在光学设计中，发散角和像高是影响成像质量和视场的重要参数。Zemax作为一款强大的光学设计软件，能够帮助设计师精确控制这些参数，从而优化光学系统的性能。本文将详细介绍如何在Zemax中控制发散角和像高，帮助您更好地设计和调整光学系统。

一、Zemax如何控制发散角？

发散角（DivergenceAngle）是描述光束从光源或某个点扩散的角度。在光学系统中，发散角对光束的传播、焦点位置以及图像质量有直接影响。通过控制发散角，您可以控制光学系统的光束扩展和成像质量。在Zemax中，控制发散角主要通过以下几个方法：

1.调整光源的发散角

在Zemax中，您可以通过设置光源的发散角来控制光束的扩散程度。常见的光源类型包括点光源、平行光源和发散光源等。要控制发散角，您可以在“光源”设置中修改光源的参数，具体步骤如下：

-在Zemax中打开设计文件，选择光源参数。

-在光源设置界面中，找到“发散角”参数，调整其数值来控制光源的发散角度。

-如果您使用的是平行光源，则其发散角通常为0，光束保持平行。要实现发散光源，您可以增加发散角，模拟光束的扩散。

2.通过光学元件调整发散角

在光学系统中，光学元件（如透镜和反射镜）对光束的发散角有直接影响。例如，使用凸透镜可以使光束聚焦，而使用凹透镜则可以增加光束的发散角。通过合理选择光学元件，您可以控制发散角。

-在Zemax中，选择合适的光学元件（如凸透镜或凹透镜）并调整其焦距和位置。

-通过改变光学系统中透镜的曲率和位置，您可以在不同的焦距范围内实现所需的发散角。

3.利用优化功能控制发散角

ZMax提供了强大的优化功能，可以通过设定目标值来自动调整系统的参数。在优化过程中，您可以指定发散角作为优化目标，Zemax会自动调整其他参数，以满足发散角的要求。

-打开Zemax，进入“优化”模式，设置发散角作为优化目标。

-运行优化后，Zemax将自动调整光学元件的位置、曲率等参数，以满足设定的发散角值。

4.光束传播模拟与测试

在Zemax中，您可以通过光线追踪和仿真来测试光束的传播情况。通过这些测试，您可以观察光束的发散情况，并调整设计以获得理想的发散角。

-在Zemax中选择“光线追踪”或“光线传播模拟”功能，观察光束的传播情况，确保光束的发散角符合设计需求。

二、Zemax如何控制像高？

像高（ImageHeight）是成像面上光学系统的一个重要参数，它表示从光学轴到图像中点的垂直距离。像高直接影响视场范围和图像的质量，因此在设计中需要精确控制。在Zemax中，控制像高的方法主要有以下几种：

1.设置像高的目标值

像高通常与视场角（FieldofView,FOV）密切相关，您可以通过设置目标值来控制像高。在Zemax中，您可以通过修改视场角或镜头设计来控制像高。

-打开Zemax并加载光学设计文件。

-在设计参数中，设置“像高”或“视场角”作为目标参数。

-通过优化或手动调整光学元件的尺寸和位置，控制最终的像高。

2.调整物距与像距

物距（ObjectDistance）和像距（ImageDistance）是影响像高的关键参数。物距和像距的关系决定了成像的大小和位置。通过调整物距和像距，您可以改变像高。

-在Zemax中，通过改变光学系统中的物距和像距来调整成像的尺寸。

-例如，通过调整物体距离或透镜位置，您可以增大或减小像高，以满足设计需求。

3.控制光学系统的放大倍率

放大倍率（Magnification）是指成像物体的大小与物体本身大小的比值。通过调整放大倍率，您可以间接控制像高。放大倍率通常由光学系统中的透镜和焦距决定。

-在Zemax中，您可以通过选择适当的透镜组合，调整光学系统的放大倍率。

-调整焦距和光学元件的参数，以达到所需的像高。

4.使用Zemax优化功能控制像高

Zemax的优化功能可以自动调整系统的参数，以达到所需的像高。在优化设置中，您可以将像高设定为目标值，Zemax将自动调整光学元件的位置、焦距等参数，确保设计满足像高的要求。

-选择“优化”功能，设定像高为优化目标。

-运行优化后，Zemax将自动调整设计参数，确保像高符合要求。

5.使用像高与F/#的关系

像高与F/#（光圈数）之间有一定的关系。较小的F/#通常会导致较大的像高，因为它会扩展光束的覆盖范围。在Zemax中，您可以通过控制F/#来间接影响像高。

-通过调整光学系统的F/#，您可以改变成像面上的像高，从而影响图像的大小和分布。

三、发散角与像高的相互关系

在光学系统设计中，发散角和像高通常是相互关联的。较大的发散角可能会导致光束在成像面上的扩展，进而增大像高。因此，在设计过程中，控制发散角和像高往往是一个综合考虑的问题。以下是它们之间的关系：

1.发散角对像高的影响

发散角越大，光束扩展得越快，图像中的像高也可能随之增大。这在设计大视场的光学系统时尤为重要，例如望远镜或相机镜头。在这种情况下，您需要精确控制发散角，以确保像高适当，并且成像质量良好。

2.像高对发散角的影响

相反，像高的增大也可能影响发散角。在设计过程中，增大像高可能会使光束在成像面上产生较大的扩展，这需要相应地调整发散角，以确保图像的清晰度和正确的焦距。

结语

在Zemax中，控制发散角和像高是光学系统设计中的核心任务之一。通过合理的设计和优化手段，您可以精确控制这些参数，以确保光学系统的性能和成像质量。理解发散角和像高的相互关系，可以帮助设计师做出更好的决策，并提高系统的整体性能。