发布时间 : 星期五 文章ZEMAX 实验讲义更新完毕开始阅读dea290e16294dd88d0d26b7e
μm，弧矢弥散半径近似为1300 μm。
由Ray aberration图可以看出几何像差存在时的综合弥散情况，还可以看出其他独立几
何像差的大小，如由原点处曲线的斜率可以反映轴向像差分量，诸如球差、场曲、离焦的大小，图1.9中表明目前初始结构的场曲较大；再如由曲线边缘孔径（±1.0）处的Y-aberration之和，能够反映慧差大小；如果工作波长是一光谱段，每一视场的Ray aberration曲线中每一幅图有三根曲线，反映波长序号为1,2,3的Ray aberration数据。这样Ray aberration曲线中，1,3波长的曲线与EY轴的交点之差反映垂轴色差的大小。随着视场的变化，可以清楚垂轴色差的变化。
图 1.9 前例Ray aberration曲线
如果在Ray aberration曲线窗口中，选择Setting或在任一位置，右击鼠标，将弹出设置对话框，对话框中选项的含义参见表1.2。
表1.2 例题的初始结构参数
选 项 Plot Scale
含 义
绘图比例，输入的数值用于定义纵轴半轴长度，单位：μm；数值越小，曲线被放大；数值越大，曲线被压缩，0表示正半轴最大数值自动选定。
Number of Rays Wavelength Field
子午或弧矢面主光线两侧追迹的光线数目 波长序号选项，All表示全选 视场，All表示全选
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Tangential 每一视场左边曲线纵轴像差的选项，有X-aberration和Y-aberration两种，如果选X-aberration，纵轴变为EX，否则EY
Sagital 每一视场右边曲线纵轴像差的选项，有X-aberration和Y-aberration两种，如果选X-aberration，纵轴变为EX，否则EY
Use Dashes Check apertures Vignetted Pupil
选中，曲线以黑白虚线表示
选中，则检查光线是否在每个光学面上的有效通光孔径内 选中，则横轴1.0表示轴上物点的光瞳直径，对大视场光学系统，如存在渐晕，则轴外视场的Ray aberration曲线中横轴取值会小于1.0，能够明显反映渐晕现象；如不选，横轴1.0可以表示渐晕时光瞳归一化孔径，取值从0~1.0，曲线反映不出渐晕现象。此时，0视场与轴外视场曲线中横轴1.0表示绝对孔径长度是不等的
?
Optical path
显示的光瞳归一化坐标（PX,PY）为横轴的光程差曲线，相当于一维波差曲线，纵轴为光程差，以主光线所走过的光程为基准。
?
Pupil Aberration
反映光瞳像差。表示实际主光线与光瞳面交点，离开高斯主光线与光瞳面交点的距离，一般用占光瞳半径的百分数表示，图1.10给出了1.3节例物在1000 mm处初始结构的光瞳像差曲线，由该图看出，由于物位于子午面内，在子午面内存在明显的光瞳像差，表示轴外光瞳偏心。此时，如不消除光瞳像差，会影响各种轴外像差值的精确计算，如选“System→General…→Ray Aiming→Aiming to aberration (real) stop height”，则可以很好地消除光瞳像差。
图1.10 1.3节中例在1000mm处初始结构的Pupil Aberration
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2. Stop Diagrams（几何点列图）
Ray aberration仅能反映子午、弧矢面内光线造成像的弥散情况，几何点列图则能反映任一物点发出的充满入瞳的光锥，在像面上的交点弥散情况。
几何点列图通常以主光线与像面交点为原点，进行量化计算点列图的弥散情况，ZEMAX在此基础上，还给出以虚拟的“质心”、“平均”为原点的量化点列图。
图1.11表示了1.3节例子物在1000mm处初始结构的像面点列图。使用点列图的评价像质，除了观察点列图形状外，一般还使用两个指标，即，如图1.11下方的RMS Radius与GEO Radius，单位一般仍为 μm。前者表示点列图弥散的实际几何半径。有时如仅有两根光线与像面交点散的厉害，而其他光线分布比较集中，即RMS Radius较小，而GEO Radius较大，仍认为像质比RMS Radius值较大时好一些。
过去在设计使用胶卷的照相物镜时，常用点列图进行像质评价，如果每一视场点列图的RMS Radius小于15 μm，则可认为设计中的照相物镜系统已经具有较好的像质。
图1.11中给出了三个视场的点列图情况，由点列图的图案及RMS Radius、Geo Radius值也可以估算独立几何像差大小，即可判断是什么样的像差影响点列图的渐小。如从图1.11中可以明显地看出场曲与像散是该初始结构主要存在的几何像差。
图1.11 1.3节例物在1000mm处初始结构的点列图
点列图（Spot Diagrams）的表现形式有五种：标准点列图（Standard）、离焦点列图（Through Focus）、反映视场像高的点列图（Full Field Spot Diagrams）、随视场与波长变化的点列阵图（Matrix Spot Diagrams）、随视场与多重结构变化的点列阵图（Configuration Matrix Spot Diagrams）。其
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中常用的是标准点列图。
根据像质评价技术，计算点列图时入瞳上光线的选取有以下几种方法：极径、极角划分的极坐标形式，在ZEMAX中称为hexapolar（六极）；有直角坐标网格划分的方形网格（Square）；ZEMAX中还提供了基于伪随机方法的颤抖式（dithered）光瞳划分方法。
如在点列图设置（Setting）中的Surface number由像面改变成其他光学面序号，此时点列图反映光线与光学面的交点分布，也反映光学面的通光情况；如将Surface number设置成光阑面序号，则此时点列图可反映光阑通光面的形状，如轴外光阑面点列图分布为椭圆形状，则表示渐晕现象，图1.12给出了这样的点列图。
图 1.12 反映渐晕现象的孔径光阑点列图
3. MTF（调制传递函数）
MTF是目前使用比较普遍的一种像质评价指标，称为调制传递函数。它既与光学系统的像差有关，又与光学系统的衍射效果有关，是光学传递函数（OTF）的模，曲线横轴表示像面上的空间频率，单位：1/mm，即每毫米多少线对，纵轴表示对这些黑白细实线物分辨的调制度。 任何一种物信息，都可以细分到点，也可以细分到线，调制传递函数（MTF）的物理意义是：应用傅立叶变换原理与光学系统相干成像理论，计算出镜头对逐渐变细的黑白线对分辨的调制度。
根据计算模型的不同，MTF分为三类：
（1） FFT MTF－基于快速傅立叶变换，先计算PSF（点扩散函数），再由PSF → MTF； （2） Huygens MTF－基于惠更斯面包络原理，先计算岀瞳面上的光瞳函数，然后把岀瞳
面细分，看成次级光源，在向像面传递；因此计算惠更斯传函时，要将出瞳面细分网格、也将像面细分网格采样；
（3） 几何MTF－基于几何点列图，转化成子午面或弧矢面上的线扩散函数，再经傅立
叶变换，得到调制传递函数。
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