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zemax培训教程 2010/10/21 ZE软件培训教程 国内外光学设计软件情况 ※国内情况: 北京理工大学SOD,南京理工大学等自编光学设计 软件。 ※国外情况:Optical Research Associates: Code VLambda: OSLO等。 12010/10/21 ZE已经成为当今使用最普遍的光学 设计软件 ※市场占有率:80~85% ※全球已经销售了两万多套 ※台湾已经销售600多套 ※大陆已经有300多套,知道和需要购买者越来越多 市场应用 ※ 应用范围:传统相机、数码相机、内窥 镜等光学镜头的设计DVD、VCD读写头投影系统,背投电视照明系统干涉仪 LEDLaser diode光通信器件设计等等… 22010/10/21 Ze使用群 ※NASA美国太空总署,Sandia 国家实验室, //.y军队, HP, Motorola… ※台湾:电子所,中科院,大学…以及扫描仪,相机,望远镜, 投影机等制造商. ※大陆:光学、光电研究所,大学,光学公司,光学加工 厂,从事光学镜头、条形码、投影仪、背投影电视、光 通信器件、VCD及DVD读写头等的设计的公司。 ZE概述 32010/10/21 ZE 简介(I )Focus Software 公司产品??光学镜头设计和光学系统分 析软件 版本有三个等级: *ZE?SE 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 版 *ZE?XE完整版 *ZE?EE专业版 ?每年有数次版本更新,可以到ZE的网站或者讯技光电 科技公司的网站上下载更新 //0>..tw ZE 简介(II ) ?界面友好,容易上手;资料丰富,既可以直接选择,又可 以自定义; ?可建立反射、 折射、衍射及散射等光学模型; ?可进行偏振、镀膜和温度、气压等方面的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 具有强大的像质评价和分析功能;丰富的资料库,有现成的镜头和玻璃、样板数据,可供用 户选择;大部分窗口都提供在线帮助,方便随时获取相关功能的在线 解释和帮助; 42010/10/21 系统要求WIN98,NT,2000,XP200Mb 以上的硬盘空间最小的分辨率为:1024*768一个并行口或者USB接口用来接KEY64Mb以上内存;如果进行对象非常复杂、物理光学 或散射和照明分析时,最低要求是256MB,最好是 512Mb What is ZEZE是一个光学设计软件,它使用sequential和non- sequential的方法模拟refractive,reflective和diffractive光线追迹。ZE用“surface‖为sequential ray tracing建模;用 “component‖或solid object model为non-sequential ray tracing建模。Purely sequential : ?传统的镜头设计,和大多数成像系统;Hybrid sequential/ non-sequentialaka NSC with ports ?同时有sequential组件和non-sequential组件(如prism,pipe) 的系统; ?用“ports‖为光线进入和离开NS group的出入口;Purely non-sequentialaka NSC without ports用于illumination,scattering,stray light analysis;不用“ports‖。 52010/10/21 Ray Tracing 的3 种方式(I ) (1)Purely Sequential:用于传统的透镜成像系统设计; ?以光学面(surface)为对象来构建光学系统模型; ?光线从物面开始(常为surface 0) ?按光学面的顺序计算(surface 0,1,2…),对每个光 学面只计算一次; ?每个面都有物空间和像空间; ?需要计算的光线少,计算速度快; ?可进行analysis,Optimization及Tolerancing; Sequential system例子 62010/10/21 Ray Tracing 的3 种方式(II ) (2)Hybrid sequential/non-sequentialaka NSC with ports ?所有object都是3D shell or solids; ?每个object都在一个空间坐标系中定义了其特性; ?光线从input port进入non-sequential group;从 exit port 离开NS group; ?光线在NSC中一直追迹,直到它遇到下列情况才终止: ?Nothing ?Exit port ?能量低于定义的阈值。 ?忽略NS group内的光源和探测器; ?进入NS group的光线的特性,由序列性的系统数据, 如视场位置和瞳的大小等决定。 