第十九章 公差规定.doc

1、第十九章 公差规定介 绍ZEMAX 提供了一个使用简单，但灵活和强大的公差推导和灵敏度分析能力。这个用于分析的公差包括了结构参数的变化，如曲率、厚度、位置、折射率、阿贝常数、非球面系数，以及其它更多的参数。ZEMAX 也支持表面和镜头组的偏心分析，表面或镜头组在任意一点的倾斜分析，表面外形的不规则分析，以及参数或特殊数据的值的变化分析。由于参数和特殊数据项可以说明非球面系数，梯度折射率系数，以及其它，因此这些数值的任意一个也都可以作为公差分析的一部分。不同的公差可以被用在任意一个组合中来估计调整和装配误差对系统性能的影响。公差也可以使用简单的操作数来定义，如TRAD，它定义了一个曲率半径的一个

2、公差。这些公差操作数和镜头文件一起被自动保存。我们可以在从主菜单中的编辑界面组中得到的公差数据编辑界面中编辑这些公差操作数。公差可以被不同的标准所求值，包括RMS 斑点尺寸、RMS 波前差、MTF 反应曲线、标准误差、用户自定义评价函数、或者用来定义一个复杂的调整和求值过程的过程。另外，还可以定义补偿来模拟对装配后的镜头所作的调整。ZEMAX 也允许在一个补偿上设置限制。可以以两种方式来计算公差：灵敏度分析：对于给定的一批公差，是分别对每一个公差来测定它在标准里的变化量的。反转灵敏度分析：分别对每个公差在性能方面的一个给定的最小允许减小量来计算公差。灵敏度分析和反转灵敏度分析分别考虑每个公差对

3、系统性能的影响。这个总体性能可由一个平方和根的计算来估计。Monte Carlo 模拟是作为一个可选择的估计所有公差的总体影响的方法被提供的。这个模拟产生了一系列随机镜头，它们符合这个指定的公差。通过同时考虑所有的可应用的公差，可能可以得到预期性能的准确模拟。通过使用正态的、统一的、或者抛物线的统计方法，Monte Carlo模拟可以产生许多的设计方案。基本流程一个镜头的公差分析由这些步骤组成：1） 给这个镜头定义一批适当的公差。通常，在这一章中定义的默认公差生成特性是一个好的起始点。公差在公差编辑界面中被定义和修改，这个界面在主菜单栏中的编辑界面菜单中得到。2） 添加补偿，并且对每个补偿设置

4、允许范围。默认的补偿是后焦距，它控制了象面的位置。也可以定义其它的补偿，如象面倾斜。因为可以使用“快速公差规定”，所以仅仅使用后焦补偿可以大大加速这个公差过程。可以定义的补偿的数量没有限制。3） 选择一个适当的标准，如RMS 斑点尺寸或MTF。使用一个公差过程可以定义更复杂的公差标准，这将在后面介绍。4） 选择要求的模式，灵敏度分析或者反转灵敏度分析。5） 修改默认的公差，或者增加新的公差来满足系统要求。6） 执行这些公差的一个分析。7） 回顾由这个公差分析产生的数据，考虑公差的预算。如果需要，可返回到步骤5。关于这个基本流程的详细内容将在后面的章节中提供。公差操作数一个公差操作数有一个四个字

5、母的记忆码，如TRAD 代表半径公差。两个整数值，被简称为Int1和Int2，是联合这个记忆码来确定这个公差应用于其上的镜头表面。一些操作数用Int1和Int2 来作为其它目的，而不是定义表面编号。每个公差操作数也都有一个最小值和最大值。这两个值指出了与名义值的最大可接受变化值。每个操作数也都有一个空栏来作为随意填写的注释栏，这可以使这个公差设置得更容易阅读。可用的公差操作数在下面的表格中列出，详细说明如下。公差操作数名 称 Int1 Int2 说 明表 面 公 差TRAD 表面编号 曲率半径的公差，以镜头长度单位表示TCUR 表面编号 曲率的公差，以镜头长度单位的倒数表示TFRN 表面编号

