一、
zemax的spot diagram的看圖方式說明
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]e 光學(xué)設(shè)計程序zemax中有個很常用的評測
光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量的分析工具－spot diagram，中文翻譯就是點圖，借助它可以形象的對光學(xué)系統(tǒng)
成像進(jìn)行很好的描述。這里寫下本人對spot diagram的體會和認(rèn)識。 可以通過多種方式在zemax中顯示點圖，
) ^ 7- qy 3(3-#MD0 方式一：直接點擊在屏幕菜單工具欄中的“Spt”按鈕；
C:ntr=3J ]zh6[0V7V 方式二：選擇菜單 Analysis-Spot Diagrams-Standard。
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9Tj 48LzI@H& 點圖的原理是顯示光學(xué)系統(tǒng)在IMA面上的成像。換句話說，它就是通過計算，把一系列物方的點通過光學(xué)系統(tǒng)以后，成像在IMA面上的情況給實際繪制出來。
4$ ^rzAi5 o+g\\5s 為了表現(xiàn)方便，它可以選擇一系列預(yù)定的模板形式，具體來說，比如一個在軸上的點，從無限遠(yuǎn)成像到IMA面上，zemax就模擬在無限遠(yuǎn)有若干個發(fā)光點，這些點平行射入入瞳，然后經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)，最后成像在IMA面上。顯然如果光學(xué)系統(tǒng)是完美的光學(xué)系統(tǒng)，那么這些點成像點為一個理想的點。
~F13} is <(_${zR 但對于實際的光學(xué)系統(tǒng)，就會成像為一個彌散斑。那么這個彌散斑在IMA面上的像，就是Spot Diagram。 同理，在非軸上點，也可以參照主
光線的角度和位置，形成一系列的發(fā)光點，經(jīng)過入瞳最后成像在IMA面上最后也形成一個彌散斑。
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LX</xI08W 如何通過spot diagram看
光學(xué)設(shè)計的質(zhì)量，簡單說，這個彌散斑越小越好。如果你發(fā)現(xiàn)彌散斑足夠小，滿足你對光學(xué)系統(tǒng)最小彌散斑的要求（spot diagram的單位是微米）那么你的光學(xué)系統(tǒng)就完全可以
~}g) N j"9Zaq_ 進(jìn)行實際的加工了。換句話說，就是你的光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)可以設(shè)計完成了。
N**" u"CX >o5eyi 如何才知道你的光學(xué)系統(tǒng)足夠的好？這里有個參考，就是airy斑的參考。airy斑是物理光學(xué)的一個概念。它指出在形成的彌散斑直徑在2.44*F*(主波長)以內(nèi)的時候，該光學(xué)系統(tǒng)可以認(rèn)為是理想（完美）光學(xué)系統(tǒng)。這樣當(dāng)你在spot diagram圖中，在setting菜單中，設(shè)置顯示airy斑。然后發(fā)現(xiàn)你的點圖完全都在airy斑環(huán)之內(nèi)，你就可以認(rèn)為你的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)完美。
&uXu$)IZ tUhr gc 但實際上，很少有光學(xué)系統(tǒng)，可以滿足符合airy斑直徑的要求。那么說明你的光學(xué)系統(tǒng)有
像差。究竟是哪種像差在起主要作用？主要的像差有，球差，慧差，像散，場曲，畸變。
J5SOPG 6. 6x$y3v 這些像差在spot diagram上的表現(xiàn)各不相同。但由于一個光學(xué)系統(tǒng)通常是各種像差的混合。因此需要你對spot diagram的形狀進(jìn)行判斷。確認(rèn)是主要是哪種像差，然后通過修改玻璃，或者曲率 以及光闌的位置等加以調(diào)整。
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<w 在spot diagram中還有幾個