NSC with ports system例子 72010/10/21 Ray Tracing 的3 种方式(III ) (3) Purely Non-sequentialaka NSC without port ?所有object都是3D shell or solids; ?每个object都在一个空间坐标系中定义了其特性; ?需要定义光源的发光特性和位置,定义detector收集光 线; ?光线一直追迹,直到它遇到下列情况才终止: ?Nothing, ?能量低于定义的阈值。 ?计算时光学元件的相对位置由空间坐标确定;对同一元 件,可同时进行穿透、反射、吸收及散射的特性计算; ?无法作优化及公差分析; 这种情况下,可以对光线进行分光,散射,衍射,反射,折 射。 NSC without ports system例子 82010/10/21 ZE用户界面 ZE用户界面类型 ZE有4种主要类型的用户界面:Editors:定义和编辑光学面和其他数据;Graphic windows:显示图形数据;Text windows:显示文本数据;Dialog boxes:编辑和回顾其他窗口或系统的数据,或者 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 错误信息等。 92010/10/21 ZE Editors界面 有很多种:Lens data editor: 基本的lens data,包括surface type, radius, thickness, glass,etc Merit function editor:优化时,定义和编辑merit function;Multi-Configuration editor:为变焦镜头和其它多重结构系 统定义多重结构参数;Tolerance Data editor:定义和编辑公差数据;Extra Data editor:需要很多参数的surface data的扩展;Non-sequential component editor:定义和编辑NSC sources, objects, detectors。 ZE Editors 102010/10/21 Graphic and Text 界面有些功能(如layout)只支持图形,有些只支持文本 (如Seidel像差系数),有的都支持(如fan plot);如果二者都支持,一般先给出图形输出,如果需要显 示text的内容,需 要点 综治信访维稳工作要点综治信访维稳工作要点2018综治平安建设工作要点新学期教学工作要点医院纪检监察工作要点 一下菜单栏中的“Text‖; Graphic and Text windows例子 大部分图形窗口都提供文本信息。 112010/10/21 Graphic and Text windows例子 点Text菜单栏,可以看到图形窗口中的文本信息。 Graphics windows菜单功能 Update:更新窗口中的数据; Setting:设置窗口的属性; Print:打印窗口的内容; Windows:Annotate:往图形上加lines,boxes,text;Copy clipboard:将内容拷贝到剪切板中;Export:将内容转换为WMF,EMF,JPG,BMP文件保 存;Lock:锁定窗口;Clone:Clone窗口;Aspect ratio:设置窗口的长宽比;Active cursor:对图形窗口显示鼠标所指位置的数据;Configuration:选择要显示哪个结构的数据;Overlay:不同图形重叠显示; 122010/10/21 Text windows菜单功能 Text:产生图形所对应的文本数据; Zoom:对图形放大和缩小控制 Update:更新窗口中的数据; Setting:设置窗口的属性; Print:打印窗口的内容; Windows:Copy clipboard:将内容拷贝到剪切板中;Save: 保存ASCII TXT文件;Lock:锁定窗口;Clone:Clone窗口;Configuration:选择要显示哪个结构 的数据; Dialog boxes ZE的大部分图形和文本窗口都包含有设置对话框。 132010/10/21 数据输出 输出到到剪贴板,可以再到其它windows应用程序,如 Excel等; 输出到CAD程序:支持DXF,IGES,STEP,SAT格式。 DXF:因为不是标准格式,对其支持比较差一些;只有在wireframe的设定中才支持。 IGES,STEP,SAT:真正的标准;可以输出3D solids;可以输出为lines;在Tool菜单栏中。 Session file的概念Session file :在保存文件时,如果选择Session file, 则它包括lens file, 所有图形和文本窗口,editors,它们 在屏幕上的大小和位置,及每个窗口的设置。此时,除 了一个ZMX文件以外,还有一个SES文件。 