ZEMAX中文说明3(4)

Cancel：关闭对话框，但不改变默认公差。 Save：保存这个设置，以供特性使用。 Load：恢复前面保存的设置。 Reset：将设置恢复到默认值。 Help：调用在线帮助系统。

系统默认，ZEMAX 允许的Monte Carlo 分析从一个高斯“正态”分布中摘取一个任意值。一旦定义了默认公差，它们将和镜头文件一起被自动保存。如果在镜头数据编辑界面中插入另外的表面，则公差表面将自动被重新编号。 补偿的定义

在这里可以定义许多不同的补偿：任意一个表面或者一些表面的厚度（使用地最多），曲率，圆锥常数，任意的参数或者特殊数据值。多种结构操作数也可以被定义作为一个补偿。对于使用特殊组成的倾斜和偏心作为补偿，参数值是很有用的。要被倾斜的表面必须已经被定义成一个坐标断点（或者也许是一个倾斜表面），并按要求带有一些适当的拾取求解。

系统默认象面焦距被指定作为一个补偿。你可以增加或者删除补偿来使这个分析适合你的特殊情况，可以使用任意多的补偿。通常，使用更多的补偿将放宽公差，但使系统的实际校准复杂化。可以使用公差操作数COMP、CPAR、CEDV、和CMCO 来定义所有的补偿。操作数的定义在“公差控制操作数”一节中描述。当使用一个过程来定义公差程序时，补偿可以被修改，在模拟的校准过程的不同阶段可以定义不同的公差组合。关于这个选项的详细内容，可参见这一章后面的“公差过程的使用”部分。 公差分析的执行

一旦所有的公差操作数和补偿都被定义好了，则可以执行公差分析了。为了执行公差分析，从主程序菜单栏中的工具菜单中选择公差规定。

显示的对话框有几个控制，它们被说明如下：

快速公差模式：本来，快速公差规定仅仅考虑了以近轴后焦距误差作为补偿的情况下的变化；其它所有的公差都将被忽略。快速模式对于粗略的公差规定是非常有用的，它的速度通常是标准模式的公差规定的50 倍。

评价：评价控制被用来指出什么将被用作一个评价图形。其选项为：

RMS 斑点尺寸（半径，x，或者y）：这对于那些不接近于衍射极限的系统来说是最好的选择；例如，那些象差大于1个波长的系统。这是一个最快速的选项。对于这个公差分析ZEMAX 总是采用质心参考。

RMS 波前：这对于那些接近于衍射极限的系统来说是最好的选择；例如，那些象差小于1 个波长的系统。它几乎和RMS 斑点尺寸一样快。对于这个公差分析ZEMAX 总是采用质心参考。

评价函数：使用一个镜头定义好了的评价函数。这对于用户自定义公差规定标准来说是有用的。对于那些有非对称视场，或者有拦光的重要的表面口径的系统，用户自定义评价函数也是被要求的。如果使用了用户自定义评价函数，则没有边界约束将会被自动加到这个评价函数中。

几何或者衍射MTF（平均，子午，或者弧矢）：这对于那些需要一个MTF 说明的系统来说

是最好的选择。如果选择了平均，则使用子午和弧矢反应的平均值。如果选择了几何MTF，ZEMAX 将使用MTF 的近似值，这样计算起来是快速的，对于公差规定目的来说是足够精确的。如果公差被放宽了，则基于MTF 公差规定的衍射可能是有问题的，这是因为如果OPD 误差太大了，则衍射MTF 可能是不可计算的，或者是没有意义的。如果空间频率是足够高的，并且对于MTF 的结果是足够差的，以致于在低于陪分析的频率的一些频率处达到了零，这尤其是正确的。MTF 是最慢的默认标准，基于计算的衍射要比几何慢一点。MTF 是子午和弧矢反应的平均值。MTF 被计算处的频率是在“MTF 频率”控制中被指定的。

瞄准误差：瞄准误差被定义为轴上视场追迹的主光线的半径坐标除以有效焦距。这个定义产生了象的角度偏离的一个测量。ZEMAX 通过仅仅使用一个BSER 操作数（关于BSER的详细内容可参见优化一章）来模拟瞄准误差。任意元件或者表面的偏心或者倾斜都将趋向于偏离主光线和增加BSER 操作数的值。瞄准误差总是在主波长处被计算的，以弧度表示。这个标准仅仅被那些半径对称系统所使用。注意，瞄准误差没有给出象质的指标；它仅仅是轴上光线偏离的一个测量。

