Zernike像差建模的案例
Ansys Zemax | 如何使用 Zernike 凹陷表面對全反射系統(tǒng)進行建模
本文介紹如何使用Zernike標準下垂表面對全反射系統(tǒng)進行建模。全反射系統(tǒng)是一種特殊情況，其中Zernike凹陷表面可用于模擬給定場點的所有波長下的性能。使用Zernike凹陷表面代替Zernike相位，因為衍射功率與波長變化時的反射功率不同。一個相位波是任何波長的一個波，但0.5微米處的一個下垂波在1.0微米處只有半個波。(聯(lián)系我們獲取文章附件)
介紹
這是“如何使用Zernike系數(shù)對黑盒光學系統(tǒng)進行建模”的姊妹篇。兩篇文章可一起閱讀。
Zernike數(shù)據(jù)表示光學系統(tǒng)在特定場和波長下的性能測量。因為關于玻璃、曲率半徑、非球面系數(shù)等的信息。不是 Zernike 數(shù)據(jù)的一部分，無法將 Zernike 數(shù)據(jù)縮放到不同的場或波長。
如果您使用的是全反射設計，則可以使用Zernike標準凹陷表面來描述給定視場下所有波長的光學系統(tǒng)像差，因為全反射系統(tǒng)不會遭受色差。
約洛望遠鏡示例
例如，考慮類似Yolo望遠鏡的：
這個沒有遮擋的望遠鏡產(chǎn)生這樣的波前：
現(xiàn)在，要使用 Zernike 下垂曲面制作等效系統(tǒng)，我們只需要出口瞳孔位置和直徑，如上一篇文章所示。此數(shù)據(jù)是：
出瞳直徑 = 701.681 mm 出瞳位置 = 9484.22 mm
仍然遵循上一篇文章，可以產(chǎn)生如下一階等效系統(tǒng)：
其中，系統(tǒng)的入射瞳孔直徑設置為原始Yolo的出射瞳孔直徑，近軸透鏡的焦距設置為與出射瞳孔位置相同的值。這為我們提供了一個與原始參考球體半徑相同的一階系統(tǒng)。
然后，我們以下垂為單位導出 Zernike 數(shù)據(jù)。執(zhí)行此操作的宏類似于原始文章中提供的宏，但添加了額外的縮放因子：
SUB get_scale
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展開 用于眼睛像差評估的Shack?Hartmann傳感器建模
Zernike多項式可用于區(qū)分和量化眼睛產(chǎn)生的像差類型[2]。</p><p><br></p><p>這種系統(tǒng)會產(chǎn)出一個在精度、靈敏度和動態(tài)范圍之間折中的結果。例如，大的微透鏡將提高系統(tǒng)靈敏度。但大型微透鏡也意味著無法檢測到透鏡區(qū)域內(nèi)波前的局部變化，這意味著結果精確度的損失。</p><p><br></p><p>為了獲得像差波前的可靠重建，在OpticStudio中對系統(tǒng)進行建模有助于確定單個微透鏡元素尺寸并評估系統(tǒng)對結果的影響。事實上，系統(tǒng)建模能夠評估所選鏡頭附加波前變形的潛在影響，并可能校準系統(tǒng)。</p><p><br></p><p>對于建模來說，系統(tǒng)可以分解為三個部分：人眼建模、采集光學系統(tǒng)和Shack-Hartmann傳感器。本文將描述每個部分的建模以及評估系統(tǒng)性能的分析工具。</p><p><br></p><p>在本文中，不會對將焦點聚焦到視網(wǎng)膜的注入部分進行專門建模，主要關注的是采集光學系統(tǒng)和傳感器。</p><p><br></p><p><br></p><p><strong>第1部分：人眼建模</strong></p><p><br></p><p><br></p><p>已經(jīng)提出了幾種不同的方法來對如此排列復雜的人眼結構進行建模。此處使用的方法可在之前的微信推送中找到：<a href="http://mp.weixin.qq.com/s?
展開 Ansys Zemax | 用于眼睛像差評估的Shack?Hartmann傳感器建模
下表描述了與 Zernike 多項式和 Zemax 命名法相關的不同像差。Z4 項主要取決于眼睛屈光不正，并且是通常對波前變形的最重要因素。這是在改變玻璃體長度的多重結構內(nèi)Zernike參數(shù)中觀察到的主要變化。像散、慧差和球差與眼睛后段問題的關系更大。三階像差通常幅度較低，但它對視力的影響非常明顯，尤其是在弱光環(huán)境下。
現(xiàn)在也可以在表面 22 處讀取在角膜后面為正常眼睛建立的以下Zernike 多項式，如下圖所示：
在角膜（表面8）： 透鏡后（表面22）：
通過將Shack?Hartmann 前面的 Zernike 參數(shù)與眼睛瞳孔前的參數(shù)進行比較來評估光學系統(tǒng)在幾種像差情況下的可靠性。Shack?Hartmann模型證明該設備的尺寸正確，可以評估眼睛產(chǎn)生的波前變形。
幾何圖像模擬
幾何圖像分析可用于查看 Shack?Hartmann 傳感器上的結果：
在這個模型中，我們從視網(wǎng)膜上的點源開始，但實際上，激光照亮的視網(wǎng)膜主要是散射和吸收的。因此，在本文中，我們將切趾形式定義為高斯。
如下圖所示，我們可以通過多種方式查看傳感器平面中的輻照度。我們可以通過每個焦點相對于每個微透鏡軸上的參考位置的位移來評估波前的局部斜率。整個二維數(shù)據(jù)集可以在與分析相關的文本文件中恢復，然后可以使用該數(shù)據(jù)集測試算法并評估其可靠性。
物理光學傳播
為了考慮衍射效應而不僅僅是斑點的位置，我們可以使用物理光學傳播 (POP) 工具從視網(wǎng)膜（表面1）到成像傳感器表面（像面）。
POP 光束定義中的參數(shù)是通過讀取Analyze…Reports…Prescription Data下的物空間數(shù)值孔徑找到。
物空間數(shù)值孔徑定義為：NA=n，sin(θ)=0.126。
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