142010/10/21 Lens Data Lens data的组成 Sequential lens data-Surface data:面的序号;每个面的相关结构数据;光学系统的孔径;波长;视场。 进行优化时,还需要:变量;优化函数。 For NSC without port system,还需要:所有object的结构参数和位置参数; 所有source和detector的特性参数和位置参数;波长。 152010/10/21 Surface data的组成The radius of curvature:面的曲率半径,根据符号 规则确定符号;The thickness of the surface:到下个面的相对距离, 满足符号规则(用local坐标系);The glass type of the surface:可以直 接输入玻璃的 名称,也可以输入折射率和色散系数(如果是空气, 则为空格);The semi-diameter of the surfaceoptional:面的 孔径;Other data(parameter or extra data):描述面形的 参数。 Surface data的符号规则镜头数据(Lens Data):曲率半径、厚度、 材质和其他参数。各量符号规定: + ? + + ? ?Thickness:从左到右距离为正,否则为负。 162010/10/21 Surface Type (1)提供了近60种的光学曲面面形。主要类型有:平面、 球面、标准二次曲面、非球面、光锥面、轮胎面、折射率 渐变面、二元光学面、光栅固定周期和变周期、全息衍 射元件、Fresnel透镜、波带片等。 (2)还提供了User Defined Surface。用户只需要按照它的 语法规定,用C++语言编写DLL文件与ZE相连接就可以 建立自己需要的面形。 The system aperture它是很重要的一个参数,决定入瞳的大小,它决定光 学系统在物空间收集多少光线。 172010/10/21 System aperture types ?Entrance Pupil DiameterEPD:直接指定入瞳的大小; ?Image Space F/#:无限共轭像空间近轴F数(f/D,只用于物 距无穷远); ?Object Space Numerical Aperture:物空间边缘光线的数 值孔径nsinθ(物在有限远处,保持N.A.为常数); ?Float by Size:EPD的大小由光栏的半径决定; ?Paraxial working F/#:像空间中定义的共轭近轴1/2ntan?, 忽略像差; ?Object Cone Angle:物空间边缘光线的半角,最大可以达 到90度(物在有限远)。 Field points ZE常常用点光源定义视场或物的大小:定义了点光源以后,可以建立扩展光 源的模型;对每个系统最多可以定义12个视场点。 ZE支持4种不同视场形式:Field angle:投影到入瞳上XZ和YZ平面上时,主光线与Z 轴的夹角。大多用在无限共轭系统。Object height:物面上X,Y高度。大多用在有限共轭系统。 (注:如果物面为曲面,则X,Y坐标包含Z坐标)Paraxial Image height:像面上的近轴像高。用于需要固 定像的大小的设计中。(只用于近轴光学系统中)Real image height:像面上实际像高。用于需要固定 frame size的设计中(如camera lenses)。 182010/10/21 Field points示例 WavelengthsZE对每个系统最多允许定义12个波长。并且必须 指定主波长,根据不同波长的重要性,权重可以不同。波长的单位为微米。 192010/10/21 Variable parameters在进行优化设计时,需要设置变量,ZE 会调整这些变量,以找到最佳设计结果。变量可以是任何量,包括radii, thicknesses, indices, V numbers, partial dispersions, conic constants, tilt angles, 甚至fields and wavelengths。 Merit functions优化函数是用来定义优化控制目标项目。它包括设 计目标,边界条件和计算结果的总结。在优化过程中,用merit function的 值来评价一个系 统的优劣。Merit function由optimization operands组成, ZE提供了200多个这样的操作数,涵盖了各种 目标控制条件。 202010/10/21 TolerancingZE可以对光学面的参数和群组的参数进行公 差分析。它提供了二种公差分析模式:1sensitivity:给定结构参数的公差范 围,计算评 价标准的影响,2inverse sensitivity:给出评价标准量的允许变 化范围,反算出结构参数的公差。 结果报告可以给出各种数据的结果 报告,可以是图形、曲线 或表格的形式: 1surface data 2system data 3prescription data 4report graphic可以输出零件图、固体图 或网格图。