4. Zemax/OpticStudio 渐晕分析实战：设置渐晕因子与优化

好，咱们进入实战环节。前面讲了那么多理论，现在终于要动手了。这一章我会带着你，在 Zemax 里把渐晕分析真正跑起来。从设置渐晕因子，到读懂渐晕图，再到用操作数去优化——每一步我都会把当年踩过的坑指给你看。

4.1 设置渐晕因子（Vignetting Factors）

在 Zemax 里设置渐晕因子，说白了就是告诉软件：「我的系统边缘光线被挡了多少」。我个人习惯在系统初步优化后，再打开渐晕设置——太早设反而会限制优化自由度。

4.1.1 打开渐晕设置面板

路径很简单：System → System Explorer → Aperture → Vignetting Factors。你会看到四个参数：

嗯，这里要注意：VCX/VCY 控制的是渐晕的中心位置，而 VDX/VDY 控制的是衰减的陡峭程度。我在项目中遇到过有人把这两个搞混，结果渐晕图怎么看都不对。

4.1.2 自动计算渐晕因子

手动填参数太慢了。Zemax 提供了自动计算功能：

1. 在 System Explorer → Aperture 里，点击 Auto Vignetting 按钮。
2. 软件会基于当前光路，自动算出最优的渐晕因子。
3. 检查计算结果，必要时微调。

4.2 读取渐晕图（Vignetting Diagram）

渐晕图是判断系统渐晕情况最直观的工具。你想想看，一张图就能告诉你：哪个视场的光线被切了，切了多少。

4.2.1 打开渐晕图

路径：Analysis → Rays & Spots → Vignetting Diagram。你会看到类似这样的图：

4.2.2 读懂渐晕图的关键点

• 横轴：视场（Field），可以是角度、物高或归一化视场。
• 纵轴：渐晕系数（Vignetting Factor），范围 0~1。
• 曲线下降越陡：边缘视场的光线被切得越狠。
• 曲线在 1 附近平缓：系统渐晕控制得不错。

4.3 优化渐晕的操作数

光看不行，还得会优化。Zemax 提供了几个专门处理渐晕的操作数。我常用的有三个：RANG、RAID、TTHI。

4.3.1 RANG —— 光线角度操作数

RANG 用来控制光线在某个面上的入射角度。渐晕严重时，边缘光线的入射角往往很大，容易超出镀膜或材料的接受范围。

! 示例：控制像面边缘光线入射角不超过 30°
RANG  1  1  0  0  0  0  0  0
  目标值: 30
  权重: 1

参数说明：

• Surf：要控制的面序号
• Field：视场序号（0 表示所有视场）
• Wavelength：波长序号
• Hx, Hy, Px, Py：归一化光瞳坐标

4.3.2 RAID —— 光线入射角操作数

RAID 和 RANG 类似，但更精确——它计算的是光线与面法线的夹角。我在优化非球面镜时特别喜欢用这个。

! 示例：控制第 5 面边缘光线入射角
RAID  5  1  1  0  0  1  0  0
  目标值: 25
  权重: 0.5

4.3.3 TTHI —— 光线高度操作数

TTHI 控制的是光线在某个面上的高度。渐晕的本质就是边缘光线被机械结构挡住，所以控制光线高度能直接抑制渐晕。

! 示例：控制第 8 面边缘光线高度不超过 12mm
TTHI  8  1  1  0  0  1  0  0
  目标值: 12
  权重: 1

4.3.4 操作数组合策略

单一操作数往往不够。我一般会这样组合：

4.4 实战避坑指南

最后，我把这些年踩过的坑总结一下。你遇到了可以直接翻出来对照。

4.4.1 渐晕因子设了但没效果？

检查一下 Aperture Type 是不是设成了 Float by Stop Size。如果是，渐晕因子会被忽略。改成 Entrance Pupil Diameter 或 Image Space F/# 就好了。

4.4.2 渐晕图显示正常，但实际照度不均匀？

我之前说过，渐晕图只反映几何光线。实际照度还受 镀膜透过率、材料吸收、余弦四次方定律 影响。建议配合 Relative Illumination 分析一起看。

4.4.3 优化时系统发散怎么办？

操作数权重太大，或者目标值设得太激进。我建议：

• 先把权重降到 0.1，跑几步看看趋势
• 趋势对了，再逐步提高权重
• 目标值不要一次到位，分 3~5 步逼近