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前言

在Zemax OpticStudio中，默認(rèn)的蒙特卡羅公差分析功能中，系統(tǒng)僅會(huì)計(jì)算一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)果常常是多波長、多視場的方均根結(jié)果。 如果用戶需求是單一視場、單一波長的話，可以利用內(nèi)部設(shè)定輕易完成。但是如果有很多個(gè)波長或視場要分開看時(shí)，每一種條件都跑一次公差分析的話太過耗時(shí)。這時(shí)就會(huì)需要用公差腳本來輔助計(jì)算各種不同的標(biāo)準(zhǔn)。而產(chǎn)生出來的結(jié)果表格，要用Excel或是MATLAB等軟件分析，或用ZPL來獲取數(shù)據(jù)并繪圖。本文章將會(huì)簡述這個(gè)過程，并提供范例程序。

設(shè)定范例

我們打開Zemax OpticStudio中內(nèi)置的Cooke 40 degree field范例檔案來說明。

首先移除所有變量以及求解。

然后把所有的孔徑都固定。

將公差設(shè)定如下

接下來打開評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器設(shè)定我們要分析的標(biāo)準(zhǔn)。

以上每一行的評(píng)價(jià)函數(shù)就是等一下我們會(huì)分析的標(biāo)準(zhǔn)，所以這里共有16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

我們的配置如下：

弧矢 MTF與子午 MTF

波長 1與波長 2

波長 1與波長 2

頻率 30 lp/mm與頻率 50 lp/mm

因此一共有222*2=16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

撰寫公差腳本

接著我們需要寫一個(gè)簡單的公差腳本以供等一下公差分析開始時(shí)使用。 

我們點(diǎn)選公差選項(xiàng)卡 > 公差腳本 > 新建...

并在出現(xiàn)的窗口中輸入下面內(nèi)容后存檔。

REPORT指令就是稍后要在報(bào)表上顯示此數(shù)值的意思。

雙引號(hào)中的字符串不要有空格，這是因?yàn)楹竺娴腪PL會(huì)以空個(gè)作為單字分隔符號(hào)，有空格的話會(huì)擾亂取值。

執(zhí)行公差分析

現(xiàn)在執(zhí)行公差選項(xiàng)卡 > 公差分析并設(shè)置如下

我們跳過靈敏度的步驟。

腳本字段要選擇前一個(gè)段落中我們存檔的公差腳本。

我們設(shè)置500個(gè)蒙特卡羅運(yùn)行數(shù)

確認(rèn)完畢后即按 “OK” 執(zhí)行公差分析

如下圖一樣，如果使用四核心電腦，就可以看到電腦一次會(huì)計(jì)算4個(gè)蒙特卡羅系統(tǒng)。

執(zhí)行完畢后可以看到系統(tǒng)產(chǎn)生的文字報(bào)告如下圖：

總共有500個(gè)蒙特卡羅系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)又都回報(bào)16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

使用ZPL抓取數(shù)字并繪圖

文章提供的ZPL范例主要是利用GETT這個(gè)指令搭配循環(huán)抓取數(shù)據(jù)，依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)分類，然后統(tǒng)計(jì)，最后通過PLOT指令來產(chǎn)生繪圖圖表。

我們點(diǎn)擊一下編程選項(xiàng)卡 > 新建宏，并輸入文章提供的ZPL代碼，然后存檔。

然后在編程選項(xiàng)卡的宏列表中打開剛剛保存的宏文件。

執(zhí)行后，系統(tǒng)會(huì)依次詢問：

1.公差分析結(jié)果文字的窗口編號(hào)

2.蒙特卡羅運(yùn)行次數(shù)

3.在公差腳本中總共使用了多少個(gè) REPORT 指令

系統(tǒng)會(huì)把資料抓取結(jié)果以及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都列出來，以供檢查是否有問題。

最后把數(shù)據(jù)繪制成新窗口。

這些曲線的顏色對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)可以在設(shè)置選項(xiàng)卡 > OpticStudio選項(xiàng) > 顏色中找到。 

其他范例

下圖顯示的是 Double Gauss 28° feild的公差分析結(jié)果，均為MTF（30 lp/mm）。共包含 10 個(gè)視場，并執(zhí)行了 5000 組蒙特卡羅模擬。可以看到曲線較為平滑。

本 ZPL 示例中，默認(rèn)采用 √n（n 為蒙特卡羅數(shù)量）個(gè)采樣點(diǎn)來繪制曲線。

下圖是不同視場時(shí)MTF差異大的系統(tǒng)分析結(jié)果。

總結(jié)

Zemax OpticStudio通過公差腳本以及 ZPL，可以完成非常復(fù)雜的公差分析工作，本示例僅展示了其中極小的一部分功能。

例如，公差腳本可用于模擬產(chǎn)品在組裝過程中可能出現(xiàn)的對(duì)位行為，從而精確計(jì)算該對(duì)位過程對(duì)產(chǎn)品良率提升的影響。

而ZPL采用類似 BASIC 的簡易語法，使沒有編程經(jīng)驗(yàn)的用戶也能快速上手。

此外，OpticStudio 在 2015 年推出的 ZOS-API 是更為強(qiáng)大的程序控制接口，用戶可以使用 C++、C#、Python、MATLAB 等語言來控制 OpticStudio，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計(jì)與分析任務(wù)。