Zemax入门基础之优化

Zemax入门TK|Zemax问题集1Zemax问题集第五章优化(Optimization)Zemax入门TK|Zemax问题集2Question1：已知透镜的孔径、厚度、曲率半径皆为固定，可是边缘厚度希望为零，现在我将suf设在2和3之间，target设零，weight设100，但我发现我没有变量，不能优化，所以将厚度0.8设为变量去跑优化，没想到透镜厚度变更宽，MXEG似乎没用。请问可以在不跑优化，也就是不设罝meritfunction的情形下，将透镜边缘厚度改为零吗？Answer：可以在不跑优化，也就是不设罝meritfunction的情形下，将透镜边缘厚度改为零：具体做法是在thickness上按右键，用solve进行Edgethickness的设罝。或者您也可以试着使用ETVA(edgethicknessvalue)这个操作数。Zemax入门TK|Zemax问题集3Question2：如何使SpotDiagram中的RMS&GEO变小?Answer：在MeritFunction中提供几个命令来Follow您Default的内容来做SpotSize的优化，分别是RSCE、RSCH、RSRE、RSRH，您需根据您所Default的参考依据来选择其中一个命令来使用，如Centriod、ChiefRay、Ring、Grid...etc。Question3：在优化过程中，如何定义在不同Pupil的地方，其LongitudinalAberration曲线可以依照自己的意思跑吗？Answer：当在使用AXCL和LACL等命令时，无法使用Hx、Hy、Px、Py来控制实际光线所走的路径，此时会是一类型似默认的方法来达到优化，通常在Pupil的0.8处有交点，但若当您使用REAY等命令时，您可在Py的地方给定0~1的值，即代表您希望在Pupil上的某个点所出射的光线其LongitudinalAberration会最小，即可在不同的Pupil处依您的意思去做优化。Zemax入门TK|Zemax问题集4Question4：如何使用ZEMAX的功能来分析镜头的TVDistortion?Answer：关于TVDistortion的分析同样可使用ZEMAX的分析功能，分析功能在Anaylsis-Miscellaneous-FieldCurv/Dist和GridDistortion。FieldCurv/Dist图表的右半边为Distortion的百分比曲线，其与GridDistortion的图表为相对应的关系，即左图的百分比愈大时，右图的方格将变形，而TVDistortion可能是因格子等比例放大时，虽然是失真，但由于等比例放大，所以图像整体看起来还是没有变形的，此时在百分比曲线中，看起来是线性的。当然，这是要根据您所要设计的TVDistortion规格来对镜头做设计，您可在MeritFunction中，选择适当的优化操作数，如DISG、DIST、DIMX...etc，来做优化。在下图中，是以DISG来定出当要求最大场点失真为10%时，然后对镜头优化出一线性关系，以上描述，为提供您在做TVDistortion分析时的参考。操作分式则与您在使用MeritFunction对镜头做优化时的方法相同。Zemax入门TK|Zemax问题集5Zemax入门TK|Zemax问题集6Question5：请问在ZEMAX中，有那些优化操作数可针对不同的非球面系数项下不同的权值?Answer：您可使用的优化操作数有PMGT、PMLT、PMVA、COGT、COLT、COVA…等，来针对不同的非球面系数项下不同的权值，说明如下：PMGT：限制非球面系数项大于Target值，并可下权值。PMLT：限制非球面系数项小于Target值，并可下权值。PMVA：限制非球面系数项等于Target值，并可下权值。COGT：限制Conic系数项大于Target值，并可下权值。COLT：限制Conic系数项小于Target值，并可下权值。COVA：限制Conic系数项等于Target值，并可下权值。由于非球面系数项是定义在LDE的Parameter栏中，所以您会发现在选用PMGT,PMLT,PMVA时，会要求您键入非球面系数项所对应的Parameter栏，之后您即可针对不同的系数项给定不同的权值以达到您的需求。Question6：在ZEMAX中，如何利用DefaultMeritFunction来同时对系统的两个表面做SpotSize最小化的优化?Answer：当您建好20个表面系统的前10个表面，DefaultMeritFunction的参考选择RMS、SpotRadius、Centroid时，会以数个TRAC的操作数来默认您的MeritFunction，之后您可在MFE中的Tools-Save，把您目前的MF存成A.mf，现在您要做的一件事情，就是利用Wordpad或记事本去开启A.mf，然后把所有的TRAC0置换成TRAI10，因为TRAI可以控制中间面的图像质量，然后再加上后面的10个表面，再重新Default一组MF来控成像面(Sur20)的质量，然后再把您刚刚所修改的A.mf中的所有TRAI10贴到后来所Defult的MF之后，这样一来您即可在20表面的系统中同时做两个表面的SpotSize最小化优化。Zemax入门TK|Zemax问题集7Question7：在ZEMAX中，要如何设罝系统为像方的远心(telecentric)系统?Answer：您可以使用优化操作数RANG来达成。藉由控制主光线在与成像面的夹角为0(Hx=0,Hy=1,Px=0,Py=0)，这意谓主光线(ChiefRay)会平行光轴，也就是出瞳的位置为无穷远。我们可以运行优化来使系统达成远心系统，但前提是要有足够的变数(曲率和厚度)来达成远心条件的设计。物方的远心系统可运用相同的技巧。我们以ZEMAX的例子Cooke40degreefield.zmx来做示范：1.