6、曲率半径的公差，以光圈表示TTHI 表面编号 补偿表面编号 厚度或位置的公差，以镜头长度单位表示TCON 表面编号 圆锥常数的公差（无单位量）TSDX 表面编号 标准表面的x 偏心的公差，以镜头长度单位表示TSDY 表面编号 标准表面的y 偏心的公差，以镜头长度单位表示TSTX 表面编号 标准表面的x 倾斜的公差，以度表示TSTY 表面编号 标准表面的y 倾斜的公差，以度表示TIRX 表面编号 标准表面的x 倾斜的公差，以镜头长度单位表示TIRY 表面编号 标准表面的y 倾斜的公差，以镜头长度单位表示TIRR 表面编号 标准表面不规则性的公差TEXI 表面编号 数据项编号 使用泽尼克的标准表面

7、不规则性的公差TPAR 表面编号 参数编号 表面的参数数值的公差TEDV 表面编号 特殊数据编号 表面的特殊数据值的公差TIND 表面编号 在d 光处的折射率的公差（参见注解）TABB 表面编号 阿贝常数值的公差（参见注解）元 件 公 差TEDX 第一表面 最后表面 元件的x 偏心的公差，以镜头长度单位表示TEDY 第一表面 最后表面 元件的y 偏心的公差，以镜头长度单位表示TETX 第一表面 最后表面 元件的x 倾斜的公差，以度表示TETY 第一表面 最后表面 元件的y 倾斜的公差，以度表示TETZ 第一表面 最后表面 元件的z 倾斜的公差，以度表示用户自定义的公差TUDX 表面编号 用户自

8、定义的x 偏心的公差TUDY 表面编号 用户自定义的y 偏心的公差TUTX 表面编号 用户自定义的x 倾斜的公差TUTY 表面编号 用户自定义的y 倾斜的公差TUTZ 表面编号 用户自定义的z 倾斜的公差对于每个公差，都要在公差编辑界面上规定一个最小值和一个最大值。这些公差将在下面部分详细说明。TRAD：曲率半径公差用来直接规定曲率半径的公差。最小值和最大值是以镜头长度单位表示的极值偏差。例如，如果一个表面的名义曲率半径为100mm，该表面的最小和最大TRAD 值为-.50mm 和+.50mm，则将把该表面的曲率半径设为99.50mm 和100.50mm 来执行公差分析。TCUR：曲率公差用来

9、规定曲率单位的公差，它直接关系到权重。最小值和最大值是以镜头长度单位的倒数表示的极值偏差。例如，如果一个表面的名义半径为100mm，则其名义曲率为0.01mm-1。如果该表面的最小和最大TCUR 值为-.001 mm-1 和+.001mm-1，则将把该表面的半径设为111.11mm 和90.909mm 来执行公差分析。TFRN：光圈公差当规定平坦的或者大半径的表面时，光圈公差是非常有用的。最小值和最大值是以光圈（无单位量）表示的极值偏差。操作数TWAV被用来定义测试波长。一个曲率有微小改变的表面的矢高的变化被近似给出：2rZC这里r是表面的半口径。矢高的变化关系到以光圈表示的偏差，如下： 2N

10、这里N是光圈的个数。二分之一因子假定了一个双倍通过的牛顿环类型测试。更详细的信息可参见Malacara，光学车间测试。TTHI：厚度公差TTHI被用来规定在元件组中的元件的绝对位置和镜片的厚度的公差。系统默认，假设厚度的所有变化仅仅影响该表面和与那个元件有接触的表面。例如，一个双胶合镜头的第一片镜片在厚度方面有一个+1.0mm 的变化，则第二片镜片的前后顶点都将偏移+1.0mm。然而，由于ZEMAX 通过使用从前面表面得到一个补偿来定义所有表面位置，因此，简单地增加+1.0mm 到这个表面将把这个系统中后面的所有镜头都偏移+1.0mm。在装配中更有可能发生的是这个+1.0mm 的补偿将被这个镜

