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《使用zemax設(shè)計的典型實例分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、使用ZEMAX于設(shè)計、優(yōu)化、公差和分析摘要光學設(shè)計軟件ZEMAX的功能討論可藉由使用ZEMAX去設(shè)計和分析一個投影系統(tǒng)來討論，包括使用透鏡數(shù)組(lensletarrays)來建構(gòu)聚光鏡(condenser)。簡介ZEMAX以非序列性(non-sequential)分析工具來結(jié)合序列性(sequential)描光程序的傳統(tǒng)功能，且為一套能夠研究所有表面的光學設(shè)計和分析的整合性軟件包，并具有研究成像和非成像系統(tǒng)中的雜散光(straylight)和鬼影(ghosting)的能力，從簡單的繪圖(Layout)一直到優(yōu)化（optimiza
2、tion）和公差分析（toleranceanalysis）皆可達成?！ 「鶕?jù)過去的經(jīng)驗，對于光學系統(tǒng)的端對端（endtoend）分析往往是需要兩種不同的設(shè)計和分析工具。一套序列性描光軟件，可用于設(shè)計、優(yōu)化和公差分析，而一套非序列性或未受限制的(unconstrained)描光軟件，可用來分析雜散光、鬼影和一般的非成像系統(tǒng)，包括照明系統(tǒng)?！ 靶蛄行悦韫獬绦颉边@個名詞是與定義一個光學系統(tǒng)為一連串表面的工具有關(guān)。所有的光線打到光學系統(tǒng)之后，會依序的從一個表面到另一個表面穿過這個系統(tǒng)。在定義的順序上，所有的光線一定會相交到所有的表面，
3、否則光路將終止。光線不會跳過任何中間的表面，且光線只能打在每一個已定義的表面一次。若實際光線路徑交到一個表面上超過一次，如使用在二次描光(doublepass)中的組件，必須在序列性列表中，再定義超過一次的表面參數(shù)。 大部份成像光學系統(tǒng)，如照相機鏡頭、望遠鏡和顯微鏡，可在序列性模式中完整定義。對于這些系統(tǒng)，序列性描光具有許多優(yōu)點：非常快、非常彈性和非常普遍。幾乎任何形狀的光學表面和材質(zhì)特性皆可建構(gòu)。在成像系統(tǒng)中，序列性描光最重要的優(yōu)點為使用簡單且高精確的方法來做優(yōu)化和分析。序列性描光的缺點，包括無法追跡所有可能的光路徑(即鬼影
4、反射)和許多無法以序列性方式來描述的光學系統(tǒng)或組件?！ 》切蛄行悦韫庾畛Ｓ脕矸治龀上裣到y(tǒng)中的雜散光和鬼影，甚致分析照明和其它非成像系統(tǒng)。在非序列性描光中，光線入射到光學系統(tǒng)后，是自由的沿著實際光學路徑追跡；一條光線可能打到一個對象(object)許多次，而且可能完全未打到其它對象。此外，非序列性方法可用來分析從光學或機構(gòu)組件產(chǎn)生的表面散射(scatter)，以及從場內(nèi)(in-field)和場外(out-of-field)的光源所產(chǎn)生的表面反射而形成的鬼影成像。ZEMAX的功能ZEMAX可以用于一個完全序列性模式中、一個完全非序性
5、模式中和一個混合模式中，混合模式對分析具有大部分序列性而卻有一些組件是作用在非序列性方式的系統(tǒng)，是相當有用的，如導光管(lightpipes)和屋頂棱鏡(roofprisms)等。序列性系統(tǒng)需定義視場角(fieldofview)、波長范圍（wavelengthrange）和表面數(shù)據(jù)（surfacedate）。序列性設(shè)計的最重要參數(shù)之一，為系統(tǒng)孔徑(system13aperture)。系統(tǒng)孔徑，常指入瞳(entrancepupil)或孔徑光欄（STO），它限制可從已定義視場入射光學系統(tǒng)的光線。光學表面可以是折射、反射或繞射。透鏡可
6、以是由均勻或漸變折射率材質(zhì)所制成。表面的下彎(sag)可以是球面、圓錐面(conic)、非球面(aspheric)或藉由多項式或其它參數(shù)函數(shù)來定義。也包含了許多繞射光學組件模型。此外，一個使用者自定表面的功能，允許設(shè)計者以撰寫程序的方式來建構(gòu)任何實際的表面下彎或相位分布。一些功能可以用來分析系統(tǒng)，包括數(shù)個系統(tǒng)繪圖(layouts)類型、匯出CAD格式的表面信息功能、光點圖(spotdiagrams)、光扇圖(rayfan)和光程差圖、光學調(diào)制傳遞函數(shù)(modulationtransferfunction，MTF)和點擴散函數(shù)(p
7、ointspreadfunction，PSF)圖、包圍圓(encircled)和包圍矩形(ensquared)的能量信息、像差計算(塞德(Seidel)和澤尼克(Zernike))、理想或偏斜(skew)高斯光束參數(shù)計算、極化描光和波前傳播工具。優(yōu)化序列性描光軟件的關(guān)鍵功能即是可以快速且精確的優(yōu)化一個光學設(shè)計。主要的優(yōu)化技巧是以減幅最小均方根(dampedleastsquares，DLS)的算法為基礎(chǔ)，并使用主動減幅(activedamping)。此外，ZEMAX包括全域性優(yōu)化功能，其以結(jié)合減幅最小均方根過程的優(yōu)化算法為基礎(chǔ)。優(yōu)
8、化是以使系統(tǒng)績效函數(shù)(meritfunction)的總值達到最小為基礎(chǔ)。簡單的說，績效函數(shù)為一種對一個理想光學系統(tǒng)的數(shù)值描述。重要的是，績效函數(shù)代表光學系統(tǒng)的要求性能。對于既定的設(shè)計，可以適當?shù)倪x用好幾個預設(shè)的績效函數(shù)。對于成像系統(tǒng)，績效函數(shù)可用來特別地針對減小
