Zemax優化過程中的Rings和Arms

1、  建立“傻瓜”評價函數時,一般選擇反映像質的“總體”指標,如彌散圓或波像差等,並且要做如下考慮:
選擇像質評價指標的RMS值還是Peak to Valley (PTV) ?
使用波像差(Wavefront),還是點列圖(彌散圓)(即Spot Radius, Spot X,Spot Y, Spot X+Y)?
像質指標的零點在哪裏?
選擇哪種光瞳細分方式(Pupil Integration Method)? 
圖2.1中內容有四塊,第一爲“Optimization Function Reference”,具有“RMS/PTV、Wavefront/Spot、Centroid/Chief Ray/Mean”等選項;第二爲“Pupil Integration Method”,選擇入瞳面細分方法;第三塊爲“Thickness Boundary Values”,定義邊界條件;第四塊爲評價函數有關的其他輔助選項。 
RMS或PTV 
RMS是Root-Mean-Square的縮寫,表示求出均方根偏差; 
PTV是Peak-to-Valley,俗稱峯谷值。 
RMS或PTV 
Wavefront是波像差,單位爲:波長單位; 
Spot X指像面上X,方向的最大垂軸幾何像差值,Spot Y類推; 
Spot X+Y指像面上X, Y方向的最大彌散,考慮像差的符號。 
Centroid / Chief Ray/Mean 
Centroid-質心,一般指某一視場的質心(即每一個俗稱具有一個質心),尤其適用於波像差構成的評價函數,此時可扣除波差數據中的常數項(Piston),X-Tilt與Y-Tilt。Chief Ray是使用主波長時的主光線時的主光線作爲計算基準,這是過去常被使用的計算基準。Mean值平均,僅適用於選取Wavefront來構造評價函數的場合,其與Centroid的差別,是僅從波差數據中扣除常數項(相當於Mean Wavefront),但不扣除X-Tilt和Y-Tilt。
Pupil Integration Method 
Pupil Integration Method爲光瞳積分方法,需要對光瞳(一般指入瞳)進行細分,與某一視場一起,產生充滿光學系統入瞳的入射光線。光瞳細分方法具有Gaussian Quadrature方法與Rectangular Array方法。
Gaussian Quadrature爲高斯二次積分,簡稱GQ,用Rings×Arms來定義光線數目,高斯積分方法是諸多方法中需要計算光線數目少,但精度高的一種方法,所以是ZEMAX中的首選方法。Rectangular Array爲矩形網格(RA),用Grid(4×4,6×6,8×8,……)形式確定光線數,計算速度慢且精度低。 
Thickness Boundary Values 
用於定義光學系統中玻璃或空氣的最小與最大中心厚度,以及最小邊緣厚度,其中玻璃最小與最大中心厚度要根據光學系統中元件的口徑按經驗或參考文獻[2](李林等,《光學設計手冊》,北京理工大學出版社,1996.8,第二版)中關於透鏡邊緣及中心厚度給定。 

完成定義後,要注意查看評價函數編輯器中當前光學系統參數的邊界條件有無越界,尤其是空氣間隙中像距跟普通透鏡間隔邊界要求不同,要注意區分。

2、Rings和Arms代表在光闌上取優化採樣光線的條數,條數越多,優化的計算量越大。由於一些系統是對稱系   統, 對於一些軸外角度的入射光線優化計算時只取其中對稱的一部分,這個可以在設置生成後的對話框下查看每個角度的採樣光線數。

rings和arms根據像差等級來設定的,一開始可以將環帶數設定爲1,然後你就運行優化函數,看看merit值的變化,如果還是比較大,就設定爲2;直到變化小於1%。

3、“環帶”設定僅在GQ法則中使用,它確定了每個視場和每種波長將有多少條光線被追跡。對於軸上視場(旋轉對稱系統中0視場角),光線的數量等於環帶的數量。對於對稱系統的其他所有視場,每個環帶要追跡的光線的數量等於“臂”數的一半。由於系統的左右對稱性,僅僅只有一半的光線被追跡。對於每種指定的波長都要追跡每一條光線。例如,如果你的系統有一個軸上視場、兩個軸外視場、三種波長、四個選定的環帶,則要追跡的光線的數量爲3*(4+4*3+4*3)=84(應該是選擇了4環6臂)。對於那些不旋轉對稱的系統,每個環帶要追跡的光線的數量等 於“臂”數,而不依賴於視場。在前面的哪個例子中,這意味着3*3*4*6=216條光線。ZEMAX將自動爲你計算這些數值;在這裏介紹它的唯一的理由是因爲你應理解默認的評價函數是如何定義的。越多的光線被追跡,優化運行的時間就越長。

4、“輻條(Arms)”設置也只用在GQ算法中。它決定在光瞳中多少根光線的徑向輻條被追跡。默認的是6個等間隔(在角度上)的輻條被迫跡(或者是3,如果系統是旋轉對稱的)。這個數位也可變爲8,10,或12。對於大多數普通的光學系統來講,6就足夠了。

5、環帶與臂數的多少也與優化像差的數量有關,像差越多,則越大

6、個人習慣直接將rings和arms直接均設置爲12,這樣對於任何系統基本足夠了

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