11、头组后面的第一个空气间隔所吸收。TTHI可以通过允许指定一个“补偿”表面来处理这种情况。系统默认，这个补偿表面被指定为跟在被规定公差的表面之后的第一个空气间隔。为了举例说明，假设一个镜头，它的表面3 是BK7，表面4 是F2，表面5 是空气。名义厚度分别是3、4、和6mm。如果默认的公差法则为表面3 定义一个TTHI 操作数，则将在表面5 上放一个补偿。如果这个公差值为+.1mm，则在分析过程中，它们的厚度分别变成3.1mm、4.0mm、和5.9mm。这样，从表面6 到象面的表面的绝对位置将不受表面3 的厚度变化的影响。这个补偿是随意的；为了使用无效，将它设置成与公差相同的表面编号，如TTHI

12、 3 3。对于一些系统，如那些由在一个镜筒中的一堆隔圈组成的系统，这个补偿可以不被要求。Int1 被用来定义表面编号，Int2 是补偿表面的编号，除非Int2 等于Int1。最小值和最大值是以镜头长度单位表示的极值偏差。TCON：圆锥常数公差TCON 被用来定义一个圆锥常数的公差。最小值和最大值是没有单位量的极值偏差。TSDX，TSDY：表面偏心公差TSDX 和TSDY 分别用来分析一个标准表面类型在x 和y 方向上的偏心。Int1 的值说明了表面编号，而且这个表面必须是一个标准表面类型。标准表面类型以外的表面类型可以用后面介绍的TEDX 和TEDY 操作数来规定公差。最小值和最大值是以镜头长

13、度单位表示的偏心。TSDX 和TSDY 的分析使用了不规则的表面类型。参见这一章后面介绍的“不规则表面类型的公差规定”部分的说明。TSTX，TSTY：表面倾斜公差TSTX 和TSTY 被分别用来分析一个标准表面关于X 和Y 轴的倾斜。Int1 的值说明了表面编号，而且这个表面必须是一个标准表面类型。标准表面类型以外的表面类型可以用后面介绍的TETX 和TETY操作数来规定公差。最小值和最大值是以度表示的关于镜头的X 和Y 轴的倾斜。参见相关TIR 操作数TIRX 和TIRY 的描述。TSTX 和TSTY 的分析使用了不规则的表面类型。参见TIRX，TIRY：表面TIR 公差TIRX 和TIRY

14、 被分别用来分析一个标准表面沿着X 和Y 轴的倾斜。Int1 的值说明表面编号，而且这个表面必须是一个标准表面类型。标准表面类型以外的表面类型可以用后面介绍的TETX 和TETY 操作数来规定公差。TIRX 和TIRY 被用来指定关于总的指示器逃避或者TIR 的公差，这测量了在一个镜头中“光楔”的数值。最小值和最大值是在这个表面的最大口径半径处测得的以镜头长度单位表示的“矢高”的数值的两倍，这里最大口径半径是由这个表面的半口径定义的。其变化是如下给出的关于表示TIRX 和TIRY数值的归一化坐标x 或者y 归一化坐标的函数： ;22xxyyTRIXTRIYZZ例如，如果TIRX 公差为0.10

15、mm。则在镜头的最小+x 口径方向上的矢高为0.05mm，在最小-x 口径方向上的偏离为-.05mm，这表示一个值为0.10mm 的“总”的TIR。对于TIRY 也是相似的。这个最小值和最大值被用来简单地模拟表面在每个方向上的倾斜。这个表面的实际倾斜角给出如下： 11tan;tanyxxZZSS这里S 是表面的半口径。注意，沿着Y 方向的矢高意味着一个绕着X轴的一个旋转体，沿着X 方向的矢高意味着一个绕着Y 轴的一个旋转体。TIRX 和TIRY 的分析使用了一个不规则的表面类型。参见这一章后面介绍的“不规则表面类型的公差规定”部分的说明。TIRR：表面不规则度公差TIRR 被用来分析一个标准表

