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【ZEMAX光学设计软件操作说明详解】2 上(8)

来源:网络收集 时间:2019-01-26 下载这篇文档 手机版
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项数是用来指定计算表面矢高时使用的最大泽尼克项数。提供此数字 只简单地为了增加光线追迹计算的速度,它会忽略超过此数字的各项。 例如,如果你所要使用的最大项数是泽尼克#8,然后在项数列指定9(因 为泽尼克项的第一项是0,所以共有九项。)最大的径向孔径是归一化半 径。泽尼克边缘多项式在单位圆上相交,因此最大径向孔径应该被设为 半径,通过它将系数归一化。泽尼克多项式在超出归一化半径时,倾向 于很快地发散,因此要注意,超出此半径后,光线不会落在表面上。虽 然光线追迹算法可以工作,数据却不一定是对的。

要获得有关用泽尼克表面类型最优化的细节,参考―最优化‖一章中 的―优化特别数据值‖。有关编辑特别数据系数的细节,参考―编辑菜 单‖一章。

第十五章 非序列元件

介绍

这部份内容仅适用于ZEMAX 的工程学部份。

概况

连续的光学表面能很好的描述许多光学成像系统。这意味着光线的追 迹,通常是以对象的第一个面,第二个面,第三个面等这样严格的顺序 下来的。每条光线―HITS‖每个面仅在这个预定的顺序里出现一次。举 例说明,光线在这个连续的模型里,不会从第三个面追迹到第九个面, 然后再回到第一个面。这个连续的模型能很简明,在数字上快速的,非 常实用和完善的解决许多重要的问题。

然而,非连续追迹也时常用到。非连续的含义是指按实际物理规则, 光线在追迹过程中碰到了多样的对象和面,并且在软件的用户界面上列 出的对象,没有必要是有顺序的。注意,光线在非连续追迹时,可能会 反复碰到同一个对象,而完全不碰到其它对象。通常,光线经过物体的 顺序,取决于入射光线的角度和初始位置,和对象的几何形状。 需要,或最少受益于非光线追迹的对象,包括小平面对象,棱镜,光 管,透镜组,反射镜,菲涅尔透镜。确定的分析类型,如偏离的或散射 光的影响,在完全的非连续环境中是实用的一般来说,为进行连续光线 追迹而提供面(甚至3D 对象)的镜头设计程序,将使用相同的面模型, 来实现非连续的光线追迹,。光线将相交在可能顺序之外的面上。 在比较普通的非连续的方式中,使用面的缺点是,用来描述光学元件 的面不够。举例来说,透镜不仅仅只有前后两个面,还有边缘面和可能 为装配而变平的外部面。光线可能截取, 然后,在这些通常被正常连续 光线追迹忽略的面上,折射或反射。复合棱镜,例如潜望或屋脊棱镜, 包含许多面,光线可能这些面上相交,有一个复杂的顺序,该顺序取决 于光线的入射角和初始位置为了这些元件类也能被一种普通和正确的方 式支持,需要使用3D 立体模型来代替2D 面。ZEMAX 称这种光线追迹类 型,为非连续元件类或NSC,它和非连续面或NSS 是不同的。 ZEMAX 中NSC 光线追迹支持下列所有功能。 多光源,对象和检测器的定义和放置。

确定能量单位,瓦特,瓦特/cm^2. 光线-物体的相交顺序的自动确定。 反射,折射和全反射的自动测定。 支持大范围3D 对象,包括衍射光学。 偏振光线追迹和任意薄膜涂层。

散射统计模型,包括兰伯特,高斯和哈维谢克模型(ABg 模型)。 为有效分析而自动光线分离。

这一章提供了,关于建立一个NSC 组,定义2D 和3D 对象,和通过NSC 的光线追迹的信息。

使用NSC 光线追迹的两个方法。

ZEMAX 提供了两个截然不同的使用NSC 光线追迹的方法: 追迹光线通过一个NSC 组,该组是另外一个连续系统的一部份(NCS 有端口)。

追迹光线通过一个NSC 组,该组包括所有产生影响的对象(NSC 没有 端口)。

虽然在NSC 组里定义和配置对象的方法是两个相同的方法,但是,光 线是如何出射的,执行什么样的分析,能量分布是怎样决定的,对于每 个方法,那个系统类型是最好的模型,这些细节是相当不同的。 有端口NSC 和没有端口NSC 的内容描述如下。

