一旦完成了透镜设计,分析选项就可以让你用不同的方法来评估它的性能.从简单的光线追迹,到点列图,到以波动光学为基础的计算,例如MTF,RMS波前差, 点扩展函数PSF,甚至还包括衍射光束的传播. CODEV软件中这些选项的大多数都会有图表. 本章中还将对选出的这些属性给出输入和输出实例. 对程序所提供的分析宏指令也将给出指南性论述.
目录
CODEV中的分析选项
诊断分析
几何分析
衍射分析
分析宏指令
多层膜设计
4.1.CODEV中的分析选项
一个光学系统的性能可以用很多种方式来定义和描述.CODEV有多种分析方式,每一种又有多个选项.
提示:多数分析属性都是真实的CODEV选项(在Command视窗中用命令GO来执行). 然而一些属性实际上是用一个单一命令运行的LDM命令,而另外一些才真正是宏指令.这些分类仅仅在使用命令时才显出重要性,并且,在附录A的命令列表中以评论的方式进行注释说明.
4.1.1.诊断分析
诊断分析属性可以帮你更详细了解一个正在设计的光学系统. 可以在Analysis>Diagnostics菜单中找到, 并且是以具有多种表示形式的真实(或者近轴)光线追迹为基础. 下面是一些当你使用具体诊断分析时的例子.
1.傍轴光线追迹(Paraxial ray trace, FIO), 可以显示出光瞳和中间像的位置.
2.实际光线追迹(Real ray trace, (RSI,SIN)), 比较详细的显示出具体的光路,帮助设计者用标准光线就可以决定孔径尺寸和评估问题,避免进行其它运算.
3.场曲(Field Curves, FIE)是与视场有关的像差曲线,尤其是像散和畸变.
4.高斯光束追迹(Gaussian beam trace, BEA)是表示”慢”光束的特性,最典型的是激光系统. 能提供束腰和光斑尺寸的有关信息.
5.光瞳图(Pupil maps, PMA)可以显示光程差在出瞳上的分布.表明光瞳的密集度和被拦截光线的位置.
6.视场图(Field maps, FMA), 是按照视场被网格化的一种形式表示各种分析结果,帮助设计者检验视场(或像面)范围内的性能变化.
7.光线轨迹图(footprint, FOO)显示一个指定表面上来自于所有视场和变焦位置的光线的范围. 有助于查明由于某些孔径的尺寸不够对光线造成不希望的阻拦.
一些诊断属性在前几章已经用过.另一些属性将在本章中介绍. Diagnostics菜单中有许多属性,一些比较专业(例如,双目视场曲线仅仅适用于某些诸如平板显示器之类的目视光学系统).要了解更多的信息参阅在线Reference Manual 或者Help.
提示:要学习Analysis菜单中的某种属性,最容易的方法就是从菜单中选中它,显示其输入对话框,然后点击F1键就可以得到此项属性有关内容的帮助.许多帮助主题包含有很多页.
4.1.2.几何分析
分析和评价整个系统的像质有多种方法,通常使用追迹一组光线来模拟输出光束或波前. 对一个像差已经校正的非常好的理想光学系统,衍射也会使该系统产生有限大小的像点.但是几何分析忽略衍射效应,因此在几何分析的范畴一个理想光学系统对一个点光源成像的点尺寸可以是0.
提示:CODEV里几何分析和衍射分析属性都是基于光线的网格化. 为了在系统的瞳孔范围内有一个良好的抽样,重要的是要追迹足够的光线. 通常是以缺省的形式运作,但是如果有非球,遮挡或者其它特殊属性,你或许希望追迹更多的光线.大多数选项都有一个被称为”直径上的光线数目(NRD)”的属性,用来控制光线密度.
下面是几何分析选项的部分项目:
1.点列图(Spot diagram,SPO)是以光线为基础表示每个视场图像分布的几何形状. 对成像质量提供一个良好的目测印象.
2.径向能力分析(Radial Energy Analysis,RAD)是对点列图的一种定量分析,给出包含有特定百分比能量的直径.
3.探测器分析(Detector Analysis,GDE)是计算到达探测器(尺寸和位置都是一定的)上的几何光线的数量和能量.
4.1.3.衍射分析
以衍射为基础的计算是考虑光的波动性.除了光束传播选项(BPR)外,所有的以衍射为基础的计算都是使用传统的光线追迹,一直到系统的出瞳,并在该处计算光线网格的OPD值,瞳孔的形状(由于孔径的原因)和透射性(由于切趾,偏振效应和瞳孔像差的原因). 然而光瞳函数被变换计算, 并得到所希望的结果(MTF, PSF等).
光束传播选项的工作原理却不一样,要适当的考虑出瞳之前表面的衍射效应.对于BPR选项的有关讨论和实例,请查阅在线手册Reference Manual. 下面是以衍射为基础选项的部分项目.除了光束传播和耦合效率选项外,以衍射为基础的选项都是多色的, 使用在LDM中定义的波长和光谱权重.
1.MTF(振幅传递函数)用来确定系统的频响. 诸如系统的清晰度和分辨率之类的特性都与MTF有关.
2.Point Spread Function,PSF. 点扩展函数是一个计算一个点物体的像.实际上其它几种计算,包括线扩展函数(Line Spread Function, LSF),包围圆能量(Encircled Energy)和探测器能量(Detector Energy),都是从PSF中推导出.
3.Wavefront Analysis(WAV). 波前分析是计算多色均方根(RMS)波前误差,并且可以完成以波前为基础的最佳聚焦计算.
4.Partial Coherence(PAR). 部分相干是一个特殊的但也是很强的一个选项,主要用于分析显微光刻系统, 当然它也可以用于其它装备有部分相干照明的投影系统.
5.Beam Propagation(BPR). 光束传播是使用特殊的方法对整个光学系统(不仅仅在出瞳位置)中实现光线和波前表达式之间的转换. 对于此外的一些情况,具有慢光束和空间滤波器的系统中的自由空间光束传播是非常重要的. 要特别注意用BPR取样.
6.Fiber Coupling Efficiency,CEF.是另外一个特定的以PSF为基础的选项.它用来确定从一个光学系统耦合到一根淡漠光纤中的能量.
4.1.4.其它分析
光学知事隅 