16、面的不规则度。Int1 的值指出了表面的编号，而且这个表面必须是一个标准表面类型。这里不直接支持非标准表面类型的不规则度的分析（关于模拟不规则度的更多的信息可参见下面的TEXT 操作数的说明）。模拟不规则度比其它类型的公差要麻烦一点。这主要是因为自然形成的不规则度是随机的，不象半径的变化那样有确定性。因此，要作一些关于不规则度的自然状态的假设，以便于执行这些分析。当使用TIRR 时ZEMAX 所作的假设是，这个不规则度为球差的一半和象散的一半。这与假设100%的象散比起来，是一个限制性比较少的模拟，因为象散不能由调焦来补偿，因此是这个镜头中的一个更严重的缺点。最小值和最大值是在表面的最大口径半

17、径处测量的以光圈单位表示的不规则度，这里最大的口径半径是由表面的半口径定义的。可用TWAV 操作数来定义这个测试波长。ZEMAX 假设是在一个双倍通过的牛顿环类型测试中测量光圈的。例如，一个“W”光圈的TIRR 将产生表面矢高的一个变化，为： 42()tyWz这里 是测试波长（由TWAV 操作数定义）， 是归一化的半径坐标， 是在yt 方向上的归一化的半径坐标。波前光路的变化与矢高和由这个表面隔开的两种介质的折射率的变化有关： 12nOPzTIRR 的分析分析使用不规则的表面类型。当计算Monte Carlo 分析时，象散的角度可在0 到360 度之间自由选择。这允许随机确定的象散误差的模拟。

18、这与对每个元件都沿着y 轴方向设置象散比起来，要少一些严格性，而多一些现实性。更多的信息可参见这一章后面介绍的“不规则表面类型的公差规定”部分的说明。TEXI：使用泽尼克模式的表面不规则度公差TEXI 被用来分析一个表面上的随机的、不规则的小幅度偏离，这个表面可以是一个标准表面、偶次非球面、或者泽尼克基本表面。Int1 的值指出了表面的编号，Int2 的值定义了用来模拟那个表面上的不规则度的泽尼克项的数目。这里不直接支持标准表面、偶次非球面、或者泽尼克表面之外的其它表面类型的不规则度分析。TEXI 与TIRR 类似，只不过TEXI 使用泽尼克表面矢高来模拟不规则度，而不是用TIRR 使用的第三

19、级象差公式。关于泽尼克表面的完整的说明可参见“表面类型”一章。当使用TEXI 时，最小和最大公差值被解释成是以双通过光圈形式表示的在测试波长处的表面的近似波峰到波谷（PTV）误差。波峰到波谷是不规则度的一个粗略的测量。ZEMAX 计算了泽尼克多项式的每个单项的系数，这个多项式使用下面的公式来定义表面外形的偏离： 2fcn这里f是双通过光圈的数量，n是用在这个不规则模型中的泽尼克项的个数，是测试波长。由一个n 的平方根按比例决定这些系数来说明一个事实，那就是泽尼克项的一个随机的集合通常将在一个RSS意义上求和，所以PTV 误差与泽尼克项的个数不是成线性比例的。由于指定这个近似的全面PTV 误差是

20、方便的，所以都可以根据上面的公式来计算每个泽尼克的项目。注意，有一个“c”值来代表以光圈表示的最小和最大公差。对于这个灵敏度分析，表面被转化成一个泽尼克表面，这个泽尼克多项式的所有系数被设成由上述等式得到的最小或最大的“c”值。注意，由于在口径边缘对于所有的多项式项目，表面矢高变形都是相同的，一个值为0.001 的“c”，这时，使用20 个泽尼克项将产生一个20c 的最大矢高偏离。对于Monte Carlo 分析，将和灵敏度分析一样来转化表面，但不是每一个多项式项都被赋予一个位于最小和最大公差值之间的随机选择的系数。可以使用选择来作为操作数的统计学模型来选择这个随机值。可以参见STAT 命令的

