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通常需要在設(shè)計中表示光學(xué)系統(tǒng)，即使您沒有詳細(xì)的處方數(shù)據(jù)，如曲率半徑、眼鏡等。本文展示了如何使用 Zernike 系數(shù)來描述系統(tǒng)的波前像差，并在無法使用 Zemax 黑匣子表面文件的情況下生成光學(xué)系統(tǒng)的簡單但準(zhǔn)確的表示。如果您依賴于使用光學(xué)系統(tǒng)測量的實驗數(shù)據(jù)，但您無法獲得其處方數(shù)據(jù)，則通常會出現(xiàn)這種情況。(聯(lián)系我們獲取文章附件) T`(;;% e!L sc3@ 介紹 Z7k1fv:S^ cfO^C C 有時需要表示光學(xué)子系統(tǒng)，而不詳細(xì)了解其處方。對于一階計算，近軸透鏡就足夠了，但是當(dāng)也需要波前像差時，可以使用Zernike相位系數(shù)來提供光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的波前的精確模型。 UJyiRP:#]> A~ %g "
"O"^\f OpticStudio支持全面的黑盒功能，建議用于此目的。但是，如果無法提供 Zemax 黑匣子文件，則可以使用以下過程。 ;Wp`th!F }I'>r(K
qH}62DP3 澤尼克相位數(shù)據(jù) r4z}yt+ ix_$Ok 如果您想在不透露處方數(shù)據(jù)的情況下將像差數(shù)據(jù)分發(fā)給客戶，則可以由 OpticStudio 生成這些 Zernike 相位系數(shù)，或者如果您正在測量沒有處方數(shù)據(jù)的鏡頭，則可以通過干涉儀生成。根據(jù)您的干涉儀軟件，您可能已經(jīng)擁有OpticStudio Zernike格式的數(shù)據(jù)，網(wǎng)格相位數(shù)據(jù)或.INT文件。OpticStudio可以處理所有這些，但在本文中，我們將僅使用Zernike數(shù)據(jù)。 2EI m ` wsMybe#
&_Xv :? Zernike相位數(shù)據(jù)表示光學(xué)系統(tǒng)在特定場和特定波長下性能的測量。因為有關(guān)玻璃、曲率半徑、非球面系數(shù)等的信息。不是 Zernike 數(shù)據(jù)的一部分，無法將 Zernike 數(shù)據(jù)縮放到不同的場或波長。因此，對于要模擬性能的每個（場、波長）對，您將需要一組 Zernike 相位數(shù)據(jù)。這些可以通過為每個（場，波長）組合提供一個單獨的文件或（更有可能）為每個（場，波長）對提供單獨的配置來輸入OpticStudio。 u3 ri6Y` "S:NU .c?
有一個重要的例外：當(dāng)被建模的系統(tǒng)是全反射系統(tǒng)時，可以使用Zernike標(biāo)準(zhǔn)SAG表面來模擬給定場點的所有波長下的性能。下一期將詳細(xì)介紹此特殊情況。 x]jdx#' J6?_?XzToT
起始設(shè)計 d }6AH S [ /*x mv
$ 本文中使用的所有示例文件都包含在一個 zip 文件中，可以從本文頂部的鏈接下載該文件。我們將要看的第一個文件是“Cooke one field， one wavelength.zmx”，它基于 OpticStudio 分發(fā)的 Cooke 三元組示例文件。顧名思義，此文件基于單個（場，波長）對。 > GF(.:7  /: c,v- 1.cUol nr
它的波前看起來像這樣： tMs| UC  `HZHVV$~ l{7Dv1[Ss 它的光斑大小是這樣的： L -oPb)  nms<6kfzL e"&9G}.f
5qAE9G!c 現(xiàn)在，澤尼克系數(shù)是描述光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的波前誤差的緊湊方法。為了產(chǎn)生“黑匣子”模型，我們必須首先生成具有相同一階特性的近軸光學(xué)系統(tǒng)，然后用Zernike數(shù)據(jù)像差該近軸系統(tǒng)產(chǎn)生的波前。 kgI.kT(= KE|u}M@v 6
我們需要的關(guān)鍵近軸數(shù)據(jù)是出口瞳孔位置和出口瞳孔直徑。所有波前數(shù)據(jù)都是在出射瞳孔中測量的，因此我們的黑匣子系統(tǒng)必須具有相同的瞳孔數(shù)據(jù)。對于此文件，瞳孔數(shù)據(jù)如下所示： Z_ FL=S\ 出口瞳孔直徑 = 10.2337 mm t$kf'An}/ 出口瞳孔位置 = -50.9613 mm )]e d;V V,* 0<7h 近軸當(dāng)量 :_[cT,3 $>*/']> 打開文件“Paraxis Equivalent.zmx”。它模擬了相同的系統(tǒng)，只有一個近軸透鏡表面： ^`PSlT3<F  G^eFS; i|! 9o:
k=q%FlE 請注意以下幾點： R~mMGz ·它使用與原始設(shè)計相同的場和波長。 RBp(dKxM$w
·其入射瞳孔直徑設(shè)置為與原始系統(tǒng)的出射瞳孔直徑相同的值。在此文件中，入射瞳孔、停止曲面和出射瞳孔都位于同一位置。 *Uw #
·近軸透鏡的焦距和到圖像表面的厚度均設(shè)置為等于原始文件的-1*出瞳位置。-1因子是因為EXPP是從圖像到瞳孔測量的，但表面厚度是從瞳孔到圖像的距離，因此需要改變符號。 jwE(]u
·系統(tǒng)具有與原始系統(tǒng)相同的一階屬性。 Ph!NY i, %X-&yGY
E/Gs',Y 該系統(tǒng)的出瞳與原始系統(tǒng)的出瞳大小完全相同，位置相同。為了在近軸透鏡輸出上添加像差，我們在近軸透鏡之后使用Zernike標(biāo)準(zhǔn)相位表面。我們的目標(biāo)是獲取原始透鏡的澤尼克系數(shù)，并將它們添加到近軸等效透鏡的澤尼克表面上。 3@WI*PMc ."@a1_F|
sMpC4E  >C d&K9H [T?6~^m= 在鏡頭之間復(fù)制澤尼克數(shù)據(jù) )-Sl / G @42lp reT 返回“Cooke One Field One Wavelength.zmx”文件，然后單擊“分析…波…澤尼克標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)”。OpticStudio計算系統(tǒng)的波前，然后擬合一系列Zernike多項式。 \?]HqPibx  b}{9
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波前的采樣和Zernike項的數(shù)量都可以由用戶通過“設(shè)置”對話框定義。確定波前是否充分采樣或澤尼克項數(shù)量的關(guān)鍵參數(shù)是RMS擬合誤差和最大擬合誤差。此設(shè)計使用采樣和項數(shù)的默認(rèn)參數(shù)，可提供 #mF Al|O 2|H'j~
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這意味著，當(dāng)我們從從澤尼克系數(shù)重建的波前中減去真實的波前時，誤差是百萬分之一波的數(shù)量級。這已經(jīng)足夠接近了！但是，一般來說，您可能需要調(diào)整波前采樣和最大 Zernike 項才能達到可接受的擬合。 eOnl
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我們現(xiàn)在需要將澤尼克系數(shù)數(shù)據(jù)從這個設(shè)計轉(zhuǎn)移到近軸等效設(shè)計中。這可以通過打印出 Zernike 數(shù)據(jù)并重新鍵入來完成，但這很乏味。對于宏來說，這是一個很好的工作。 <:}AC{I x?& xz; 以下宏（也包含在文章附件中），稱為Zernike Readout.zpl，從此鏡頭獲取Zernike數(shù)據(jù)，并將其以Tools…在額外數(shù)據(jù)編輯器上導(dǎo)入數(shù)據(jù)可以讀取。它經(jīng)歷的步驟如下： WiCM,wDi ]R.Vq\A%S
2o7C2)YT$ 首先，它定義了它需要的所有變量（L1-19）。 ^*~u4app ! This macro writes out the Zernike standard coefficients o2U J*4 ! of a lens file in a format that can be directly imported ~w}[
._'#M ! into the Extra data Parameters of a Zernike Standard Phase surface G Z[5m[ ! First define the variables we need -bX.4+U ! Enter whatever values are appropriate ;;J98G|1 ! Use INPUT statements if you prefer ,rPyXS9Sa{ max_order = 37 # can be up to 231 YVV $g-D} sampling = 2 #sampling is 1 for 32×32, 2 for 64×64 etc xB] v
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