【成像光学进阶】在ZEMAX中验证参数的方法(含ZPL宏示例)||之晓光学

百科   2024-12-25 10:05   陕西  


在设计各类镜头时,优化到最后我们总是要关注系统的实际像高究竟是多少,按照选定的探测器,最终的实际视场和畸变是多大,如果镜头加工后在检测环节发现某指标出现问题就非常麻烦了。如果是扫描系统,例如F-theta镜,最终还需要验证一下像高与视场的线性程度。写科研本子的时候,我们也需要给出某些参数随另外一个参数变化的曲线。本文我就简单介绍几种我习惯的方法,希望能对各位工作和科研有所帮助。



Part1


Zemax中的通用绘图工具

Zemax软件自带了通用绘图工具,如果我们需要查看的参数可以直接用操作数表示,那我们可以直接在这里查看数据。例如在优化一个手机镜头的过程中,一个实际透镜表面面型可能非常复杂,我们需要防止在这个面上各个位置的光线入射角过大,那么在优化过程中,我们可以使用该工具考察。
例如在上图中,第十个表面边缘的弯曲程度较大,我们想要看一下对应的主光线入射角情况,最大视场为35度,具体设置和结果如下:
此外第13个面看起来间隔过小了,我们可以用二维绘图工具检查一下该表面有没有发生干涉,只保留第一个视场,则具体设置和结果如下:
结果表明轴上位置对应的间隔并不是最小的,目前元件之前并不存在干涉,但该问题仍需通过优化解决。


Part2


使用ZPL宏批量生成操作数

除了上述方法,我们也可以使用Zemax自带的宏语言编程自动生成操作数,除了批量导出数值,也可以直接给操作数赋相应理想值进行优化。

例如,我们想要批量查看像面位置上各视场的像高,假设在归一化视场里采200个样,可以直接用循环语句实现,代码示范如下:

# 设置视场数量

num_fields = 200


# 循环遍历每个视场

FOR I, 1, num_fields, 1

    # 计算实际像高

   X= I/ num_fields


  INSERTMFO I       # 插入评价函数


SETOPERAND I,11,"REAY"  # 设置操作数为REAY


 SETOPERAND I,9,1        # 设置操作数权重为1


  norm_f=I/num_fields  # 归一化视场坐标


  Y=I/num_fields   # 物面实际坐标,如果入瞳半径为1



  SETOPERAND I,5,norm_f  # 设置归一化Y视场坐标


 SETOPERAND I,2,10    # 第十个面为像面,可以替换成你想得到信息的那个面,比如第二面:I,2,2


NEXT

在循环语句中,(SETOPERAND I,5,norm_f  # 设置归一化Y视场坐标)的5表示hy值,即归一化的y视场,如果是激光整形或扫描系统之类可以计算得到理论像高的场合,也可以直接用下面的语句赋值:

SETOPERAND I,8,S    # 设置操作数目标值

S即表示具体的目标值,可以直接在循环语句中插入该数值的具体计算,以上就是Zemax宏最简单的一个用法,关于激光整形,Zemax官方提供了一个技术文章,我把链接放在下面,大家可以参考。宏语言的基本使用方法,大家也可以直接参考官网上的资料。

https://support.zemax.com/hc/en-us/articles/1500005489161-How-to-design-a-Gaussian-to-Top-Hat-beam-shaper

我们把编辑好的宏放在下面的文件夹下即可直接运行,上述代码运行效果如下:


Part3


总结

在本文中,我们介绍了几种在Zemax中验证光学系统实际参数的方法。首先,我们探讨了如何使用Zemax的通用绘图工具来快速分析和评估系统性能。然后,我们通过一个ZPL宏示例,展示了如何批量生成操作数,这对于需要处理大量数据的光学设计工程师来说是一个极大的便利。

使用ZPL宏不仅可以提高工作效率,还可以减少人为错误,确保设计的准确性。此外,宏的灵活性也允许用户根据具体需求定制化操作,这对于复杂的光学系统设计尤为重要。

总之,掌握Zemax中的通用绘图工具和ZPL宏的使用,将极大地提升您在光学设计和分析中的能力和效率。希望本文能为您提供实用的指导和帮助。

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