引言  

开始透镜设计之前,考虑透镜是如何被测试和使用的。测试方法有很多种:

成像到CCD阵列或摄影胶片,这种情况下RMS光斑半径通常是一个好的性能评价指标。

如果期望的最终系统小于两个波长的波像差,使用RMS波前差评价。

如果您需要在干涉仪上测试您的透镜,优化RMS波前差。

如果您在MTF测量仪上测试您的透镜,使用RMS波前差。当RMS波前差接近0时MTF提高。

如果您需要更进一步提高,使用不同的MTF操作数作为目标。

如果您正在设计一个无焦系统如扩束镜,通过General…Aperture对话框切换透镜到无焦模式,使用RMS角半径作为目标。

如果波像差小于两个波长使用RMS波前差。

 

[pagebreak]不要直接优化像差系数 

我们可以尝试在评价函数中直接使用Seidel像差如SPHA,COMA等作为目标来优化透镜,然后使用五阶像差进一步控制(Macro Fifthord.zpl或优化ZPL03.zpl)。这种情况是很可能实现的,但我们不推荐这样做,理由如下:

在倾斜和偏心系统中,有非球面,衍射元件或渐变折射材料时,像差是很难计算的。

高斯积分(GQ)方法用以RMS光斑尺寸和RMS默认评价函数可精确地对指定阶次的波前像差进行优化使用。如果您在默认评价函数中使用n个环,那么您控制的波前像差可到r(2n-1)阶。在我们设计的双胶合透镜中,我们使用4个环因此可控制它的像差到r^7阶。这个比能得到的5阶像差更高。请参考G.W.Forbes的”Optical system assessment for design : numerical ray tracing in the Gaussian pupil”, J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 5, No. 11, p1943(1988),此书里有完全的使用技巧介绍。

我们通常感兴趣的是实际性能的测量,如光斑尺寸,波前差,MTF等。50年以前的像差理论确实是一个有用的计算捷径,但21世纪计算机和多线程软件ZEMAX极大地提高了可用的计算方法。直接优化想要的性能比优化那些中间函数更具实际性,虽然中间函数有时可以在最后给出我们想要的性能。对于您想要的系统性能只需要创建出来优化即可。

注意:在双胶合透镜优化的例子中,我们不需要专门标出色差影响,如轴向或垂轴色差:默认RMS光斑半径评价函数会自动提供这些色差的校正。

这个例子中没有考虑到的就是畸变,因为畸变仅影响像的位置,不影响成像质量。操作数DIMX,DISG等可用来控制畸变。

 [pagebreak]使用默认评价函数工具 

我们推荐您使用默认评价函数工具作为评价函数创建的基础。成像系统性能可通过RMS光斑半径或波前差衡量,对于无焦系统使用RMS角半径或波前差衡量。默认评价函数工具将自动创建常用的光学-机械约束来控制设计者的要求,如透镜边缘和中心厚度约束。

另外目标和约束条件也可通过简单的插入自己的操作数到默认评价函数中。ZEMAX写出操作数DMFS来标明默认评价函数起始点,您不需要手动编辑这个操作数以下的各行操作数。只需在DMFS操作数上面按Insert键便在它上面插入新的操作行。

 [pagebreak]经常使用锤形优化 

锤形优化用于对已经使用局部优化优化好的系统进一步提升。我们推荐对于复杂结构可进行整晚的运行,如果需要的话可进行整周,甚至数天来优化。

 使用合适的边界约束 

我们应当总是在评价函数中添加边界约束控制和光学目标约束,这样做有两点重要好处:

ZEMAX将产生可以生产的设计来满足非光学目标。例如您应该总是限制透镜的边缘和中心厚度使之合理,可增加长度、重量的限制等作为应用的要求。

好的边界约束可加快全局优化速度,因为ZEMAX不需查看参数空间范围,这些范围可能已经违背实际边界约束。这样就加快了在特定空间量级的全局搜索。

 [pagebreak]使用系统检查报告工具 

系统检查工具(Reports…System Check菜单)在系统设置中检查是否有意外错误是一个很好的辅助工具。虽然并不是所有错误都能使用这个工具检查出来,但它报告出来的所有东西应当检查看是否有存在的错误产生。

 

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