參數(shù)可以參考，RMS RADIUS，均平方根半徑是一個重要的半徑參數(shù)，它是彌散斑各個點坐標(biāo)，參考中心點，進(jìn)行的坐標(biāo)平方和后，除以點數(shù)量，然后開方的值，這個值的半徑可以反映一個典型的彌散斑的大小，但它不是全部彌散斑的直徑，全部彌散斑的直徑是GEO RADIUS。 RMS RADIUS是重要的反映彌散質(zhì)量的參數(shù)，它和在
優(yōu)化中，MF的值極大的吻合。(就是說MF的某個視場最后值就是RMS的半徑)
x }i'2 %B(E;t63W 二、Zemax基本像差的控制和優(yōu)化
]~7xq)28 #K\;)z(? 光學(xué)設(shè)計論著中評價光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計階段的成像質(zhì)量通常使用兩套像差曲線體系。一個是“獨立幾何像差”，分別描述了成像光束在像空間的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。例如軸上點球差和軸向色差曲線，軸外點像散、場曲曲線，等等，其優(yōu)點是很明顯的，能夠直觀的了解該項像差的定性和定量數(shù)值。對于特定的光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計人員容易從該系統(tǒng)可能存在的主要像差分析入手，快速了解和控制像差優(yōu)化進(jìn)程中變化趨勢，很方便制定下一步校正方法。其缺點就是系統(tǒng)性不強，只能反映影響像質(zhì)的某些方面，不能反映全局的像差情況。一個是“垂軸像差曲線”，定義為不同孔徑子午、弧矢光線和主光線在理想像平面上的 交點之間的距離來表示。其直接給出了不同孔徑的光線對在像平面上的彌散位置，反映了像點的大小和光束能量集中程度，全面顯示了系統(tǒng)的成像質(zhì)量。
-)[~%n#X+t 4 IXa[xAm 單項幾何像差和垂軸像差都是用來描述系統(tǒng)的成像質(zhì)量的，兩者從不同的方向?qū)ο到y(tǒng)成像質(zhì)量進(jìn)行了描述。如果說垂軸像差側(cè)重于綜合性、總體性，那么單項幾何像差側(cè)重于局部、某個形態(tài)。兩者之間的關(guān)系可以概括為“系統(tǒng)”和“局部”的關(guān)系。也就是說，從垂軸像差曲線設(shè)計人員能夠宏觀的了解成像質(zhì)量的情況，例如：像點彌散斑大小，能量集中程度，彗差大小，場曲大小，軸外球差情況，從而判定系統(tǒng)的整體好壞。當(dāng)然，如果要更為直觀的、定量的了解垂軸像差曲線反映的像差情況，可以查看幾何像差曲線。ZEMAX中沒有提到的像差曲線，例如：軸外球差，彗差等。
(``|5;T\ dF'oZQz 正確的設(shè)計思路歸結(jié)如下：設(shè)計人員心中對系統(tǒng)的成像質(zhì)量評價要綜合使用目的、設(shè)計、加工制造等環(huán)節(jié)后建立的一套清晰的體系。
eb7~\|9l1i E[M.q;rM ZEMAX提供的工具很多，有些是側(cè)重某個方面的像差，有的是仿真計算某種光學(xué)特性。筆者認(rèn)為，設(shè)計人員手下的作品都是有針對性的，有服務(wù)方向的，就拿光學(xué)
鏡頭而言，攝像機鏡頭、數(shù)碼相機鏡頭、照相鏡頭、安防鏡頭、工業(yè)檢測鏡頭、電腦眼等等，更有偏重，各有自身的“最合適”評價和設(shè)計。成熟的設(shè)計人員不是追求像差極致、為像差所累的家伙，成熟的工程師是權(quán)衡設(shè)計用途，綜合考慮設(shè)計、使用和加工裝配綜合性能價格比，絕不是為了優(yōu)化而優(yōu)化。例如：設(shè)計人員都知道，通常使用的對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行評價的工具有MTF和點列圖。點列圖主要反映能量集中程度，彌散尺寸；MTF則預(yù)示了實際鏡頭的成像銳度以及分辨能力。然而這些有的時候還是不夠的。
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C 投影鏡頭設(shè)計需要了解成像細(xì)節(jié)邊緣的情況，這時可能需要引入“Line/Edge Response”，直觀的仿真景物邊緣被模糊的情形。
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