21、说明。默认的泽尼克项的个数是36 个，这是最大值。通常讲，如果使用的项目越少，则不规则度的频率越低，即整个表面的起伏就越少；如果使用的项目越多，则将是高频率的不规则度，即整个表面的起伏就越多。注意TIRR 操作数模拟了不规则度的最低频率形式，对于整个表面仅仅是一个二次和四次偏离。TEXI 可以模拟更多的不规则表面，可以使用36 个项，在整个表面上通常可以看到大约515 个“起伏”。TEXI 不使用泽尼克表面的位置、x 倾斜、或者y 倾斜项。因为泽尼克表面矢高表达式包含了标准表面和偶次非球面的一部分，所以这两种表面类型的任意一个都可以用由TEXI 操作数创建的泽尼克表面来模拟。如果表面已经是一个

22、泽尼克表面，那么这个偏离被简单地加到已经在那里的多项式项中。如果表面是一个标准表面或者偶次非球面，则这个泽尼克表面的标准化半径被设成是这个表面的半口径。如果表面已经是一个泽尼克表面，最小和最大公差被假定是在已经定义的标准半径处测量的。TEXI 总是忽略泽尼克项目0，即活塞术语，把这个值设为0。TPAR：参数数据公差TPAR 被用来规定参数数据的公差。Int1 数字是表面编号。Int2数字必须是1 和8 之间的一个整数，它说明参数编号。参见“表面类型”一章的表格，它列出了在每种表面模型中使用的参数编号。对于测定非球面系数的公差，以及更多，TPAR 是非常有用的。最小值和最大值是以被这个参数使用的

23、任意单位表示的变化量。TEDV：特殊数据值公差TEDV 是特殊数据值的公差。特殊数据值被ZEMAX-EE 中的特殊数据编辑界面使用来定义非球面项目、衍射系数、或者其他数据。Int1 用来识别表面，Int2 用来识别特殊数据编号。最小值和最大值是以被这个特殊数据值使用的任意单位表示极值误差。参见“表面类型”一章的表格，它列出了在每种表面模型中使用的特殊数据编号。TIND：折射率公差TIND 是折射率的公差。Int1 用来识别表面，最小值和最大值是折射率的极值误差。这个折射率误差是作为一个“补偿”来模拟的，它依赖于波长，除非这个表面的玻璃是一种由d 光折射率、阿贝常数、和dPgF 定义的“模拟”玻

24、璃，或者这个表面的玻璃是一个目录玻璃，所有的定义波长都在0.3 和2.5 微米之间。在后两种情况之一中，TIND被解释成是一个d 光折射率的变化量，它将以一种非线性方式改变在所有波长处的折射率。TABB：阿贝常数公差TABB 是阿贝常数或者Vd 常数的公差。Int1 用来识别表面。最小值和最大值是阿贝常数的极值误差。如果表面的玻璃是一种由d 光折射率、阿贝常数、和dPgF 定义的“模拟”玻璃，或者表面的玻璃是一种目录玻璃，所有定义波长都在0.3 和2.5 微米之间，则TABB被解释成是d 光折射率的一个变化量，它将以一种非线性方式改变在所有波长处的折射率。否则，TABBA 将被忽略。这个折射率

25、的变化是被在任意波长处的折射率的微分变化的一个估计，作为d 光折射率、阿贝常数、和dPgF 的一个函数来给出的。TEDX，TEDY：元件偏心公差TEDX 和TEDY 分别被用来分析在X 和Y 方向的偏心。由Int1和Int2 定义的两个表面编号指出了一个镜头组的起始表面和终止表面。最小值和最大值是以镜头长度单位表示的偏心。这两个公差要求ZEMAX 在这个镜头组的前面和后面插入一个坐标断点，然后将整个组作为一个整体进行偏心。由于这个原因，TEDX和TEDY 通常不在一个已存在的坐标断点两侧使用。如果你需要这个功能，可参见TUDX 和TUDY 的说明。TEDX和TEDY也可以被用来模拟表面的偏心，