NSC 没有端口

当非连续对象或对象是另外一个连续系统的一部分时,有端口的NSC 是常用的最好的方法。该系统的一个例子,有一个点或扩展面对象由一 条光线来描绘,该光线沿着连续路径,穿过一个或多个常规透镜,然后 沿非连续路径,通过一个棱镜和光管,在照亮像面之前。

该方法需要使用供光线进入和离开NSC 组的端口。端口的详细描述, 请看下面的―有端口NSC 光线追迹介绍‖。当使用端口时,NSC 组内的 光源和检测器是被忽略的(它们只在没有端口NSC 的方式内使用)。 有端口NSC:光源和检测器被忽略,考虑进出端口。

当使用分析功能时,例如光线发散,点图表,MTF;只有进入和离开NSC 组通过端口的光线才被考虑。所有常用的连续的ZEMAX 系统数据,例如 视场位置和孔径尺寸,决定了进入NSC 组光线的属性。

所有常规的ZEMAX 分析,例如光线发散,点图表,仍然是有用的。 (虽然取决于NSC 系统属性的数据可能是无意义的)

没有端口的NSC

一些系统根本没有连续的路径或部份,例如,反射照明灯,复合光管, 或普通的照明系统。分析镜像,偏离,散射的名义上的连续系统光属性, 也是有可能的,(例如照相机镜头或望远镜),通过这个方式:把 整个系统放置在一个非连续组内,并且在整个模型里执行非连续光线 追迹。这些系统和分析类型很适用于没有端口的NSC。

有端口NSC 和没有端口之间的主要差别是光线的发射和可用的分析。 当使用有端口的NCS 时,所有光线从对象表面的定义视场位置射出, 然后光线继续追迹到NSC 的入射端口。光线必将经由NSC 的出射端口离 开,然后继续经过剩余的连续系统。

当使用没有端口的NSC 时,则没有该限制。多个任意光源可以定义和 放置在NSC 组内的任何地方不带端口的NSC:考虑光源和检测器,忽略进 出端口。

从NSC 组内的面上射出的光线,不能通过出射端口离开,唯一可分析 的是光线分布状态和能量,该分布状态和能量通过使用检测器对象决定。 检测器用来记录光线能量,在―无端口的NSC 光线追迹介绍‖一节中有 描述。

有端口和没有端口NSC 的综述

3D 版面,刚体结构,立体模型,和渐变模型分析功能,能同时显示从 连续入射端口过来的两条光线,好像光源定义在没有端口的NSC中一样。 从入射端口进入的光线不影响任何NSC 检测器;从NSC组中出射的光源不 影响入射端口,出射端口,或在NSC 组之外的任何光学定义。 因此这是被考虑的,虽然并不需要,当使用没有端口NSC 时(你已经 在你的NSC 对象中定义了光源),你可以在这些设计功能中把光线数设 为零,这有利于减少混乱显示。多次现示在同样结构上的来自入射端口 的连续光线,和非连续光线,是有用的,尤其当在偏离光分析中放置了 障碍物时。

二者择一,这个3D 设计功能是NSC 所特有的,该功能仅显示在单个NSC 组内定义的对象和光线。

带端口NSC 光线追迹介绍

通过带端口NSC 的光线追迹,按下列步骤来完成1) 在透镜数据编辑 里插入一个非连续元件面,这个面成为非连续组的入射端口。 2) 非连续组的出射端口的定位,通过非连续元件表面参数来定义。 3) 对象在联合非连续元件表面的列表中被定义。

4) ZEMAX 连续地追迹一条光线到输入端口,然后非连续在NSC 组里 追迹,直到光线从出射端口输出。

非连续元件表面有一些参数,这些参数用来决定光线将从NSC 组里的 哪边射出,描述如下。

输入端口

通常情况下, 非连续元件表面如平面,球面,或非球面,它们的位置

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