用户过程：一个用户过程是一个宏，象一个命令文件，它在公差规定过程中定义了用作镜头的校准和评估的过程。关于这个选项的详细内容，可以参见这一章后面的“公差过程的使用”部分。

模式：模式是灵敏度或者反转灵敏度。灵敏度分析计算了对应于每个公差极值的评价函数的变化。反转灵敏度分析计算了每个公差的值，它导致了由最大标准指定的结果的降低。反转灵敏度模式将改变公差操作数的最小值和最大值。更多的信息可参见这一章中其它地方的关于“最大标准”和“反转灵敏度”的描述。

过程：如果要使用用户过程评价函数，这就是这个过程的名称。用户过程必须是一个以扩展名TSC 结尾的ASCII 码文件，必须在与可执行的ZMEAX.EXE 程序相同的目录中。

MTF 频率：如果MTF 被选择作为一个评价，那么这个控制是起作用的，被用来作为MTF 频率的定义。MTF 总是在象空间中被测量的，以线对每毫米表示。

最大标准：在使用反转灵敏度模式时，这个控制是起作用的，被用来定义对于反转公差计算的可接受结果的限制。例如，假设评价是RMS半径尺寸，一个系统的名义RMS 为.035mm。如果最大标准被设为0.050，那么ZEMAX 将计算每个公差的最小值和最大值，它将结果降低称为一个值为0.050 的RMS 斑点尺寸。最大标准必须表现出比名义系统所要求的更差的结果。当使用MTF 作为一个评价，则最大标准是更低的MTF 范围，因为更低的数值象征着更差的结果。可以通过按下在最大标准编辑窗口附近“?”来计算当前选择的标准的名义评价函数。

视场：通常来讲，用作优化和分析的视场定义对于公差规定是不适合的。例如，一个旋转对称镜头可以使用0、7、和10 度的视场定义。对于公差规定目的，当分析倾斜或者偏心公差时，视场定义的对称性的缺乏可能会导致错误的结果。当为公差规定而构建一个评价函数时，ZEMAX 可以使用三个不同的视场设置：

Y 对称：ZEMAX 计算最大的视场坐标，然后仅仅在Y 方向上的+1.0、+0.7、0.0、-0.7、和-1.0 乘以最大视场坐标处定义新的视场点。X 方向的所有值全都被设为零。这对于旋转对称镜头是默认的。

XY 对称：类似于Y 对称，只不过这里要使用9 个视场点。那5个Y 对称点被使用，仅仅在X 方向上增加了-1.0、-0.7、+0.7、和+1.0。

用户自定义：使用在当前镜头文件中存在的视场定义。当使用渐晕因子、规定多重结构镜头的公差、或者使用公差过程时，需要这个选项。当规定非旋转对称镜头或者带有复杂的视场权重的镜头时，也高度推荐使用用户自定义视场。如果用户自定义视场被使用，则将不执行权重的调节。对于Y 对称情况，中心点有一个2.0 的权重，其它所有的点都有一个1.0 的权重。对于XY 对称，中心点有一个4.0 的权重，其它所有的点为单位量。

采样：采样被用来设置在计算公差评价函数时要追迹多少条光线。越高的采样追迹越多的光线，给出越好的结果。然而，执行时间也将增加。通常，一个3 的采样对于光学系统的质量来说时足够了的。有高的象差数量的系统要求的采样比低象差的系统要高。决定最好的采样设置的最可靠的方法是先在采样为3 的情况下运行，然后再在采样为4 的情况下运行。如果结果有适度的改变，则使用高的设置。如果它们有较大的改变，则要检查更高的采样设置。如果结果改变不多，则返回到较低的采样。设置比要求更高的采样只会增加计算的时间，而不会增加结果的精确性。

