ZEMAX软件应用专题：波前（OPD）计算方法解析

波前的計算

當我們說波前時，事實上通常是指波前 “差”，或是光程差，指的是同一件事。OpticStudio預設使用出瞳作為波前差的計算參考。因此，當我們要計算一條光線的OPD時，此光線會從物面出發後一路追跡穿過光學系統，最終到達像面後，在循原方向後退追跡到 “參考球面”。此參考球面的球心是主光線與像面的交點，半徑是主光線與像面交點到主光線與出瞳面的焦點。然後我們就計算這條光線的總光程，並扣去主光線的光程 (因此主光線的光程差永遠為零，因為他本身就是零的參考點)。

要驗證這個敘述，讓我們打開這個內建範例： \Documents\Zemax\Samples\Sequential\Objectives\Double Gauss 28 degree field.ZMX。
讓我們在像面之前新增兩個面，第一個面的厚度給予設定求解 = Pupil Position，第二個面給予設定求解 = Pickup，設定為前一個面的厚度乘以-1。並指定第二個面的Radius為求解Pickup，一樣是前一個面的厚度乘以-1。第二個面就是我們所說的參考球面。

目前為止設定如下：

然後我們在Merit Function中使用OPTH這個操作數驗證視場1、波長編號2，經過光瞳Py = -1位置的光線以及主光線，兩條光線在參考球面上的光程差。注意我除以波長編號2的波長 (wavelength)，因此單位會是波長 (waves)。下面可以看到我們算出來是0.272387 (須乘以一千倍)。

然後我們打開OPD Fan並設定如下圖，可以看到Py=-1的時候，波前差確實是-0.272387。

現在讓我們來驗證看看離軸的視場，例如說我們想看最大的視場3。首先我們清空評價函數編輯器，然後先暫時把出瞳面的Radius設回無限大。

輸入以下資料到評價函數中，目的是計算主光線在出瞳面上的位置、角度以及到像面所經過的光程。

記住這三個數字：

  * Chief ray 在出瞳上的位置是1.651577781670081

  * Chief ray在出瞳空間中的角度是11.96474523412040

  * Chief ray從出瞳到像面的距離是110.4592649799319

接下來我們使用Tilt/Decenter工具來移動並傾斜出瞳，如下。

然後可以看到系統自動加入兩個Coordinate Break以及相關設定，如下。

最後在確保把Chief的長度設定到出瞳的Radius上。

便可以看到系統現在如下。

打開評價函數，重新輸入以下數值驗證。

可以看到目前的最大視場 (Hy=1) 邊緣光線 (Py=-1) 的波前差等於3.555676，跟OPD Fan中的結果一致。

在Wavefront Map中也可以驗證到。

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