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但人眼系統(tǒng)具有相對較小的光瞳尺寸，因此在此類系統(tǒng)的設(shè)計上，一般會認(rèn)為球差和彗差並不十分重要。同理，其餘的像差在此也可先行忽略。隨著自由曲面製程技術(shù)的演進(jìn)，光學(xué)設(shè)計者得以摒除許多以往的限制條件。同時，OpticStudio具有優(yōu)越的運算能力，可以進(jìn)行規(guī)模較大的系統(tǒng)和更多影像參數(shù)的模擬。得益於此，眼科鏡片的設(shè)計可以有更進(jìn)一步的改善，我們將在以下的文章中詳述。

然後根據(jù)給定的相位設(shè)計微結(jié)構(gòu)。圖1顯示了該過程的流程圖。該圖表未涵蓋設(shè)計的詳細(xì)訊息，例如，微觀結(jié)構(gòu)可以是傳統(tǒng)的閃耀光柵或現(xiàn)代的超穎透鏡。所需的設(shè)計和製造方法可能會有所不同，具體取決於微結(jié)構(gòu)的類型。參考文獻(xiàn)[5]顯示了根據(jù)給定的相位輪廓生成閃耀光柵的範(fàn)例。它還討論了單點金剛石車床的製造。可以在我們的知識庫文章中找到用於生成閃耀光柵的巨集:如何使用巨集計算繞射光學(xué)元件的垂度。

陣列透鏡是照明系統(tǒng)中有用的光學(xué)元件。它是將單個光學(xué)元件組裝或形成為單個光學(xué)元件的二維陣列，用於在照明平面上將光從非均勻分佈空間轉(zhuǎn)換為均勻輻照度分佈。這篇文章討論了複眼空間光學(xué)積分器在數(shù)位投影機(jī)中的使用，以及如何在 OpticStudio 中對此類元素進(jìn)行建模。在數(shù)位投影器設(shè)計中，我們希望確保數(shù)位光源在輻照度分佈方面與投影圖像相匹配。

使用 OpticsBuilder，機(jī)構(gòu)工程師可以創(chuàng)建複雜的透鏡邊緣、安裝特徵和模組外殼，同時利用 Zemax 光線追跡直接查看這些元件如何影響光學(xué)性能。在這種情況下，鏡頭邊緣可能會為雜散光提供路徑以污染圖像。 OpticsBuilder 不僅可以在透鏡之間創(chuàng)建擋板，而且還允許設(shè)計團(tuán)隊了解抑制雜散光源的有效性。

但光線追跡上，我們是使用不同的方法來描述的。光線追跡的處理方式是如同上面第一張圖表的。過程中只有三條光線：入射、穿透以及反射。你可以隨意的放大檢視，永遠(yuǎn)只有三條線。膜層本身不用光線追跡來處理，而用不同的函數(shù)來操作。對於光線追跡，光學(xué)相位的超前或延遲都是沿著光線觀察的。Zemax OpticStudio直接追跡光線到基板的位置，忽略中間的膜層及其厚度。膜層被假設(shè)鍍在基板表面之前。

這篇Blog介紹了 OpticStudio 中的原生體積全像模擬功能，該功能可以在考慮其物理特性的情況下，在序列模式下對全像光柵進(jìn)行全面模擬和分析。在非序列模式下也透過使用 DLL 展示了相同的功能。這些分析對於設(shè)計用於虛擬實境 (VR) 和增強實境 (AR) 的抬頭顯示器 (HUD) 和頭戴型顯示器 (HMD) 等系統(tǒng)非常重要。我們將介紹模型中使用的理論和參數(shù)。

在這篇Blog中，我們描述了 OpticStudio 中可用於表徵高階雷射光束的模型。定義後，此類光束可以在 OpticStudio 中使用物理光學(xué)傳播設(shè)計的任何光學(xué)系統(tǒng)中傳播。從具有矩形、圓形和橢圓形增益孔徑的雷射共振腔產(chǎn)生的光束可以使用 Hermite-Gaussian、Laguerre-Gaussian Ince-Gaussian 光束的可用模型進(jìn)行表徵。

Alvarez變焦是一個了不起的光學(xué)系統(tǒng)，其中光學(xué)變焦是由自由曲面鏡頭的橫向位移提供的。這篇解釋了 Alvarez 變焦鏡頭的主要原理，並包括在 Zemax OpticStudio 中對 Alvarez 變焦鏡頭計算和建模的演示。Luis Walter Alvarez（生於1911 年 6 月 13 日 – 卒於1988 年 9 月 1 日）是美國實驗物理學(xué)家、發(fā)明家和教授。

光學(xué)相干斷層掃描（OCT）是一種斷層成像系統(tǒng)，可以根據(jù)從圖像反射或散射的光生成橫截面或三維圖像。 醫(yī)用組織成像是該系統(tǒng)的最典型應(yīng)用，因為OCT安全且具有高分辨率，儘管光可以穿透的深度限制在毫米量級。OCT測量系統(tǒng)依賴於邁克森干涉儀 (Michelson interferometer)，使得從參考物反射的光與樣品之間的相干性表明散射光源自樣品中與參考鏡的位置相對應(yīng)的深度。

表2 各視場的透過率公差分析：確保量產(chǎn)可行性，容差能力強光學(xué)系統(tǒng)的“設(shè)計指標(biāo)”需經(jīng)得起“量產(chǎn)加工誤差”的考驗。

