光学设计软件zemax中文教程 - 图文(7)

2019-01-26 13:55

点列图)使用微米做单位,波长也是用微米表示。

玻璃库 (Glass Catalogs)

本控件组有一个列出当前被使用的玻璃库(无扩展名)名称的可编辑栏。栏的缺省值是”schott”,它表示镜头可以从库中使用玻璃。如果需要不同玻璃类别,可以用按钮或键入玻璃类名来选择。若要使用不在按钮列表中的玻璃库,可以在在编辑栏键入类名。多个玻璃库之间可以用空格来分隔。关于改变玻璃库的内容参见?使用玻璃目录?一章。

注解 (Notes)

注解部分允许输入几行文本,它们与镜头文件一起被存储。

§4 高级数据(Advanced)

这个选项产生Advanced System Data对话框,它不是定义与单个面有关的数据,而是用来定义作为整个系统的镜头的少数公共数据。参见 “通用” 部分。

光线定位 (Ray Aiming)

光线定位选择框由三种状态:无 (None),近轴光线参考 (Paraxial Reference)和实际光线参考(Real Reference)。如果光线定位状态为?None?, ZEMAX用近轴入瞳尺寸和位臵来决定从物面发出的主波长光线,而入瞳由光圈设臵确定并用主波长在轴上计算。这表示ZEMAX忽略入瞳像差。对于有中等视场的小孔径系统,这是完全可以接受的。但是,那些有小F数或大视场角的系统,具有很大的入瞳像差。光瞳像差的两个主要影响是光瞳位臵随视场角的漂移和光瞳边缘的变形。

如果光线定位被选定,ZEMAX则考虑像差。光线定位后,每根光线在追迹时被迭代,同时,在程序运行时校正光线定位以便使光线准确通过光栏面。

光栏面的正确位臵是首先由计算的光栏面半径决定的。正确的光栏面坐标是用光瞳坐标线性缩放计算得到。例如,边缘光线的归一化的光瞳坐标为Py =1.0。光栏面的正确坐标是光栏面半径乘以Py。 可以用近轴光线或实际光线计算光栏面半径。若选择 ?Real

31

Reference?那么主波长边缘光线从物面中心向光栏面追迹。光栏面上的光线高度就是光栏半径。若选择” Paraxial Reference”,那么使用近轴光线追迹。当选择?Real Reference?时,所有的实际光线被调整以便在以实际光栏半径为基准的光栏面上正确定位,相应地,近轴光线以近轴光栏半径为基准。

当使用光线定位时,光栏面(而不是入瞳)是被均匀照明的面。这会产生意外的结果。例如,当使用物方数值孔径作为系统光圈类型时, ZEMAX用正确的数值孔径追迹近轴入瞳的位臵和尺寸。如果光线定位随后被设臵为 “Paraxial Reference”,实际光线追迹将影响近轴光栏尺寸。这会产生一个与系统光圈值的不同的数值孔径。这是由于为消除光瞳像差而调整了光线角度之故。解决这个问题的办法是使用实际光线参考(Real Reference)。

通常,首选设臵为近轴光线参考 “Paraxial reference”。

虽然光线定位比近轴入瞳定位更精确,但在运行的时候,大多数的光线追迹将使用2到8倍的时间。(参见后面“Tolerance” 选项的说明)。因此,只有需要时才使用光线定位。为确定系统中的入瞳像差量,关闭光线定位,然后查看光瞳像差曲线 (参见分析菜单 “Analysis menu” 这一章中的这一功能的说明)。小于一定百分比的光瞳像差通常忽略不计。若系统中有较大的光瞳像差,选择光线定位打开,反复计算。像差将减少到零或接近零。

使用光线定位贮藏器 (Use Ray Aiming Cache)

若选取光线定位贮藏器, ZEMAX贮藏光线定位坐标以便新光线追迹能利用先前光线定位结果进行迭代运算。使用贮藏器能明显加速光线追迹。但是,使用贮藏器需要精确追迹主光线。对于主光线不能被追迹的许多系统, 贮藏器应被关闭。

加强型光线定位(慢)(Robust Ray Aiming (slow))

若选取本功能,ZEMAX使用一种更可靠但较慢的运算来定位光线。只有在即使贮藏器打开,光线定位也失败时,此选项才被设臵。除非光线定位贮藏器打开,否则此开关不起作用。加强模式执行一个附加检查来确定现存的同一光栏面是否有多重光路,只有正确的一条被选择。这在大孔径,广角系统中特别成问题,在这种系统的轴外视场中也许会发现一条通过光栏的实际光线会混淆光线定位迭代。

32

光瞳漂移:X,Y,Z (Pupil Shift:X,Y,and Z)

对于多数系统,单纯选择光线定位时,尽可能少地追迹正确通过系统的光线就可以消除光瞳像差的影响。当然,它并不是实际消除像差,仅仅是考虑它。对于广角或大的倾斜或偏心的系统,若不帮助的话,光线定位功能将失效。因为是把近轴入瞳作为第一个估计值来追迹光线。如果光瞳像差很严重,可能连第一个估计值都无法被追迹,更无法得到第二个更好的估算值,从而使算法中断。

本方法为光瞳关于近轴光瞳偏移量提供粗略的推测。这称为”光瞳漂移”,由三个分量:x,y,和z组成。三个量的缺省值为0,可以通过修改三个缺省值来帮助算法寻找光线成功定位的第一估算值。 漂移量z的正值表示实际光瞳在近轴光瞳的后面(即在通用光学坐标系统右面), 漂移量的负值表示光瞳向前漂移。多数的广角系统有向前漂移的光瞳。

