光学设计程序zemax中有个很常用的评测光学系统质量的分析工具-spot diagram,中文翻译就是点图,借助它可以形象的对光学系统成像进行很好的描述。这里写下本人对spot diagram的体会和认识。 q^L"@Q5;
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可以通过多种方式在zemax中显示点图,方式一:直接点击在屏幕菜单工具栏中的“Spt”按钮;方式二:选择菜单Analysis-Spot Diagrams-Standard。 VY@`)
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点图的原理是显示光学系统在IMA面上的成像。换句话说,它就是通过计算,把一系列物方的点通过光学系统以后,成像在IMA面上的情况给实际绘制出来。 s1X?]A
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为了表现方便,它可以选择一系列预定的模板形式,具体来说,比如一个在轴上的点,从无限远成像到IMA面上,zemax就模拟在无限远有若干个发光点,这些点平行射入入瞳,然后经过光学系统,最后成像在IMA面上。显然如果光学系统是完美的光学系统,那么这些点成像点为一个理想的点。 Tq8U5#NF
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但对于实际的光学系统,就会成像为一个弥散斑。那么这个弥散斑在IMA面上的像,就是Spot Diagram。 d-I=xpB
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同理,在非轴上点,也可以参照主光线的角度和位置,形成一系列的发光点,经过入瞳最后成像在IMA面上最后也形成一个弥散斑。 G%CS1#
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如何通过spot diagram看光学设计的质量,简单说,这个弥散斑越小越好。如果你发现弥散斑足够小,满足你对光学系统最小弥散斑的要求(spot diagram的单位是微米)那么你的光学系统就完全可以进行实际的加工了。换句话说,就是你的光学系统已经可以设计完成了。
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如何才知道你的光学系统足够的好?这里有个参考,就是airy斑的参考。airy斑是物理光学的一个概念。它指出在形成的弥散斑直径在2.44*F*(主波长)以内的时候,该光学系统可以认为是理想(完美)光学系统。这样当你在spot diagram图中,在setting菜单中,设置显示airy斑。然后发现你的点图完全都在airy斑环之内,你就可以认为你的光学系统设计已经完美。 `J;g~#/k
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但实际上,很少有光学系统,可以满足符合airy斑直径的要求。那么说明你的光学系统有像差。究竟是哪种像差在起主要作用?主要的像差有,球差,慧差,像散,场曲,畸变。 |WgFLF~k
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这些像差在spotdiagram上的表现各不相同。但由于一个光学系统通常是各种像差的混合。因此需要你对spotdiagram的形状进行判断。确认是主要是哪种像差,然后通过修改玻璃,或者曲率以及光阑的位置等加以调整。 GMpg+rK
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在spotdiagram中还有几个参数可以参考,RMS RADIUS,均平方根半径是一个重要的半径参数,它是弥散斑各个点坐标,参考中心点,进行的坐标平方和后,除以点数量,然后开方的值,这个值的半径可以反映一个典型的弥散斑的大小,但它不是全部弥散斑的直径,全部弥散斑的直径是GEO RADIUS。 k7 Ne(4P
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RMS RADIUS是重要的反映弥散质量的参数,它和在优化中和MF的值极大的吻合。(就是说MF的某个视场最后值就是RMS的半径) ?O9|
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