波前圖展示了歸一化出射光瞳的波前與表面22處的平面波之間的波差異。這些數(shù)據(jù)可以根據(jù)波前圖功能區(qū)中顯示的出瞳直徑（以毫米為單位）和系統(tǒng)選項中使用的波長進(jìn)行縮放。波前圖功能區(qū)可以顯示波前均方根 (RMS) 值和峰谷值 (PV)。 可以用 Zernike標(biāo)準(zhǔn)多項式擬合波前圖來測量像差。下表描述了與 Zernike 多項式和 Zemax 命名法相關(guān)的不同像差。

wx_fmt=png"></p><p><br></p><p>可以用 Zernike標(biāo)準(zhǔn)多項式擬合波前圖來測量像差。</p><p><br></p><p>下表描述了與 Zernike 多項式和 Zemax 命名法相關(guān)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(jié)構(gòu)內(nèi)Zernike參數(shù)中觀察到的主要變化。

2.優(yōu)化后核心參數(shù)通過多輪迭代優(yōu)化，最終確定系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)（部分物面結(jié)構(gòu)如表3所示），并解決了初始偏差問題： 表3 優(yōu)化結(jié)果優(yōu)化后，系統(tǒng)實際擴(kuò)束比范圍穩(wěn)定在2~6.4×，總長控制在250mm內(nèi)，完全滿足設(shè)計目標(biāo)。系統(tǒng)性能評價通過Zemax的像差分析、公差模擬、波前檢測等工具，從5個核心維度驗證系統(tǒng)性能，結(jié)果均達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。

( 圖1~圖4 )平均來說，我每週必須投入 2-3 天時間進(jìn)行分析，以確保經(jīng)驗不足的設(shè)計方案可以順利生產(chǎn)；因此我讓電腦晚上執(zhí)行分析，白天再來驗證結(jié)果。Moldex3D Solid 的分析時間與模具試模的次數(shù)與成本相較來看，每批模具我們至少減少了一半的試模次數(shù)，這項工作是值得的 一般來說分析的過程中若有外觀或者強度問題，結(jié)合線的結(jié)合位置與長度往往被提出討論。

如下圖所示：來自紅色行人的散射光到達(dá)了雷射雷達(dá)探測器的一個單位圖元上。雷射雷達(dá)會將接收到返回信號花費的時長記錄下來，即飛行時間，並將飛行時間轉(zhuǎn)換為距離。圖元的位置可表明入射光的方向。這兩個值都表明散射光線來自站在離貨車10米遠(yuǎn)的紅色行人。OpticStudio實際上測量的不是時間，而是光線路徑長度，也就是物體和探測器之間的距離。

在整體優(yōu)化階段，Zemax的多波長像差分析功能發(fā)揮關(guān)鍵作用——團(tuán)隊針對486nm、588nm、656nm三個特征波長，同步優(yōu)化像差，確保全可見光波段的成像穩(wěn)定性。最終優(yōu)化結(jié)果顯示，系統(tǒng)最大畸變僅22.1%，低于同類型球面鏡系統(tǒng)的23%，場曲控制良好，完全滿足實際應(yīng)用需求。3.

圖7 優(yōu)化之后的點列圖 圖8 優(yōu)化之后的MTF 圖9 優(yōu)化之后的場曲/畸變4）色差分析與微透鏡陣列設(shè)計考慮到激光器輸出存在微小線寬，團(tuán)隊在ZEMAX中進(jìn)行色差分析：設(shè)置線寬1nm，以405nm為中心波長，添加404.5nm和405.5nm參考光。

主要內(nèi)容包括： 1、光學(xué)理論基礎(chǔ)介紹，幾何經(jīng)典成像理論，像差理論，一階光學(xué)與三階光學(xué)計算像差，像差產(chǎn)生原因及平衡像差的方法。 2、光學(xué)系統(tǒng)中孔徑、視場、光瞳、光闌、F/#、主光線/邊緣等等光學(xué)術(shù)語解釋。 3、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計實例，包括經(jīng)典成像系統(tǒng)和無焦準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)的設(shè)計，從初始結(jié)構(gòu)設(shè)計到系統(tǒng)分析、優(yōu)化全過程。

ZEMAX標(biāo)準(zhǔn)成像課程　　　　☆本課程為Zemax標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)課程，專門針對剛接觸Zemax或簡單使用過Zemax的學(xué)員而設(shè)置，通過本課程密集培訓(xùn)和練習(xí)互動后，能夠設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)，并能進(jìn)行分析、優(yōu)化和公差評估。主要內(nèi)容包括：　　1、光學(xué)理論基礎(chǔ)介紹，幾何經(jīng)典成像理論，像差理論，一階光學(xué)與三階光學(xué)計算像差，像差產(chǎn)生原因及平衡像差的方法。　　

| 模擬 AR 系統(tǒng)中的全息光波導(dǎo)：第一部分 ZMEAX | 如何設(shè)計光譜儀——理論依據(jù) ZEMAX | 雜散光分析——第二篇 ZEMAX | 在MATLAB或Python中使用ZOS-API進(jìn)行光線追跡的批次處理 ZEMAX | OpticStudio 的冷反射分析宏 ZEMAX | 如何用