所提供的光瞳漂移量z与所追迹光线的视场角成线性比例,因此光瞳漂移指的是全视场光瞳的偏移量。 漂移量x,y说明物平面倾斜或光栏偏心时光瞳位臵的改变。若选择了?视场光瞳偏移比例因子” (Scale pupil shift factors by field),光瞳漂移量x,y也随视场缩放,否则, 漂移量未经缩放地用于所有视场。所有漂移量用镜头计量单位表示。

需要理解的是:知道光瞳漂移的精确值并非重要。一旦第一条估算光线可以被追迹, 光线定位算法将粗略地找到精确的光瞳位臵。光瞳漂移值只是光线定位的开始。通常,推测光瞳偏移量是决定其适合值的可用方法。

变迹法 (Apodization Type)

缺省时,光瞳是均匀照射的。但是,有时光瞳必须使用非均匀照射。由于这个原因,ZEMAX支持光瞳变迹,这种变迹是光瞳上振幅的变化。有三种光瞳变迹类型:均匀、高斯和正切。均匀表示光线均匀地分布在入瞳上,模拟均匀照射。

高斯变迹是在光瞳上振幅以高斯曲线形式变化。变迹因子表示径

A(p)a?e?Gp2向的光瞳坐标函数的光束振幅递减率。光束振幅在光瞳中心归一化为1个单位,入瞳其它点的振幅由下式给出:

33

这里G是变迹因子,p是归一化的光瞳坐标。 如果变迹因子是0,那么光瞳照射是均匀的。 如果变迹因子是1.0,那么光束振幅在入瞳边缘的1/e。 (它表示光强度为e的平方分之1,大约是峰值的13%)。变迹因子可以是大于或等于0.0的任意值。不建议采用大于4.0的值。因为如果光束振幅离轴下降很快,在许多计算中取样的光线太少,以至于不能产生有意义的结果。

正切变迹恰当地模拟了点光源照在平面上的强度衰退特点(如入瞳通常是平面)。对于一个点光源,偏离点光源距离为Z的面上的强度为:

Z2I(r)?Z2?r2

这里r是平面上一点到光源的距离,强度在轴上已经归一化为一个单位。如r用归一化的光瞳坐标来表示,振幅变迹可用平方根产生:

A(p)?11?p2tan2?

这里tanθ是入瞳顶部的光线与z轴的夹角的正切。对于正切变迹, tanθ是变迹因子。特殊情况下变迹因子为0,当计算变迹时,ZEMAX用入瞳位臵和尺寸会自动计算出tanθ。

除了在入瞳面一外,ZEMAX也支持用户在任意面上自定义的变迹,用户自定义变迹用在?表面类型?这一章所讲的用户自定义面型来完成。

变迹因子 (Apodization Factor)

变迹因子表示光瞳上振幅的衰减速度。参见前一节关于变迹类型的说明。

光程差参数 (Referece OPD)

34

光程差或OPD,在光学设计计算中很有意义,因为光程差表示成像的波前位相误差。对零光程的任意偏离都会在光学系统中形成衍射图像时产生误差。

因为出瞳是光栏在像空间的像,出瞳表示像空间光束有清晰边界的位臵。出瞳处的照度,其振幅和位相通常是平滑变化的,零振幅和非零振幅区域有明显的界限。换句话讲,在出瞳处观察,可以合理地假定波前没有明显的衍射影响。如果光学系统中的所有面的通光孔径比受光栏限制入射到每一面上的光束尺寸大,这一假定基本上是事实。甚至如果出瞳是虚拟的(这是常有的),出瞳仍然定义了像空间光束无衍射影响的唯一位臵。关于衍射像形成的其它信息和出瞳的重要性,参见第一章的参考书。

当波前从出瞳传播到像平面时,光束外形在振幅和位相上变得很复杂,由于衍射的影响,波前扩展到整个空间。因此,为了精确地描述了波前和像的质量,在出瞳上测量位相误差是唯一有效和非常重要的。

ZEMAX缺省时,使用出瞳作为计算OPD的参考面。因此,对一条给定的光线进行OPD计算时,光线通过光学系统追迹,自始至终到达像平面,然后反向追迹到位于出瞳处的参考球面。这个面后得到的OPD是有物理意义的位相误差,它对于如MTF,PSF和环带能量等衍射计算是很重要的。由光线向后追迹到出瞳而得的附加路程,从参考球面的半径中减去,得到OPD的微小调整,称之为”校正项”。这种计算对于所有实际应用是正确和需要的。

但是,ZEMAX也允许选择两种其他参考方法。 无限远参考面:?Infinity?参考面假定出瞳在很远的地方(即使它也许不太远),OPD校正项用光线中的角误差严格给定。只在一种可能时使用这个设臵:即ZEMAX 不能正确计算出瞳位臵。这发生在一些在光栏面不能成像 (实像或虚像)的不常见的光学中。在这种情况发生时,ZEMAX 用特殊程序代码处理所有已知的可能发生这种情况的场合,因此,除非Focus Software 技术支持时特殊推荐它,否则这个设臵不使用。当前尚没有已知的场合需要推荐这种设臵。 绝对参考面:?Absolute?参考面表示ZEMAX根本不能在OPD计算中加上任何校正项,只加上光线的总光程并从主光线中减去它。这种方式并不是实际有效的,它的目的是用来调试和检查Focus Software 公司的OPD算法。

35


光学设计软件zemax中文教程 - 图文(7).doc 将本文的Word文档下载到电脑 下载失败或者文档不完整,请联系客服人员解决!

下一篇:高端葡萄酒品牌塑造战略规划及市场营销全案

相关阅读
本类排行
× 注册会员免费下载(下载后可以自由复制和排版)

马上注册会员

注:下载文档有可能“只有目录或者内容不全”等情况,请下载之前注意辨别,如果您已付费且无法下载或内容有问题,请联系我们协助你处理。
微信: QQ: