利用Zemax软件设计菲涅尔透镜

介绍了在Zemax软件中运用多重组态进行大齿距等厚菲涅尔透镜设计的方法，并结合实例进行了设计研究，提出了用Zemax软件设计大齿距等厚菲涅耳透镜的一种方案.通过对设计结果进行模拟，证明了其可行性。

菲涅尔透镜是由一系列同心棱形槽构成的光学系统，每个环带都相当于一个独立的折射面，这些棱形环带均能使入射光线会聚到一个共同的焦点。因此，消球差是菲涅尔透镜固有的特点。菲涅尔透镜有时亦称环带透镜、波纹(或锯齿)透镜和螺纹透镜，它的特点是薄、轻(通常用塑料制成)及孔径大，并且可利用复制技术精确地大批生产。现代菲涅尔透镜不仅可以作聚光器、照明器和放大镜用，而且在其他成像系统中也得到了广泛应用。

传统的菲涅尔透镜的设计是通过计算确定其技术参数，如槽根半径、槽峰半径及槽宽等，这样做比较精确，但过于烦琐。采用计算机软件来完成则可避免大量的光学计算，但对于目前使用最广泛的光学设计软件Zemax而言，一般的具有细小齿距(螺距小、深度浅)的菲涅尔透镜可用其序列模式下的菲涅尔面(Fresnel)来直接进行设计和模拟，并可直接对其进行优化，得到一个较好的设计结果。但对于大齿距的菲涅尔透镜，即齿距相对于透镜的孔径来说较大的时候，这种面就不能够很好地建模。

Zemax非序列模式可以对这种较大的菲涅尔透镜进行模拟，但其缺点是无法对其进行优化，因而不能直接设计。所以，针对这个问题，本文结合设计实例得出了利用Zemax 软件中多重组态的功能来完成大齿距等厚菲涅尔透镜设计的方案。

『 设计原理 』

菲涅尔透镜是一个大孔径、适用于小视场的光学系统，它与非球面透镜的作用相同，但其形状与非球面透镜不同。非球面透镜表面是连续的，而菲涅尔透镜是由若干个以光轴为中心的圆环组成。在Zemax软件中，序列模式下的Fresnel面就是利用这个原理模拟的，它与非球面透镜具有相同的曲面方程。

图1.菲涅尔透镜设计原理