單透鏡從成像到公差分析

1、單透鏡設(shè)計(jì)F/4,焦距為100的透鏡，參數(shù)為r=(100,-100),透鏡的厚度為4模型如上圖所示，因?yàn)榭讖綖?5，所以厚度選為4(由此可以推斷透鏡的厚度可以通過(guò)孔徑的大小來(lái)推斷)。光線像差如下圖所示由上圖可以看出通過(guò)透鏡的光線像差很大，光線特性曲線通過(guò)原點(diǎn)的傾斜表示由離焦現(xiàn)在的存在。這個(gè)初始結(jié)構(gòu)的MTF曲線是由上圖可以看出一個(gè)成像質(zhì)量非常差。下面就是優(yōu)化了首先建立優(yōu)化函數(shù)，第一步設(shè)定變量，第二步建立評(píng)建函數(shù)，插入相應(yīng)的操作數(shù)，優(yōu)化的結(jié)果為像差明顯減小MTF曲線為由此可以看出優(yōu)化的效果還是好的，假如我們把鏡片的材料設(shè)置成變量，則優(yōu)化的效果就非常明顯了，而且效果還非常好從上面的優(yōu)化曲線可以得知M

2、TF曲線接近衍射極限了下面我們就做一下公差分析。ZEMAX可以對(duì)光學(xué)面的參數(shù)和群組的參數(shù)進(jìn)行公差分析。它提供了兩種公差分析模式：1）sensitivity:給定結(jié)構(gòu)參數(shù)的公差范圍，計(jì)算公差對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的影響。2）inversesensitivity：給出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)量的允許變化范圍，反算出各個(gè)光學(xué)面結(jié)構(gòu)參數(shù)的允許公差。MonteCarlo模擬是作為一個(gè)可選擇的估計(jì)所有公差的總體影響的方法被提供的。這個(gè)模擬產(chǎn)生了一系列隨機(jī)鏡頭，他們符合這個(gè)指定的公差。通過(guò)同時(shí)考慮所有的可應(yīng)用的公差，可能可以得到預(yù)期性能的準(zhǔn)確模擬。一個(gè)鏡頭的公差分析過(guò)程（1）給一個(gè)鏡頭定義一批適當(dāng)?shù)墓睢Ｍǔ?，在其中定義的默認(rèn)公差生成

3、特性是一個(gè)好的起始點(diǎn)。公差在公差編輯界面中被定義和修改，這個(gè)界面在主菜單欄中的編輯界面菜單中得到。（2）添加補(bǔ)償，并且對(duì)每一個(gè)補(bǔ)償設(shè)置允許范圍。默認(rèn)的補(bǔ)償是后焦距，它控制了像面的位置。也可以定義其他的補(bǔ)償，如像面傾斜。因?yàn)榭梢允褂谩翱焖俟钜?guī)定”，所以僅使用后焦補(bǔ)償可以大大加速這個(gè)公差過(guò)程。可以定義的補(bǔ)償?shù)臄?shù)量沒(méi)有限制。（3）選擇一個(gè)適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)，如RMS斑點(diǎn)尺寸或MTF。使用一個(gè)過(guò)程可以定義更復(fù)雜的公差標(biāo)準(zhǔn)。（4）選擇要求的模式。靈敏度分析或者反轉(zhuǎn)靈敏度分析。（5）修改默認(rèn)的公差，或者增加新的公差來(lái)滿足系統(tǒng)要求。（6）執(zhí)行這些公差的一個(gè)分析。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)被用來(lái)指出用什么作為一個(gè)圖形的標(biāo)準(zhǔn)，其

4、選項(xiàng)為：RMS斑點(diǎn)尺寸：這對(duì)于那些不接近于衍射極限的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是最好的選擇；例如，那些像差不大于1個(gè)波長(zhǎng)的系統(tǒng)。RMS波前：這對(duì)于那些接近衍射極限的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是最好的選擇；例如，那些像差小于1個(gè)波長(zhǎng)的系統(tǒng)。評(píng)價(jià)函數(shù)：使用一個(gè)鏡頭定義好了的評(píng)價(jià)函數(shù)。這對(duì)于用戶自定義公差規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)是有用的。幾何或者衍射MTF：這對(duì)于那些需要一個(gè)MTF說(shuō)明的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是最好的選擇。如果選擇了平均，則使用子午和弧矢反應(yīng)的平均值。如果選擇了平均，則使用子午和弧矢反應(yīng)的平均值，如果選擇了幾何MTF，ZEMAX將使用MTF的近似值，這樣計(jì)算起來(lái)速度快，對(duì)于公差規(guī)定目的來(lái)說(shuō)是足夠精確的。如果公差被放寬了，則基于MTF公差規(guī)定的衍

5、射可能是有問(wèn)題的，這是應(yīng)為如果OPD誤差太大了，貝怖射MTF可能是不計(jì)算的，或者沒(méi)有意義。MTF是子午和弧矢反應(yīng)的平均值。補(bǔ)償在這里可以定義許多不同的補(bǔ)償：任意一個(gè)表面或者一些表面的厚度，曲率，圓錐常數(shù)，任意的參數(shù)或者特殊數(shù)據(jù)值。多種結(jié)構(gòu)操作數(shù)也可以被定義作為一個(gè)補(bǔ)償。對(duì)于使用特殊組成的傾斜和偏心作為補(bǔ)償，參數(shù)值是非常有用的。系統(tǒng)默認(rèn)像面焦距被指定為一個(gè)補(bǔ)償。通常，使用更多的補(bǔ)償將放寬公差，但使實(shí)際校準(zhǔn)復(fù)雜化。ZEMAXZemax通過(guò)將這個(gè)鏡頭保存到一個(gè)臨時(shí)文件中來(lái)開(kāi)始公差分析，在公差分析完成以后這個(gè)臨時(shí)文件將被用來(lái)恢復(fù)這個(gè)鏡頭。在公差規(guī)定中所作的所有改變最后將被丟棄，最初的鏡頭文件將不作修改的被恢復(fù)。例外情況是在反轉(zhuǎn)靈敏度分析過(guò)程中，在那里公差數(shù)據(jù)最小和最大限制可以被改變。然后zemax將取消所有的變量。求解可以被留下來(lái)，然而，求解可能會(huì)在公差規(guī)定過(guò)程中導(dǎo)致一些問(wèn)題。公差操作數(shù)被讀取，以及由指定的COMP和CPAR定義的補(bǔ)償參數(shù)被設(shè)為變量。如果使用了一個(gè)公差過(guò)程，則在這個(gè)公差規(guī)定過(guò)程中定義的補(bǔ)償可以被修改。Montecarlo分析與靈敏度分析和反轉(zhuǎn)靈敏度分析不同，montecarlo分析將同時(shí)模擬所有波動(dòng)的效果。Montecarlo分析將同時(shí)模擬所有波動(dòng)的效果對(duì)于每個(gè)montecarlo循環(huán)，所有已指定公差的參數(shù)