可以输出 SAT/STEP/IGES 等文件格式。 212010/10/21 其他包含有很多公司的玻璃材料库,可以进行镀膜分析,可以编辑薄膜,可以 进行热分析,可以进行偏振光计算,可以进行物理光学分析和计算,可以进行样板比对。 练习:Singlet目的:练习如何建立初始结构、设定视场和工作 波长。题目:建立一个单透镜,入瞳直径为40mm,二个面的 曲率半径分别为50mm,-60mm,中心厚度为4mm视场0,7,10度波长:可见光玻璃材料:BK7 222010/10/21 Solves What are solves Solves 是ZE中可以主动调整特定值的功能。可以 为 curvatures, thicknesses,glasses, semi-diameters, conics, and parameters等参数指定solve。Solves的设置,只需要在希望放置solve功能的栏中点 右键或双击左键就可以了。Solves的应用有很多:Maintaining F/#:用MRA或F/# curvature solve;Maintaining paraxial focus:用MRH;Maintaining edge thickness;Linking values together:pickup solve;Holding a distance between surfaces:position solve。 232010/10/21 Curvature solves Marginal ray angle or F/#Marginal ray angle θmr/f决定F/#: F/#=1/2NA1/2nsin θm 如果系统为slow(即F/#大,如F/10或更慢)时, F/#1/2nsin θm=1/2 nθ MRA solve可以调整任何面(一般是最后一个glass-air面) 的曲率半径,在优化时,保持F/#固定不变。 θm (r/f,- 号表示是会聚光,+号表示是发散光),可以控制透镜的 有效焦距fEFL; 242010/10/21 Curvature solvesChief ray angle:控制特定的放大率或使出射光线保持准直 (maintaining collimation);Pick up:指定前面某个面,使当前面的曲率半径和指定的面保 持确定关系;Marginal ray normal:迫使光学面与近轴边缘光线垂直,也 叫image-centered surface。产生没有球差或彗差的光学面;Chief ray normal: 迫使光学面与近轴主光线垂直,也叫 pupil-centered surface。产生没有彗差、像散或畸变的光学 面;Alplanatic齐明的: 迫使光学面对近轴边缘光线齐明的(消 球差)。产生没有球差、彗差或像散的等光程光学面。 Curvature solvesElement power:光学系统的光焦度(n/f)。使指定的 光学元件的光焦度保持不变,可以控制有效焦距;Concentric with surface: 控制面的曲率,使这个面的曲 率中心落在前面某个面上;Concentric with radius:控制面的曲率,使此面的中心 与指定的面(前面)的中心为同一点。F/#F number:控制面的曲率,使从这个面出射的边缘 光线角为 -1/2F(F即为D/f, D为入瞳直径, f为有 效焦距)。可以控制系统的有效焦距。 252010/10/21 这个是上一个ppt的备注1。光焦度是表示光学系统会聚本领或者发散本领 的数值 表示。大于0,则表示对光束起会聚作用,小于0表示对光 束起发散作用。2。Concentric with surface:控制面的曲率,使这个面的中 心在前面一个指定的面上,那个指定的面必须在这个面的 前面。.3。Concentric with radius:控制面的曲率,使此面的中心 与指定的面的中心为同一点。指定的面也必须在此面的前 面。4。F/#F number:控制面的曲率,使从这个面出射的边缘 光线角为-1/2F,而F为近轴的F/#。(即为D/f, D为入瞳 直径, f为有效焦距)。如果要使系统的有效焦距保持为 所需要的数值,就可以用这个设置。 Thickness solves 262010/10/21 Thickness solvesMarginal ray height:定位像平面(常用控制近轴边缘光 线 在后一个面上的高度,使像面处在近轴焦点上);还可 以约束特定的光束;Chief ray height:定位pupil plane(近轴主光线高度)。 可以将光学面移到瞳面上;(应用:1、它可以将参考面 固定地处在pupil上,2、定位入、出瞳);Edge thickness:控制二个面之间 的距离,使其在半径为 某个值处为规定的值。可以避免边缘厚度为负或边缘太 尖锐;Pick up:使这个面的thickness值随指定的面按一定规律 变化;(主要用于:double pass system, endoscopes,relay lens等包含多个相同元件的系统中),上个ppt的备注(1)Marginal ray height:这是最通常的一个设置(它是控制边缘光线在下一 个面的的高度)。