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john.yang

2014-04-21 08:40

zemax中點(diǎn)列圖的分析方法

點(diǎn)列圖的原理是顯示光學(xué)系統(tǒng)在IMA面上的成像。換句話說，它就是通過計(jì)算，把一系列物方的點(diǎn)通過光學(xué)系統(tǒng)以后，成像在IMA面上的情況給實(shí)際繪制出來。

為了表現(xiàn)方便，它可以選擇一系列預(yù)定的模板形式，具體來說，比如一個(gè)在軸上的點(diǎn)，從無限遠(yuǎn)成像到IMA面上，ZEMAX就模擬在無限遠(yuǎn)有若干個(gè)發(fā)光點(diǎn)(光束)，這些點(diǎn)平行射入入瞳，然后經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)，最后成像在IMA面上。顯然如果光學(xué)系統(tǒng)是完美的光學(xué)系統(tǒng)，那么這些點(diǎn)成像點(diǎn)為一個(gè)理想的點(diǎn)。但對(duì)于實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)，就會(huì)成像為一個(gè)彌散斑。那么這個(gè)彌散斑在IMA面上的像，就是Spot Diagram。同理，在非軸上點(diǎn)，也可以參照主光線的角度和位置，形成一系列的發(fā)光點(diǎn)，經(jīng)過入瞳最后成像在IMA面上最后也形成一個(gè)彌散斑。
如何通過Spot Diagram觀察出光學(xué)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，簡(jiǎn)單說，這個(gè)彌散斑越小越好。如果你發(fā)現(xiàn)彌散斑足夠小，滿足你對(duì)光學(xué)系統(tǒng)最小彌散斑的要求(spot diagram的單位是微米)那么你的光學(xué)系統(tǒng)就完全可以進(jìn)行實(shí)際的加工了。換句話說，就是你的光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)可以設(shè)計(jì)完成了。

如何才知道你的光學(xué)系統(tǒng)足夠的好？這里有個(gè)參考，就是airy斑的參考。airy斑是物理光學(xué)的一個(gè)概念。它指出在形成的彌散斑直徑在2.44*F*(主波長(zhǎng))以內(nèi)的時(shí)候，該光學(xué)系統(tǒng)可以認(rèn)為是理想(完美)光學(xué)系統(tǒng)。這樣當(dāng)你在Spot Diagram圖中，在setting菜單中，設(shè)置顯示airy斑。然后發(fā)現(xiàn)你的點(diǎn)列圖完全都在airy斑環(huán)之內(nèi)，你就可以認(rèn)為你的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)完美。但實(shí)際上，很少有光學(xué)系統(tǒng)，可以滿足符合airy斑直徑的要求。那么說明你的光學(xué)系統(tǒng)有像差。

究竟是哪種像差在起主要作用？主要的像差有，球差，慧差，像散，場(chǎng)曲，畸變。這些像差在spot diagram上的表現(xiàn)各不相同。但由于一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)通常是各種像差的混合。因此需要你對(duì)spot diagram的形狀進(jìn)行判斷。確認(rèn)是主要是哪種像差，然后通過修改玻璃，或者曲率以及光闌的位置等加以調(diào)整。

不同的像差有不同的像表現(xiàn)，同時(shí)隨著像差的大小不同，這個(gè)像，也叫斑點(diǎn)的大小也不一樣，顯然像差越小的光學(xué)系統(tǒng)，其斑點(diǎn)也越小。衡量這個(gè)斑點(diǎn)大小有個(gè)定義，就是RMS半徑定義，另外還有一個(gè)就是幾何半徑的定義。RMS是均方根半徑，可以定量的反映這個(gè)系統(tǒng)實(shí)際的斑點(diǎn)大小。

在Spot Diagram中還有幾個(gè)參數(shù)可以參考,RMS RADIUS，均平方根半徑是一個(gè)重要的半徑參數(shù)，它是彌散斑各個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，參考中心點(diǎn)，進(jìn)行的坐標(biāo)平方和后，除以點(diǎn)數(shù)量，然后開方的值，這個(gè)值的半徑可以反映一個(gè)典型的彌散斑的大小，以定量的反映這個(gè)系統(tǒng)實(shí)際的斑點(diǎn)大小。但它不是全部彌散斑的直徑，全部彌散斑的直徑是GEO RADIUS。RMS RADIUS是重要的反映彌散質(zhì)量的參數(shù)，它和在優(yōu)化中和MTF的值極大的吻合。(就是說MTF的某個(gè)視場(chǎng)最后值就是RMS的半徑)

需要說明的是：不同的射入入瞳的光線排列會(huì)對(duì)最后的RMS半徑等有影響，但并不大。