26、和TSDX 和TSDY一样。TEDX 和TEDY 将作用于任意一种类型的表面，包括标准表面和非标准表面，而TSDX和TSDY只作用于标准表面。为了使用TEDX和TEDY 来偏心一个单一表面，只要简单将Int1 和Int2 设成相同的表面编号。为了检查来看看ZEMAX 实际上是否在做你想要做的事情，可参见在“公差结果的故障”一节中的SAVE 命令的说明。TEDX 和TEDY 命令是可以被嵌套的。例如，去分析一个由表面5 到表面20 定义的镜头组的偏心，这是可能的；同样可以同时分析由表面58、812、1420 等等定义的元件的偏心。这个功能可以模仿在一个装配中的元件的校准误差，以及在整个装配中的校

27、准误差。这个嵌套的规则在“Monte Carlo 分析的嵌套规则”一节中将作完整的说明。TETX，TETY，TETZ：元件倾斜公差TETX、TETY、TETZ 分别被用来分析一个表面或者一个镜头组关于X、Y、或者Z 轴的倾斜。由Int1 和Int2 定义的两个表面编号指出了镜头组的起始表面和终止表面。最小值和最大值是以度表示的偏角。这三个公差要求ZEMAX 在镜头组的前面和后面插入一个坐标断点，以及在镜头组的末尾使用一个虚拟表面以致可以返回到前顶点。然后整个组可以作为一个整体绕着一个点转动。由于这个原因，当定义的表面范围中包括了一个坐标断点，它与在由拾取求解得到的TETX/Y/Z 控制的表面范

28、围之外的下一个坐标断点有关，这时不应使用TETX/Y/Z。危险的情况是如果两个结果倾斜范围交迭在一起，那么这个元件的位置可能不是你想要的那样。如果你想要这个功能，可参见TUTX、TUTY、和TUTZ 的说明。TETX 和TETY 也可以被用来模拟单一表面的倾斜，有时被称为“光楔”，和TSTX 和TSTY 一样。TETX 和TETY 可以作用于任意一种类型的表面，包括标准表面和非标准表面，而TSTX 和TSTY 只作用于标准表面。为了使用TETX 和TETY 来倾斜一个单一表面，只要简单地将Int1 和Int2 设成相同的表面编号。默认的TETX 和TETY 是绕着镜头组的前顶点转动的，然而，绕

29、着其他点转动通常是有利的。例如，一个设计好的镜头装配将绕着镜头的节点转动，这样可以在校准过程保证焦距。这种情况容易被ZEMAX 通过在节点处使用一个虚拟表面来模拟。简单地将起始表面（Int1）变成在节点处的虚拟表面，这样转动将绕着那一点进行。第一个表面可以被定位在与镜头组的其余部分有关的任意点上，因此倾斜可以绕着任意点发生。TETX、TETY、和TETZ 操作数可以被嵌套。例如，分析一个由表面5 到20 定义的表面组的倾斜是可能的，同样也可以同时分析由表面58、812、1420 等等定义的元件的倾斜。这个功能可以模仿在一个装配中的元件的校准误差，以及在整个装配中的校准误差。这个嵌套的规则在“M

30、onte Carlo 分析的嵌套规则”一节中将作完整的说明。TUDX，TUDY，TUTX，TUTY，TUTZ：用户自定义倾斜/偏心这五个公差，TUDX、TUDY、TUTX、TUTY、和TUTZ，被用作更一般的用户自定义倾斜和偏心。这些名字是代表用户自定义偏心/倾斜X、Y、和Z 公差的记忆码。这些与TEDX、TEDY、TETX、和TETY 非常相似。其不同之处在于，ZEMAX 不会自动插入要求坐标断点表面来完成在公差范围内的指定的偏心和倾斜。为了使用TUDX、TUDY、TUTX、TUTY、和TUTZ 命令，你必须已经将由Int1指定的表面定义成一个坐标断点表面。通常，但不是一直，在镜头数据编辑界

31、面中的后面将会有第二个坐标断点，它有一个关于这个公差参数的拾取求解。这个求解可以是正的或者负的，根据情况决定。这允许通过一定要求的手段来实现一些关于任意点复杂的转动和偏心。有一点是很重要的，那就是为使用Tuxx 公差而插入的坐标断点对所有的倾斜和偏心有一个零的名义值。最小值和最大值对于TUDX 和TUDY 是以镜头长度单位为单位的，对于TUTX、TUTY、和TUTZ 是以度为单位的，就象坐标断点表面一样。不规则表面类型的公差规定公差操作数TSDX、TSDY、TSTX、TSTY、和TIRR 都使用不规则表面类型来模拟镜头表面的波动。关于不规则表面的详细说明可参见“表面类型”一章。使用不规则表面类