执行灵敏度：如果这个选项被选中则将执行灵敏度（或者反转灵敏度）分析。如果这个选项没被选中，则它将绕过灵敏度部分和过程，直接到Monte Carlo 模拟。

优化循环#：这决定了ZEMAX 将如何严格地努力去优化补偿值。如果被设为自动，则ZEMAX 将调用“自动”模式的优化，它将运行优化，直到补偿的优化已会聚于一点了。对于粗略的公差规定，可以使用低的数值，如1、2、或者3。如果补偿是很难优化的，则一个较高的设置将会提高精度。如果选择了太少的优化循环，则公差将是比较讨厌的；预知的结果将比实际结果要差。“自动”设置用起来是最安全的。较高的设置是以运行时间为代价来提高精度的。仅仅在快速模式被关闭时采用这个选项。

显示描述：如果被选中，每个公差操作数的意义的一个完整描述将在分析报告中被提供。如果没被选中，则仅仅列出公差操作数的缩写。

显示补偿：系统默认，在灵敏度分析过程中补偿不会被打印出来。如果这个选项被选中，每个补偿值将和每个公差在评价函数中的变化一起被打印出来。

Monte Carlo：这个控制被用来指定将要执行多少Monte Carlo 模拟。20 的默认设置值将产生20 个符合指定的公差的随机镜头。更详细的内容可参见“Monte Carlo 模拟”部分。Monte Carlo 运转的数目可以被设为零，这将从摘要报告中省略Monte Carlo 分析。

统计：选择高斯“正态”分布、“均匀”分布、或者“抛物线”分布。这个设置仅仅被Monte Carlo 分析使用；参见关于统计模式和“STAT”命令的详细说明，这个命令提供了对使用的统计模式的详细控制。

保存MC 运行：这个选项被用来保存在Monte Carlo 分析过程中产生的指定数目的镜头文件。这个值指定了被保存的镜头文件的最大个数。例如，假设选择了20。在产生第一个Monte Carlo 镜头之后，这个镜头文件将被保存到文件MC_T0001.ZMX 中。第二个MonteCarlo 镜头文件将被产生，然后被保存到文件MC_T0002.ZMX 中，等等。仅仅开始的20 个Monte Carlo 镜头被保存（最后一个是MC_T0020.ZMX）。如果少于20 个的Monte Carlo 运行被要求，则保存

少于20 个的镜头。要确保你没有名为MC_Txxxx.ZMX 的镜头文件，因为当这些文件被保存时ZEMAX 将覆盖这些文件，而没有警告。这个特性的目的是为了进一步研究由Monte Carlo 特性产生的镜头。

结构#：对于多重结构镜头，这指出了哪个结构将被用来规定公差。仅仅选择的结构才被考虑，这个结构的编号将在最后的报告中被打印出来。如果选择了“所有”，则所有的结构将被同时考虑；在这种情况中，仅仅允许使用一个用户自定义评价函数和用户自定义视场。隐藏除最差外的其它所有：如果选择了，则所有的灵敏度数据的打印都将被关闭。这对于减小输出报告的尺寸是很有用的。“隐藏”选择栏通常与“显示最差”控制联系起来使用。“显示最差”控制可以被设置来仅仅分类和显示一定数量的公差操作数；这允许仅仅打印输出最严格的公差的限制。

显示最差：参见上面的“隐藏除最差外的其它所有”。

单独列出视场：当被选择时，ZEMAX 将分别对每个视场点列出预报结果。这允许将镜头结果作为一个视场位置的函数来详细检查。对于每个视场点在Monte Carlo 分析中的标准、最好、最差、平均、和标准偏离都将被列出。

强制光线瞄准：如果被规定公差的镜头已经使用了光线瞄准，则在估计公差时将使用光线瞄准。如果光线瞄准没有使用，则仅当选择了这个选择栏时才使用光线瞄准。通常，光线瞄准的使用将产生更精确的结果，但计算速度也更慢。对于初步或者粗略的公差工作，将这个开关拨向默认值“关闭”，但对于最后或者精确的公差工作，则将这个开关设为“打开”。

覆盖MC 图表：如果被选择了，对于每个Monte Carlo 产生的镜头，每个打开的分析图表窗口（如光线特性图或者MTF 曲线图）都将被更新和覆盖。对于显示模拟镜头的结果的总的范围，这个最后图表是很有用的。那些不会自动改变比例的分析图形是最有用的，如MTF、MTF vs. 高度、能量圈、和其它允许用户定义固定比例的图表，如光线特性图。静态、文本、和编辑窗口不会被更新。在公差分析完成以后，被覆盖的图形窗口将被标记作为静态窗口。对于每个MC 镜头来计算每个分析图表的时间将明显地减慢公差分析的速度。