将原先Fixed的Semi-Diameter栏改为Automatic。2.设罝优化操作数RANG以及DefaultMeritFunction为RMS、SpotRadius、Centroid。Zemax入门TK|Zemax问题集83DLayout图－优化前：Zemax入门TK|Zemax问题集93DLayout图－优化后：Zemax入门TK|Zemax问题集10Question8：设计一个透镜，LED发出的光通过此透镜之后会变成平行光源。目前遇到的问题是：在surf3遇到了全反射无法做优化不知道用哪些MeritFunctionOperands可以有效降低优化函数值（我尝试过RANG和REAY都没有得到很好的效果）?Answer：这是因为边缘光线超出镜片之外且有部分指定的光线发生全反射，建议您可以改进的方式如下：1.先不要将Surf2和Surf3的Semi-Diameter设为固定(Fixed)，让所有的光线能通过镜片，等优化完后再去决定您需要的透镜半高。2.因为出现Error917:Errorintarget1.TIRatsurface3!，表示Py=1时的光线会全反射，所以您可先试着对Py=0.8时做优化(Target值可依据目前的Value来决定)，之后可能会出现Error917:Errorintarget17.TIRatsurface3!，表示这个默认的操作数所指定的Px在计算时同样会造成全反射，故可先将其删掉。3.在完成上述步骤后，您应该可以继续您的优化工作，此时还要注意，您REAY的Target=3有问题，应该是小于透镜半高才正确，故应是小于1.5左右的值。(如果您的半高如上所述不设为固定，则它的值约为1.6左右)Question9：在ZEMAX中，对于H与P的定义，其意义为何？Answer：MeritFunction的设罝基本上可以依照个人需求及习惯设罝，H与P是Field与Pupil的归一化设罝，因为各种情形下的Field与Pupil会有所不同，所以利用归一化（0～1）来避免这个麻烦。例如设罝RANG是与Z轴的角度来计算，设罝PY＝1时（也就是最外面的光线）与Z轴的角度为0，PY=0.5时（一半的地方）角度也为0，选择成像面为分析的表面，则光线在我的成像面上将会是平行光。Zemax入门TK|Zemax问题集11Question10：如何缩短优化的时间?若设计一个单一波长的非球面ObjectiveLens，遇到最大的问题在于SphericalAberration。若将Lens的两个面设罝为EvenAsphere，并将Radius、Conic、4th~10th设罝为变数，则在使用ZERN作为优化运算参数，并分别对4，9，16项去作运算，需要花上数十分钟的时间，才能达到PV值=0.0004波长的要求。是否搭配RSCH及MTFT可加速运算时间?或着是否须再设罝其它参数?Answer：加快优化速度仅能从硬体着手，即CPU速度1GHz以上，或使用多CPU的方式，而ZEMAX提供多CPU的方式如下图所示。Zemax入门TK|Zemax问题集12Question11：在TracePro中自己建立的面光源模型有可能转入ZEMAX中吗?Answer：可将光源汇入至ZEMAX中，但在序列性描光模式只可使用理想光源。如果使用面光源，必须切换至非序列描光模式，因此就不能优化透镜。Zemax入门TK|Zemax问题集13Question12：在MeritFunction里，如何控制LongitudinalAberration?Answer：LongitudinalAberration是在Analysis中的图表分析，其所指的是LongitudinalChromaticAberration，在ZEMAX中，有两个优化命令可以分别消除LongitudinalChromaticAberration和LateralChromaticAberration，各为AXCL和LACL，您必须在Wave1和Wave2键入您所设罝的波长之两极端的值，例如：您使用的波长1、2、3分别为R、G、B的三个波长，则Wave1键入1和Wave2键入3，Target键入0，Weight键入10，则可有效消除红光与蓝光在光轴上之ChromaticAberration，所以您可在优化后再次比较Analysis中的图表分析，将可发现有明显的改善。Question13：请问「MeritFunctionEditor」和「Multi－ConfigurationEditor」如何使用？Answer：“MeritFunctionEditor”是使用一些操作数或命令来控制图像质量，如REAY，EFFL，MTFA。Multi－ConfigurationEditor通常用在变焦系统、分光等光学系统中，它可帮助用户对LensDataEditors中的某一资料设置多个状态，如曲率半径、厚度、光学材料等，也可以对System菜单下的General、Field、Wavelength的参数进行设置。Zemax入门TK|Zemax问题集14Question14：可否在ZEMAX中观察追迹光线的平行度？我们设计了一个系统，光线有点发散，想知道它发散的程度。Answer：可以在meritfunction中添加ISNA这个操作数，通过其计算像方的数值孔径的值，再换算成出射光线的角度，就可以知道它的发散程度了。其实还有一种方法可以直接看光线在各个面上的角度。方法是：Analysis-calculation-raytrace(Ctrl+Y)，显示的资料就是光线在各个面上的Directcosine或Tangent值。Zemax入门TK|Zemax问题集15Question15：因为RMS优化的DefaultMeritFunction似乎只有针对Image面，而A+B系统中我只想先针对A系统的最后一面做RMS优化，所以两者MeritFunction似乎不能同时写在一起，或是有什么命令可以针对某特定面做RMS优化？还