[已解决]求老师解惑 在同一位置的像面和标虚拟面的波前图不一样的问题

路上好多骨头

这是模拟的一个简单光路，平行光从光阑入射经过面2到达像面（面2和像面重合），分别在这两个面上观察波前却出现不一样的结果（左边是面2，右边是像面），求老师解答是什么原因。谢谢了！

最佳答案

月排行榜 / 总排行榜

wilhelm

2018-8-22 13:01

这个问题其实涉及到zemax算法背后的一些逻辑和假设。
首先，在观察波前图这类分析结果时，你需要搞清楚的是这个分析的参考是哪里。
先解释右边这个波前图：
当波前分析的是像面位置时，此时波前图的参考为当前视场主光线在像面上的位置为球心，该点到系统出瞳中心的距离为半径的球面为参考。
因此，在你的系统中，当波前图分析像面时，他的参考波前为一个球面。而此时出瞳上（在你的系统中就是1号面STO本身）光是平行光，因此波前为一个平面。我们用以个球作为参考基准去观察一个平面，两者之差自然而然会得到如你所见的一个球面分析结果。

(你可能会问这里是平行光没有波前差，参考球面也应该是平面才对啊。)
在输出光为平行光的系统你需要在系统设置--孔径设置中勾选无焦像空间（Afocal image space），勾选后它会把波前分析像面时的参考波前变为一个平面。不然zemax都是默认系统为聚焦系统。

再解释左边这个波前图：
为什么你看到位置和像面相同的虚拟面的波前分析图就是平面了呢？
这是因为zemax在分析系统中的表面（非像面）时，zemax会在后台自动移除之后的面替换为像面，并在该面的厚度上添加一个近轴边缘光线高度的求解类型，其求解高度为0。这句话的意思是边缘光线在下一个面（后台自动生成的像面）汇聚为焦点。
（注意：这里的后台自动移除之后的面和新插入像面都是在后台备份系统中完成的，并不会对你当前的系统产生影响。）
回到你的系统中，当你选择分析2号表面时，系统自动在2号面的厚度上添加了边缘光线高度为零的求解类型（后台完成，你不会在编辑器中看到），由于系统是平行光，因此只有当厚度为inf（无穷远时)才能满足这一求解类型，因此在这种情况下，根据前文所述，波前的参考球面半径无穷大，也就是说球面在出瞳处可以近似为平面，因此参考球面为平面。那我们用一个平面为参考，去衡量一个平面波前，自然而然会得到平面的分析结果，如你在波前图中看到的。
这一点你也可以自己加入一个边缘光线求解类型验证一下。

参考资料：zemax帮助系统“The Analyze Tab (sequential ui mode) > Image Quality Group > Rays and Spots > Ray Aberration (rays and spots)”词条中的“Evaluating results at intermediate surfaces”一节中的内容。为了方便大家了解，贴一张截图。

跳转到最佳答案楼层

wilhelm

这个问题其实涉及到zemax算法背后的一些逻辑和假设。
首先，在观察波前图这类分析结果时，你需要搞清楚的是这个分析的参考是哪里。
先解释右边这个波前图：
当波前分析的是像面位置时，此时波前图的参考为当前视场主光线在像面上的位置为球心，该点到系统出瞳中心的距离为半径的球面为参考。
因此，在你的系统中，当波前图分析像面时，他的参考波前为一个球面。而此时出瞳上（在你的系统中就是1号面STO本身）光是平行光，因此波前为一个平面。我们用以个球作为参考基准去观察一个平面，两者之差自然而然会得到如你所见的一个球面分析结果。

(你可能会问这里是平行光没有波前差，参考球面也应该是平面才对啊。)
在输出光为平行光的系统你需要在系统设置--孔径设置中勾选无焦像空间（Afocal image space），勾选后它会把波前分析像面时的参考波前变为一个平面。不然zemax都是默认系统为聚焦系统。

再解释左边这个波前图：
为什么你看到位置和像面相同的虚拟面的波前分析图就是平面了呢？
这是因为zemax在分析系统中的表面（非像面）时，zemax会在后台自动移除之后的面替换为像面，并在该面的厚度上添加一个近轴边缘光线高度的求解类型，其求解高度为0。这句话的意思是边缘光线在下一个面（后台自动生成的像面）汇聚为焦点。
（注意：这里的后台自动移除之后的面和新插入像面都是在后台备份系统中完成的，并不会对你当前的系统产生影响。）
回到你的系统中，当你选择分析2号表面时，系统自动在2号面的厚度上添加了边缘光线高度为零的求解类型（后台完成，你不会在编辑器中看到），由于系统是平行光，因此只有当厚度为inf（无穷远时)才能满足这一求解类型，因此在这种情况下，根据前文所述，波前的参考球面半径无穷大，也就是说球面在出瞳处可以近似为平面，因此参考球面为平面。那我们用一个平面为参考，去衡量一个平面波前，自然而然会得到平面的分析结果，如你在波前图中看到的。
这一点你也可以自己加入一个边缘光线求解类型验证一下。

参考资料：zemax帮助系统“The Analyze Tab (sequential ui mode) > Image Quality Group > Rays and Spots > Ray Aberration (rays and spots)”词条中的“Evaluating results at intermediate surfaces”一节中的内容。为了方便大家了解，贴一张截图。

路上好多骨头

wilhelm 发表于 2018-8-22 13:01
这个问题其实涉及到zemax算法背后的一些逻辑和假设。
首先，在观察波前图这类分析结果时，你需要搞清楚的 ...

谢谢老师解惑，这个困惑了我很久，终于知道了。谢谢！

隔壁的薛定谔

感觉这个波前很不科学，无法分析到真实的某处波前。