在像面前的最后一个面的thickness设置为“Marginal ray height‖,可以约束光学系统,使它的像平面在近轴焦点上。因为在近轴像面 上(旋转对称系统),边缘光线的高度为0。Pupil Zone:用光线的归一化瞳坐标进行定义。为0时表示用的是近轴光线, 为(-1,+1)的非0值时表示用的是真实的边缘光线,它表示的是入瞳坐标在 y方向的归一化值Py。这个可以约束特定的光束,如0.7带光束,使其在轴上的横向像差 (transverse aberration)为0。(2)Chief ray height:与边缘光线类似,它用的是近轴主光线高度。这个在 瞳面上定位一个面时很有用。3 Edge thickness:动态调节二个面之间的空间,使指定径向孔径处二个面 之间的距离为指定的值。这个可以避免边缘厚度为负或者出现sharp边缘。如果radial aperture 设置 为0,则用的是当前的半径。(4)Pick up: pick up 厚度为:TO+STT是用来pick up那个面的thickness,S为放大率(Scale factor),O是偏移 量。 272010/10/21 Thickness solvesOptical path difference:调整thickness,使指定光瞳坐标处 的光程差维持一个指定的值;例如:在焦点上,边缘光线和 主光线的光程差相等,可以在像面前面的一个面的厚度处设 置OPD Solve。Position:使这个面到指定参考面的距离(厚度的总和)保持 为定值。在变焦镜头设计中,可以控制它的某一部分保持固 定的长度。也可以约束整个透镜的长度。Compensator:与position非常类似,显示的是所要控制的厚度 与参考面厚度之差。表达式为:TS-R。S为二个面的厚度之 和,R为参考面的厚度。参考面必须在前面。Center of Curvature:调整thickness的值,使后面一个面处在 前面某个面的曲率中心上。上个ppt的备注1。Optical path difference: 主动调整thickness,使指定瞳 坐标(pupil coordinate)处的光程差维持一个指定的值。 OPD的值是以primary wavelength来计算。例如:为了保持焦点位置,边缘光线和主光线的光程差相 等,可以在像面前面的最后一个面的厚度处定义为OPD Solve。将OPD设置为0,pupil zone 设置为1。更复杂的OPD约束的情形,在使用优化时使用。.2。Position:使这个面到指定的参考面的距离(厚度的总 和)保持为指定的值。参考面可以在这个面的前面、后面 或者是同一个面。特别是在变焦镜头的设计中,可以使它的某一部分保持 一个固定的长度不变。也可以约束整个透镜的长度。这种 情况下,此solve都排除优化变量和操作数,使优化过程 加速收敛。 282010/10/21 Glass solves Glass solves Model: 用于玻璃的优化。用三个参数:d光的折射率、Abbe 数和部分色散项。只能用于可见光,可能得到不存在的玻 璃;不常用Pick up:随某个指定的面一起变化;Substitute:用于glass optimization,它更容易且可靠。 在优化时,用hummer优化算法查到合适的玻璃。Offset:允许在折射率或者 Abbe数上增加一个小的偏移量。 用于公差计算。 292010/10/21 上个ppt的备注 1。Model:优化时要求连续的变量,但在glass map 中只是分立的点。可以用RGLA操作数在最近的实际 玻璃中找。 2。 Substitute:也不是一个solve。 若设置为这个,则在优化过程中,global optimization算法允许改变玻璃的类型。 如果没有选择玻璃库,则玻璃要从General System Data对话框中选中的所有玻璃库中选择;如果给出了 玻璃库的名称,则只从选择的玻璃库选择。 为了避免在优化过程中只选择某些玻璃,选择 “Exclude Substitution‖或者用glass substitute plate。 3。Offset:允许在折射率或者Abbe数上增加一个小的 偏移量,主要用于公差的计算。 Semi-Diameter solves 302010/10/21 Semi-Diameter solvesAutomatic:根据入瞳自动调整孔径大小Fixed:输入 为固定的值Pick upimum:在multiple configuration中,计算 所有结构中的半径值,然后使用最大的一个值。上个ppt的备注imum:在 multiple configuration中,用 来设置所需要的最大直径值。例如,变焦镜头有三个configuration,通 过自动计算的半径,每个面都可以得到三 个不同的半径值,则用这个设置就可以计 算每个configuration的半径值,然后用最大 的值。 