32、型的压倒性的优势在于速度、简易、和机动性。任意的标准的表面类型都可以被转化成一个不规则表面类型，而不需要虚拟表面和坐标断点。而且，倾斜、偏心、和不规则度的聚合效果可以完全通过使用Monte Carlo 分析来模拟。当ZEMAX 使用操作数TSDX、TSDY、TSTX、TSTY、和TIRR 来计算公差分析时，先要把表面从一个标准表面类型转化成一个不规则表面类型。这就是为什么在使用这些操作数时，只支持标准表面类型的原因。公差控制操作数这里也有一些公差控制操作数，它们可以被输入到公差数据编辑界面中。这些操作数不是公差，但是可以被用来定义补偿，为了进一步的评价而保存中间结果，定义统计性质，以及为光圈公

33、差定义测试波长。公差控制操作数名 称 Int1 Int2 说 明CEDV 表面编号 特殊数据编号 设置一个特殊数据值作为一个补偿CMCO 操作数编号 结构操作数编号 设置一个多种结构操作数值作为一个补偿COMP 表面编号 代码设置一个补偿。代码是：0 代表厚度；1 代表半径；2 代表圆锥常数CPAR 表面编号 参数编号 设置一个参数作为一个补偿SAVE 文件编号 保存被用来评价在编辑界面中的前面行中的公差的文件。参见下面的说明STA 类型标准偏离的编号对于随意选择的Monte Carlo 参数分析设置统计分配的类型。参见下面的说明TWAV 这个操作数设置了测试波长。“最小值”栏被用来编辑和显示

34、这个测试波长公差控制操作数在下面将被详细说明。CEDV：定义特殊数据值补偿CEDV 被用来定义补偿的表面编号和特殊数据编号，以供公差分析使用。Int1 被用来指定表面，Int2 被用来定义特殊数据编号。例如，为了指定表面9 的特殊数据值17 为一个补偿，使用Int1=9、Int2=17的CEDV。可参见“表面类型”一章的表格，它定义了哪些特殊数据被哪些表面类型所使用。最小值和最大值的用法与它们作为COMP 是一样的。可以定义的补偿的数目没有被限制。CMCO：定义多种结构操作数补偿CMCO 被用来定义补偿的操作数编号和结构编号，以供公差分析使用。Int1 被用来指定操作数编号，Int2 被用来定

35、义结构编号。例如，为了指定结构4 中的多种结构操作数6 为一个补偿，可是用Int1=6、Int2=4 的CMCO。关于使用多种结构操作数的信息可参见“多种结构”一章。最小值和最大值的用法与它们作为COMP 是一样的。可以定义的补偿的数目没有被限制。COMP：定义补偿COMP 被用来定义补偿的表面编号和类型，以供公差分析使用。Int1 被用来指定表面，Int2 被用来定义类型。Int2 使用一个定义如下的“代码”：Int2=0，补偿为厚度Int2= 1，补偿为曲率半径Int2=2，补偿为圆锥常数COMP 操作数的最小值和最大值指出了补偿的最大允许变化量。例如，如果一个补偿的名义值为50，最小值和

36、最大值是-1.0 和1.0，那么这个补偿将被限制在49.0 和51.0 之间。如果选择了“用户自定义评价函数”，则尽管仍然使用补偿，但这个补偿的边界将被忽略。可以定义的补偿的数目没有被限制。CPAR：定义参数补偿CPAR 被用来定义补偿的表面编号和参数编号，以供公差分析使用。Int1 被用来指定表面，Int2 被用来定义参数编号。例如，为了指定表面5 的参数2 为一个补偿，使用Int1=5、Int2=2 的CPAR。参见“表面类型”一章的表格，它定义了哪些参数被哪些表面类型所使用。最小值和最大值的用法与它们作为COMP 是一样的。可以定义的补偿的数目没有被限制。SAVE：保存灵敏度分析镜头公差

