第八章 光学.pdf

8.1 介绍 你现在已经对 zemax 的优化和分析单一系统有一定的精通（例如：单镜片，前景和后 景透镜）。在这一章我们将对你已经用过得2 个结果打基础， 他们叫 M 和 F 结果。我们将 检查普通种类的 MF 参数，和讨论 TRAC MF 参数和它和 RMS spot size 之间的联系。 8.2 M 结果 边缘光线的 M 结果是被用于找到近轴后象距（或物体在无穷远时的后焦距长度）。图 8.1 显示边缘光线发生在一个透镜系统的最后一片的光学表面。计算旁轴传递方程式的结果 为最后一个表面和象面之间的厚度。 （8.1 ） 8.3 F 结果 F 结果被用于最后一个光学表面的曲率半径。它解决一个屈从于一个特殊 F-number 的 半径。它是一种简单的方式去锁定一个特殊的焦距，为一个已给的入口通光直径。图 8.2 显 示了我们将用的数值。折射的边缘光角度是与 F-number 相联系的。 了解边缘光线角度，边缘光线高度，在任意边的折射系数，和 F-number ，我们能用旁 轴弯曲方程式去解决最后的光学表面能力。 我们也认识到： 同等的关系式 8.3 和 8.4 计算了 C1 参数。 8.4 Rings and Arms 默认的 MF 参数 TRAC(横向光线失真表现）作为一个优化工具是相当强大的。一个被 挑选数量的光线被追迹来自各自的定义范围点上和各自的定义波长。当这个选项被选择以 后，对话栏允许使用者去定义光线群通过去定义光线穿过入光孔径。基本原理在图 8.3 上。 这里用 3 个 ring 显示了入光孔径：中心，一个 ring 在 0.707 的通光半径，一个 ring 在 入光边缘。同时也表现为 4 个 arms 。一条光线穿透发生任何一个ring 和 arm 相交。因为远 离中线的 ring 和 0.707 的ring 各自都有 4 个横截面。虽然在中心也有 4 个相交但是 3 条是多 余的。但是光线的数量对每种颜色，例如，36 条光线。 如果你有 4 个场点，将有 36 条光 线为每一场点，将有 144 条光线为整个场点。表格 8.1 显示为 TRAC MF 清单用了 3 个 rings, 和 6 个 arms 为一个单一波长和场点。 当在 MF 编辑器中（MFE) ， TRAC 是被选择的插入 MF 参数中：Tools- Default Merit Function-OK ，在你点击 OK 之前，确定对话框是为 RMS ；Spot Radius;Centroid 设置的。作 为一个轴向的对称系统，假定轴向对称能被选中。这将减少条件数量而且显示对称系统。18 个在表格中的条件将被减少为 3 个（在表 8.2 中显示）。注意MF 值在两个表格中是一样的。 这个课程是为详细说明 MF 参数的： 那里 Wi 是权重，Vi 是当前值，Ti 是目标值。 作为一个例子，我们将用 TRAC 值在表格 8.2 （完美）连同8.7 方程式去举例计算 MF 参数（在透镜单位上的）。资料为我们当前测试单。 我们将立刻看见这个 MF 值与获得于 spot diagram 的RMS spot radius 的值是相同的。 贡献能被如下决定： 上面给出的 MF 的例子是一个极端的单一例子。大部分 MF 值是非常难解的而且包含一 个大的多样的操作数。计算 MF 值要跟随一个同样的程序。而且 MF 值的自然解释应用的并 不久。 MF 值是一个单一的数字常用于判断一个总的质量或总的设计。优化的目的是在完全可 能的情况驱动这个值到 0 。去做这个光学系统的获得可靠的参数必须被设置为变量（象半径， 厚度，等等）。优化工程扮演了这些变量去观察什么样的改变能达到更低的值。它是一个非 常反复的过程。而且没有保证 MF 值已经全面跑到最低的可能值，通过最优化结论的运行。 它可能是联合操作数和可变使用，而且通过出发点选择，强制设计进入一个局部最小值，这 个最小值可能不是可达到的最低点。在图 8.4 插图中有一个 MF(Z 轴）基于两个变量（x 和 y 轴）。点A 是最佳结果。但是如果我们从 Z 点开始我们将结束于 B 点——这里即不是最深 点也不是最好设计。 8.6 RMS Spot Size