的值相反），通过优化后得到一组厚度参数，通过评价函数编辑器我可以编程求出此时系统的主次镜中心点间的距离。但是我发现通过这样设置偏心Y后，想要通过主次镜中心点间的距离反推厚度参数的值，过程会比较麻烦，因此后来我将所有反射镜的前后偏心Y求解类型都设置成了主光线，这样的话反推厚度参数的值会比较容易。为了保证修改偏心Y求解类型后，系统保持不变，我用系统修改前得到的主次镜中心点间的距离，去反推修改偏心Y求解类型后的系统厚度参数。此时前后两个系统的空间镜间距是不变的，也就是说两个系统是一模一样的。（在反推时有小数位的取舍，导致修改厚度后，镜间距有时会有比较细微的变化，比如变了零点零零几毫米，但理论上是一样的）后来我在计算系统zemax系统有效焦距时发现有效焦距需要求出系统的像空间F/#，物距无穷远时，像空间F/#和近轴工作F/#数值是一样的，而近轴工作F/#是通过近轴光线追迹计算的，只和zemax镜头数据里的厚度参数有关，与实际的空间镜间距无关。这就导致，我前后的两个几乎一模一样的离轴系统，因为厚度参数不一样，有效焦距也变得不一样（差了几毫米）。所以我就想知道，一个实际系统的有效焦距如果都不是唯一的，那这个有效焦距有什么意义？

第六空间

我发现修改偏心Y求解类型前后的两个光学系统的工作F/#的值是一样的，而工作F/#是根据实际光线追迹求得的，那光学系统的实际焦距是不是用入瞳直径与工作F/#的乘积，这样就说的通了。

duanyufei

第六空间 发表于 2022-3-8 14:45
我发现修改偏心Y求解类型前后的两个光学系统的工作F/#的值是一样的，而工作F/#是根据实际光线追迹求得的， ...

我想问一下，对于一个系统来说，有效焦距过大怎么办？
都达到了50000

咕咚国王1228

第六空间 发表于 2022-3-8 14:45
我发现修改偏心Y求解类型前后的两个光学系统的工作F/#的值是一样的，而工作F/#是根据实际光线追迹求得的， ...

其实并没有实际焦距这一个说法，因为不同口径的焦距不一样（像差如）。如果你想知道某一口径的焦距，可以观察光线追迹数据，选择正切角显示，如下图
这里设置的入瞳直径是30mm，物距无限远，EFL为100

有效焦距：EFFL=15/0.1500000145=100
1口径处实际焦距：15.053316272/0.1525365711=98.68660455
实际光线在第一面上的半高度不为15是因为光阑在系统中心且开启了光线瞄准导致的

我认为是先通过光线追迹得到的有效焦距，然后再由有效焦距得到的像方空间F数