Zemax中有一些表面定义的时候使用了归一化半径,而不是原本的位置坐标(即不使用 Z= f(x,y) 或 Z= f (r)的方式来定义)。
对于使用归一化半径的那些表面,大多数sag的表达式在系数表示方面用的是 Z= f(ρ) 。这里的可以是 ρ= x/Norm radius, 或ρ= y/Norm radius 或ρ= r/Normradius.归一化半径是没有量纲的。默认的归一化半径值是100,下面介绍一下如果需要在已经定义好的表面基础上更改归一化半径,在保证矢高不变的情况下系数该如何更改。
例如常见的扩展多项式面型的矢高定义如下所示:
假设当前表面中设置的归一化半径的值为 M ,那么根据参数14的说明,把多项式的前几项为:
即要将归一化半径从M变为1时,要保证不改变 Ze 对应系数的变更应该如下表所示:
归一化半径 | 系数1 | 系数2 | 系数3 | 系数4 | 系数5 | 系数6 |
M | A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | A6 |
1 | A1/M | A2/M | A3/M/M | A4/M/M | A5/M/M | A5/M/M/M |
对于Zernike Standard Sag 表面,是由与偶次非球面(支持平面、球面、圆锥面和多项式非球面)相同的多项式加上附加 Zernike Standard 系数定义的附加非球面项组成,面矢高的形式为:
可以看到附加项矢高是通过 Z=f(ρ,φ)(“Zernike Standard 系数”)来描述的,其中的ρ是归一化径向坐标,假设设置的归一化半径是N,那么(r,θ)处的归一化坐标ρ = r/N, 其中r = srqt(x*x+y*y),对应的Zernike Standard 多项式的系数如下图所示:
与上面讨论的扩展多项式类似,上面的附加项展开是Z= A1*Term1 + A2*Term2+A3*Term3+ A4*Term4+…,但如果按照上面的思路来进行系数的换算的话,观察Z4项/Z11就会发现,对于包含了有常数项的Zernike项,还要复原参数带来的常数项影响。
例如对Zernike Standard Sag 更改Norm radius如果通过更改系数来维持表面矢高不变,为简单起见仅使用Zernike项到第5项,假设一个表面初始的归一化半径设定为10,现在要更改到100,原Zernike项的系数A1=A2=A3=A4=A5=1根据上面扩展多项式的例子,可以知道Z2~Z5系数的对应关系如下:
归一化半径 | A2 | A3 | A4 | A5 |
10 | 1 | 1 | 1 | 1 |
100 | 10 | 10 | 100 | 100 |
由于Z4是有常数项的,系数缩放后常数项(也被缩放)与原来的值不同,我们可通过更改Z1的系数A1把这个影响消除掉。原来式子中的常数项为 1-sqrt(3),现在式子中的常数项为 A1*1 - 100*sqrt(3)。
上下两式相等计算得到新的A1=1-sqrt(3) +100*sqrt(3)=172.473。
如下图所示在软件中设置相应的参数来验证:
1、新建空白文件,将表面1设置为Zernike Standard Sag 表面,设置表面1的半直径为100, 参数13 最大项数# = 5
2、添加两个多重结构,输入上表不同归一化半径的系数,其中结构1代表归一化半径 = 10,结构2代表归一化半径 = 100。
对于更改归一化半径之后的Z1的系数,可以通过软件来计算,在评价函数中添加如下操作数,利用SSAG实现在两种不同的结构中计算同一个位置的矢高值,优化目标是让两种设置中的sag值一样(通过第5行DIFF实现,注意第5行设置了权重)
在Multi configurationeditor将结构2中的参数A1设置为变量,优化后软件计算得到正是上面分析的理论值。
通过以上的方法,可在需要将已经设计好的表面重新调整Norm 但不想面型改变时,来指导系数的修改。但实际上Norm Radius不改变通光孔径,只是一种定义面型的方法。
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原文标题:Zemax不同面型的归一化半径如何设置
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