312010/10/21 其它solvesConic, Parameters也可以设置solve,但一般只 有Fixed, Variable和Pick up三种类型。Coord break的Parameters可 以设置chief ray的求 解类型。只用于coordinate break面的前4个参数。上个 ppt的备注Chief Ray:只用于coordinate break面的前4个参数。当放 在decenter x 或者y时,这个solve将会把离轴放在所选择 的波长的真实光线上(对主波长为0),从coordinate break surface上的零x或者y坐标处选择的场点。如果设置 在tilt x或者tilt y参数上,则要调整倾斜角使x和y方向出射 的主光线角度为0。 coordinate break surface的order flag 决定这个参数适合的级次(order),所以求解不是唯一 的。主光线的坐标可以在Analysis??Calculations?? Ray Trace feature中检查求解的结果是否正确。有时候结果的值使输出的 主光线值或者坐标很小,但不 为0。这因为非正交旋转不是总能够在一个单一的矩阵旋 转中完全undo一个任意的旋转。可以用二种办法解决这个 问题(1)试着改变order flag的值从0到1,或者从1到0, 更新系统,看哪一个坐标更适合;(2)对二个相邻的 coordinate break surface用同一个solve 。则第二个 coordinate break 通常带来许多振幅的级次,接近所要求 的0坐标或者角度。 322010/10/21 Solve使用建议Solve的计算是从第1个面到像面顺序进行的,对 参数计算的顺序是:curvature, thickness, glass, semi-diameter, conic, parameter;因为curvature和thickness的求解会 影响入瞳的位 置,所以不允许将依赖于光线追迹的求解放在光 栏的前面(如marginal ray height);Solve是高效的,在设计过程中尽可能 用它来代替 优化变量控制一些参数。 练习用Solve求解的方法,将前面设计的单透镜的焦距控制为 100mm,用Solve将像面移到焦点上。 332010/10/21 Analysis 像质评价与分析 ※ ZE提供了丰富的像质评价指标,评价小像 差系统的波像差、圆内能量集中度;评价大像差 系统的点列图、弥散圆;MTF、PSF;几何像差评 价方法。 ※可以给出Seidel和ZERNIKE像差系数 ※可以进行扩展光源的分析 ※像质评价结果表现形式多种多样,既有各种直观 的图形表示方法,也有详细的数据报表。 342010/10/21 像质评价报告结果示例 像质评价指标 ※Fans扇形图,垂轴几何像差等 ※Spot Diagram几何点列图,弥散斑 ※MTF(调制传递函数) ※PSF(点扩展函数) ※Wavefront波像差 ※能量分析 ※Miscellaneous杂项,几何像差 ※像差系数 ※扩展光源分析 352010/10/21 Layout2D,3D:系统的2维和3维图。如果系统不是旋转对称的,则只能用3D layout;Wireframe:3维网格图;Shaded Model,Solid Model:3维固体图。 solid model plot 对一些自 定义的apertures or obscurations不能正确画出地surface;Ze Element Drawing:用于车间加工的 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 图。可以是surface, singlet, doublet;ISO Element Drawing:按照ISO 10110标准。可以是 surface, singlet, doublet。NSC Layout FanRay Aberration:子午和弧矢垂轴像差,它全面反映了 细光束和宽光束的成像质量。它是光线在理想像面上 的交点和主光线在理想像面上交点间的距离,可以看 出理想像面上像的最大弥散范围。横坐标是归一化入 瞳坐标。Optical Path:实际光线和主光线的OPD之差波像差。 OPD vs. 归一化出瞳坐标曲线图;只能对光栏后的面 进行计算。Pupil Aberration:光栏面上实际光线交点和轴上主波 长近轴光线交点坐标之差与近轴光栏半径之比。光栏 面上入瞳畸变 vs. 归一化入瞳坐标。可以指导是否要 用ray aiming。 362010/10/21上个ppt的备注Ray Aberration:光线交点的坐标和主光线交 点坐标之差。 子午(tangential fan像差:主波长的光线的x或y坐标和 主光线的x或y坐标之差与y瞳坐标的函数关系曲线;弧矢 (sagittal fan)像差:主波长的光线的x或y坐标和主光线 的x或y坐标之差与x瞳坐标的函数关系曲线。