Zemax公差分析：提升设计精度的关键步骤

一. 设定Tolerance Data

1. 一般情况我们可以利用Zemax 的Default Tolerances 进行设置，在Tolerance Data Editor 中Tools 菜单下有Default Tolerances 选项。

弹出如下对话框:

 在此对话框可以对各面的R值，TC,偏心(Decenter),倾斜(Titlt),不规则度(Irregularity)

  及材质的公差进行设定。各项意义如下：
Surface Tolerances 一列

 Ｒadius.(半径公差)，它可以使用一个具体的量(Millmeters 此为Lens Unit)作为限制，也可使用干涉条纹数(Fringes)做为限制。

 Thickness(中心厚度),它以当前ZemaxFile 中的Lens Unit 做为单位。
Decenter X/Decenter Y   偏心公差差
Tilt X/Tilt Y   面的倾角
S + A Irreg Spherical and Astigmatism    不规则度(仅对于Standard Surface Type)
Zern Irreg    泽尔尼克不规则度(Zernike Irregularity)
Index    玻璃材质折射率

Abbe 玻璃材质色散系数

Element Tolerances 一列

 只有Decenter 及Tilt 的设定，其意义同上，但与Surface Tolerances 的区别是它将应用一个元件而不是一个光学表面。 Start At Row 设定由Default Tolerances 在Tolerances Data Editor 中的启始行。 Use Focus Comp (使用后焦补偿) 如果确认（打勾），则在Tolerances Data Editor 中第一行会 出一项有关Compensator（补偿）的设定。

2.其它功能

在Tolerance Data Editor 的Tools 菜单中还有如下功能：

  Loosen 2x 将现有各项Operands 的Min 及Max 值放大一倍
 Tighten 2x 将现有各项Operands 的Min 及Max 值缩小一倍
 Sort by Surface 将现有各项Operands 以Surface number 排序(递增)
 Sort by Type 将现有各项Operands 以其类型排序(递增)
 Save 将现有的Tolerance Data 存入一个文件
 Load 从现有的Tolerance Data 文件中导入相应数据

二. 执行Tolerancing

在Zemax 的Tools 菜单下选取Tolerancing,执行公差计算。

Zemax 将弹出另一对话框：

对此对话框说明如下：
Fast Tolerance Mode: 此项仅对近轴后焦偏差视为补偿器(Compensator) 时有效。 即在Tolerances Data Editor 中存在一行有关后焦的补偿器设定。在Default Tolerance 中选中Use Focus Comp 就可以生成此补偿器的设定。此模式比一般模式（没有选中此项）的运算模式快50 倍。
Criteria: 准数，标准 其中的选项类似于Merit Function 中的Operands,各项意义为：

RMS Spot Radius
RMS Spot X
RMS Spot Y
RMS Wavefront
Ｍerit Function
Gemo. MTF Avg
Gemo. MTF Tan
Gemo. MTF Sag
Diff. MTF Avg
Diff. MTF Tan
Diff. MTF Sag
Boresight Error
User Script

 前12 项为具体的像质评质函数,包括点大小、Merit Function 值、几何MTF、Diffraction MTF值。其中对于没有趋近衍射极限的系统应首选前三项，即RMS Spot Size。而对于趋近于衍射极限的系统则最好选择MTF。

 Mode公差计算模式   主要包括Sensitivity（像质响应度 也可理解为灵敏度，以公差范围为计算基础）及Inverse Sensitivity（像质评价 此为上一模式为反操作，即以像质评质作为计算基础）两种模式。其主要区别在于前者由用户在Tolerance Data Editor 中指定的公差范围作为运算基础，求出各项在最小值及最大值的状况下其像质特性(Performance)。后者则依据用户在Max Criteria 中设定的最大（像质）标准的前提下，求出各项(Operand)的允许公差范围。简而言之，前者由公差推导出像质的变化，后者由从期望的像质变化范围得出公差范围。

 Fields: Zemax 提供三个选项，其意义分别为：
        Y-Symmetric(Y 轴对称),Zeamx 将以Y 轴1.0,0.7,0,-0.7,-1 五个视场计算
         XY-Symmetric(XY 轴对称),除上Y-Symmetric 中五个选项参与运算外，另有X 轴上１.0,0.7,-0.7,-  1.0 四个视场参与运算，即共有九个视场。
      User Defined:用户定义，Zemax 将直接使用当前Lens 的Fields 定义进行计算。
MTF Frequency: 如果在您在Criteria 中选择了MTF 的设定，就需要在此处指定MTF 所针对的频率。
Cycles ：指出在计算过程对补偿器(Compensator)优化次数。默认为Auto,Zemax 对Compensator 优化次数取决于Compensator 的收敛(Converge)程度。用户也可以自定义优化次数 。

  Sampling:计算公差函数(Tolerance Merit Function 即Tolerance Data Editor 中Operands 构成)时使用的描光光线数。计算精度与其成正比。其实际描光光线数视在Criteria 中选项而有所不同。

Statistics:(统计方法),主要有高斯正态分布(Normal distribution),非正态分布(Uniform)或抛物线分布（Parabolic）。此方法主要用于公差汇总(Summary Report)时Monte Carlo 分析。
Monte Carlo:（统计试验的利用随机抽样和其他统计方法得出数学或物理问题答案的解题方法）设定将执行Ｍonte Carlo 模拟的次数。具体的解释详见<<Zemax Manual>>中Monte Carlo Analysis 部分。
Save MC Runs:指定在计算过程对于中间过程的存储文件数。最大为20 个文件。Zemax在进行公差计算时，会动态改变Zemax 文件中的参数，以作判定，计算前会存储原始文件，待计算结束时恢复回来。而在计算过程中Zemax 文件也会不断改变，此时用户便可选择对中间过程进行存储，并以MC_T00XX.zmx 的形式存储。
Configuration #:此项目针对Multi_Configuration 系统计算公差选择相应的配置Configuration.
Show worst:选择在Report 中显示的Worst Offenders 的数目。Worst Offenders 为一顺序列表。在Report 中一般形如

 如果Changes 为０表示此公差对整体的像质没有影响，相应数字表示其对整体像质的影响状况。Worst Offenders 以Changes 值以递减顺序排列。

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