状态：在公差分析的计算过程中，公差法则用这个控制被来提供状态信息。 在这个对话框的底部也有六个按钮： OK：使用当前的选项来执行公差分析。 Cancel：不执行公差分析而退出这个对话框。 Terminate：终止公差分析。

Save：保存当前选择的选项，以供进一步使用。 Load：恢复前面保存的设置。 Reset：将设置恢复为默认值。

一旦所有的选项都被选择好了，按下OK 以开始公差分析。关于计算方法的详细内容在下一节中被提供。

ZEMAX 是如何计算公差分析的

ZEMAX 通过将这个镜头保存到一个临时文件中来开始公差分析，在公差分析完成以后这个临时文件将被用来恢复这个镜头。在公差规定中所作的所有改变最后都将被丢弃，最初的

镜头文件将不作修改地被恢复。例外情况是在反转灵敏度分析过程中，在那里公差数据最小和最大限制可以被改变。

然后ZEMAX 将取消所有的变量。求解可以被留下来，然而，求解可能会在公差规定过程中导致一些问题；更多的信息可参见这一章后面的“带有求解的公差规定”部分。公差操作数被读取，以及由指定的COMP 和CPAR 定义的补偿参数被设为变量。如果使用了一个公差过程，则在这个公差规定过程中定义的补偿可以被修改。

如果在被规定公差的镜头中，光线瞄准是被打开的，或者如果“强制光线瞄准”开关被选择了，那么在公差的估计中将使用光线瞄准，否则，光线瞄准将被关闭。使用光线瞄准计算的公差是更准确的，但执行速度也较慢。关于光线瞄准的详细内容可参见“系统菜单”一章。然后ZEMAX 使用在公差对话框上的评价、视场、MTF 频率、和采样设置来为公差规定定义一个适当的评价函数。由于这是仅仅对这个临时文件所做的，所以为这个镜头所作的原始评价函数不会被扰乱。

边界约束被加到评价函数中来将补偿限制到使用COMP 和CPAR 命令指定的最小和最大边界内。如果使用了一个用户自定义评价函数，或者如果快速模式是打开的，则关于补偿的边界约束被忽略。然后ZEMAX 调用优化函数对于定义的补偿来查找最好的值。然后保存最后的镜头文件，以供公差规定法则后面使用。如果快速模式是打开的（见下），则仅仅调整后焦距，而不是优化这个镜头。这个镜头的评价函数被认为是“名义”评价函数。注意，这个名 义评价函数值与在优化或者评价函数编辑窗口中被报告的评价函数值通常是不一样的，因为ZEMAX 仅仅为公差规定的使用构建了一个新的评价函数。然后ZEMAX 继续运行灵敏度、反转灵敏度、或者Monte Carlo分析，如下所述。 快速公差规定模式

对于公差的评估，ZEMAX 有两种方法：快速和标准。如果“快速公差”模式被选择，则要采取几个假设，这将大大加快公差评估的速度。首先，所有定义的补偿和补偿边界约束全都被忽略掉。使用一个简单的焦距误差求解来将后焦距作为一个补偿来执行。这意味着这个焦距要被调整来保持这个名义镜头设计中离焦数量，而不会努力将后焦距重新优化地正好。这些假定大大加速了公差评估，导致这个分析提高了大约50 倍的速度。如果后焦距是唯一被要求的补偿，则快速模式是高精度的；具有代表性的是，快速模式的结果在慢得多的标准模式的结果的几个百分数。

如果快速模式没有被打开，则ZEMAX 将使用优化法则来寻找所有补偿的最好的值。如果后焦距是唯一的补偿，则快速公差模式是非常快的、正确的、而且应该被使用，这个系统可以被近轴光线描述得很好，如果那些旋转对称的系统。如果系统是高度非对称的或者有多个补偿，则不应该使用快速公差。当搞不清楚时，则可运行两种模式，然后比较结果。

在快速模式打开或者关闭时，灵敏度、反转灵敏度、或者MonteCarlo 分析法则都可以工作。由于快速模式不能很好地优化补偿，所以快速模式的结果通常比标准模式的结果要麻烦一点。 灵敏度分析

对于灵敏度分析，将使用下面的法则对每个公差进行独立求值：恢复临时镜头。

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