Zemax学习笔记——多重结构使用方法

Zemax多重结构常用来设计变焦镜头，扫描镜头，优化镜头测试的多光路干涉系统和使用多波长多参数变化的结构。

首先通过学习一个变焦镜头的例子来初步了解多重结构的功能。

实例一：简单变焦镜头

简单变焦镜头结构：
入瞳直径：25
焦距：75 - 125
像面直径：34
波段：可见光
玻璃最小中心与边厚：4
最大中心厚度：18
优化最小 RMS Spot Diagram

打开ZEMAX - samples - short course - sc_zoom1.zmx,点击L3d查看3D视图，根据这个来完善初始结构。
添加视场
因为像面直径固定为34mm，所以可使用近轴像高作为视场，点击Fie，选择 2， 3，分别输出 Y-Field 12， 17。
输入波长，选择F，d，C。

Zemax多重结构提供了一种实现多状态变化的功能，成为多重组态。它可以同时模拟系统参数，环境参数或镜头参数的不同变化，实现多状态操作。如上面的这个初始结构，现在是定焦系统，可以通过改变透镜组之间的厚度值使这个系统达到不同的焦距状态。那么多重结构便可以让一个面上厚度实现多个值。

即通过改变 3 4 7 10面的厚度来达到变焦的效果。

设置多重结构实现变焦
按F7快捷键打开多重结构编辑器“Muti-Configuration Editor”
单击组合键“Ctrl+Shift+Insert”增加2个组态
按Insert插入3个面，如下图所示。
在这三个组态下，插入3 4 7 10面的厚度操作数THIC。
点击L3d，此时画面显示的是第1组态，上图的Config 1右上有星号。通过设置3D视图的设置可以显示多组态。

显示结果为：

那么下一个问题，如何优化不同的组态呢？

与优化相关的设置：变量与评价函数

对于变量，在这个系统中我们分为两部分，一部分是公共变量，就是3个组态共用3组双胶合透镜，透镜的口径，曲率半径，厚度在这三种状态下是相同的。另一部分叫做独立变量，就是3个组态不相同的参数部分。

优化变焦镜头。
在Lens data editor中将透镜所有曲率设为变量，将多重组态中所有厚度设为变量。

打开评价函数编辑器
选择默认评价函数编辑器，设置如下：

点击确定，zemax将自动为我们创建3个组态下的目标操作数，组态操作数CONF表示此操作数作用在此组态序号下，直到遇到新的CONF操作数。所以我们在每个CONF后面插入EFFL操作数，指定焦距值为75，100，125，权重均为1。

点击Opt，进行优化

多重结构处理并不是十分复杂，多重结构下的公差分析需要耐心。

多重结构使用方法

第一步：定义初始结构
第二步：将变化参数提取到多重结构编辑器中，变化多少数值即多少重结构。
第三步：编辑评价函数并优化

上面的例子显示了确定初始结构后，对结构的不同状态的模拟。下面的例子是利用多重结构实现衍射级次的显示。

实例2：衍射级次显示

zemax几何光路模拟中，一次只能模拟其中一个级次，若想同时看到所有级次的光，则需要使用多重结构的功能了，不同级次代表不同的状态。

首先来设计一个衍射光栅，EPD = 20 mm，衍射面型选择Diffraction Grating，光扇频率0.5（刻线密度 500 line/mm）。

首先设置入瞳直径为20mm，在IMA上方插入一个面，设置为衍射光栅面，输入厚度，光栅频率。

点击L3d即可显示如下图像：

这是1级光所在位置，要想显示其他级次，可使用多重结构。

按下F7，插入4个组态，因为只有一个光栅面，所以不需要添加新的行。

设置如下：

显示结果如下：

实例三：分光板模拟

在复杂系统中通常有很多不同的参数在变化，比如多光路干涉系统，分光系统等，这需要我们足够细心且有足够的耐心来找到是哪些参数引起结构的变化。

下面是书中的一个简单例子：

假设EPD为20mm，传输距离为50mm，分光材料为BK7，前表面镀有半反半透膜实现分光。

首先设计透射光路：

输入入射光瞳20mm，在透镜编辑器中插入两个面，前表面材料为BK7，厚度为1，后表面厚度为50mm。

得到下图：

下一步是旋转平行平板。

倾斜的方法有很多，如坐标断面倾斜，或使用表面自带的倾斜选项，在这里可以选择更好的方案，使用Titled面型。此面型有两个旋转参数，X Tangent和Y Tangent，即使用X或者Y方向的正切值表示面的倾斜状态。

透射光路完成。

下一步使用多重结构构建反射光路。

打开多重结构编辑器，因为需要两个光路，所以应该有两个结构状态，反射光路在平板的前表面发生反射，对于模拟来说我们要告诉软件这个表面的材料为Mirror，找到材料的多重结构操作数GLSS。

被反射后的光路被偏折了90度，而且透镜板不复存在（反射后不再经过平板玻璃材料），此时应该考虑的是如何让反射后光路转折-90度。

这里使用坐标断点实现旋转。

在平行平板两面之间插入新的面，面型为Coodinate Break。

同时插入4个多重结构操作数，其中两个控制厚度，两个控制旋转角度。

设置如下：

这里的坐标断点及之后的多重结构参数设置有一些疑惑，下一篇博客我将仔细研究一下为什么这么设置。