因为像差是 矢量,所以ray fan不是对像差的完整描述,特别是在像面 是旋转对称,而系统是非旋转对称的情况。OPD: 系统出瞳上,光线与主光线 之间的光程差。只能对 光栏以后的面上的OPD进行计算,它的计算参考系统出瞳 上的OPD。Pupil Aberration:入瞳畸变 vs. 归一化入瞳坐标。光栏上, 真实光线交点和轴上主波长近轴光线交点之差/近轴光栏 半径的百分比。其主要目的是指导是否要用ray aiming, 因为当最大像差达到几个百分点时,就需要用ray aiming。 Spot DiagramsStandard:显示不同视场的Spot Diagram,给出GEO 和 RMS spot size及Airy Disk;Through focus:离开焦平面不同距离的spot diagram。 可以估测像散,或者分析最佳焦点或者焦深; ?Full Field:所有视场的点列图。可以确认二个很近的像 点是否能够被分辨; ?Matrix, Configuration Matrix:同时列出不同结构的所 有视场的点列图。 372010/10/21上个ppt的备注Standard:显示Spot Diagrams。根据显示的 视场的数目、 定义的波长有个数和能够使用的内存,光线密度有一个最 大值。GEO spot size:主光线从参考点主波长的主光线,追迹 的所有光线的质心或spot cluster的中心到离参考点最远 点的距离,即就是以参考点为园心,包含所有光线的园的 半径。RMS spot size:半径大小的均方根值。Airy Disk radius:1.22λ *F/#1.22λ *f/D 。它决定于 视场的位置和入瞳的方向。如果所有的光线都在爱里斑内, 则这个系统称为衍射极限。如果RMS spot size远大于爱 里斑的半径,则系统不是衍射极限。如果有像散存在,则光斑变为椭园。 FFT MTFFFT MTF:用FFT算法计算所有视场的衍射 MTFOPD10wave。假定在出瞳上的光线分布是均匀的。 截止频率为1/λF/#1/2λnsinθ;物的类型有:正弦波 real, imaginary, phase和方波square响应。 ?FFT Through Focus MTF:在指定空间频率下,FFT MTF vs. focus shift; ?FFT Surface MTF:显示MTF数据的3D surface, contour, grey scale 或Color map; ?FFT MTF vs. Field:以图的形式显示FFT MTF vsField position; ?FFT MTF map:在一个矩形视场区域内,计算不同视场点 的FFT MTF。 382010/10/21上个ppt备注因为MTF的计算一般都是在像空间,所以在确定 对物空间 的空间频率时,要考虑系统的放大率。即使在系统存在较大的形状和色畸变 时如柱面镜或光栅, 也能得到精确的 MTF数据。 Sampling增加,计算越精确, PV和OPD的最大斜率减小,transverse ray aberrations减 小。如果入瞳处的OPD 的PV值太大,则 wavefront sampling太 coarse,会出现 aliasing。 Aliasing会使数据 的结果不精确。出现 aliasing 时,ZE会尝试去探测, 并且发出error message。在所有情况下,如果sampling 太低,则不能自动探测,特别是在波前位相存在非常陡的 斜率时。FFT在物空间坐标计算的,所以旋转像面对MTF的计算没 有影响。tangential response对应沿物空间X轴的线, sagittal response对应沿Y轴的直线。 接上个ppt 备注 FFT MTF:用FFT算法计算的所有视场的衍射MTF。截止 频率为1/λ F/#1/2λ nsinθ 。可以计算所有视场,在所有波长上 的子午和弧矢的working F/#。它假定在出瞳上的光线分布是均匀的。当系 统比F/1.5要快时,MTF不太精确。这些系统用OPD fan数据更可 靠。但对有些系统,如extremely fast off-axis reflectors中,出瞳 存在严重的拉伸,这时候用FFT MTF不行,要用Huygens MTF。而当OPD比较大时(如10个波长),或者说不是太接近衍射极限,用 几何MTF。特别是在在低空间频率处,几何MTF非常精确。FFT Through Focus MTF:在指定空间频率下,FFT MTF vs focus shift。FFT Surface MTF:显示3D surface, contour, grey scale 或 Color map。观察物的各个方向上的MTF响应很有用,而不是纯粹的 子午或者弧矢像差。FFT MTF vs.Field:以图的形式显示FFT MTF vs. Field position。 因为它要在任意的中间场点进行光线追迹,而这些点上没有定义任 何渐晕系数,所以在计算这个时,建议不要用渐晕系数。 39