37、特性的操作数不总是明确的，特别对于那些使用坐标断点或者不寻常的评价函数的系统。为了得到一个最近的结果来看看公差程序实际上在做什么，可以使用SAVE 操作数。SAVE 被插入到任意你想要更详细检查的公差的后面。例如，假设在公差数据编辑界面中你有一个公差操作数TEDX。在回顾最后的灵敏度之后，评价函数的改变看起来不再有意义了。在公差数据编辑界面中编辑公差操作数来在这个TEDX 命令后面增加一个SAVE 命令。对于Int1 的值，可以输入0 或者其它数字。下一次运行公差分析时，ZEMAX 将把用来计算TEDX 公差的文件保存到一个名为TSAV000n.ZMX 的文件中，这里n 是在Int1 栏中指定

38、的整数。这个镜头文件将被保存在与当前镜头相同的目录中。ZEMAX 将保存被用来在一个ZMX 格式文件中评价前述公差的镜头。以通常的方式运行这个公差文件，然后载入你指定的文件名。它将告诉你指示数据、坐标断点、拾取、变量（它们是被最佳调整的补偿）、以及被用来测定评价函数数据的评价函数（通常是对于最大公差值）。这个过程将让你去检验实际上的结构是你正试着要模拟的结构，将让你洞察ZEMAX 是如何调整你的镜头指示来测定公差。STAT：定义统计STAT 被用来在Monte Carlo 分析过程中定义 “飞行”统计。STAT命令采取了两个整数自变量。Int1 指定了统计类型：0 代表正态分布；1 代表均匀分

39、布；2 代表抛物线分布；3 代表用户自定义分布统计。Int2 的值仅仅被正态分布使用，它定义了“n”，平均和极值公差之间的标准偏离的数值。统计类型将在这一章的后面部分的“Monte Carlo 分析”一节中将详细定义。TWAV：测试波长这个操作数设置了测试波长。当设置默认公差时，ZEMAX 将增加一个TWAV 操作数，它一个0.6328 微米（HeNe）的值作为这个测试波长。如果没有定义测试波长，那么ZEMAX 默认这个为主波长。可以在操作数列表中放置多于一个的TWAV 操作数；每个操作数都为其后面的操作数定义了测试波长。仅仅那些最小值和最大值以光圈形式被测量的操作数才被这个设置所影响。公差数

40、据编辑界面中的“最小值”栏被用来编辑和显示这个测试波长。默认公差的定义可以从公差数据编辑界面的菜单栏中选择工具、默认公差来定义默认公差。可以从主菜单中选择编辑、公差数据来激活公差数据编辑界面。默认公差对话框包含了以公差类型分类的几个选项：表面公差半径：如果选择了这个选择项，那么将包括默认的半径公差。默认的公差可以由一个以镜头长度单位表示的固定距离或者由在测试波长处的厚度光圈（由操作数TWAV 定义）来指定。这个公差仅仅被放在那些有光学功能的表面上，这样就排除了那些两边有相同折射率虚拟表面。如果表面是一个平面，则默认的公差值被指定作为一个以光圈表示的变化量，即使选择了其它选项也是这样。厚度：如果

41、被选中，则在每个顶点间隔上将指定一个厚度公差。ZEMAX 假设所有的厚度变化只影响那个表面和与那个元件相接触的其它表面；因此，在这个厚度后面的第一个空气间隔被用作一个补偿。详细内容可参见这一章前面的关于TTHI 的详细说明。偏心X/Y：如果被选中，偏心公差被加到每个独立的镜头表面中。公差被定义作为一个以镜头长度单位表示的固定偏心数量。ZEMAX 使用TSDX 和TSDY 来表示标准表面的偏心，使用TEDX 和TEDY 来表示非标准表面的偏心。倾斜（TIR）X/Y：如果被选中，则一个以镜头长度单位或者度表示的倾斜或者“全反射”公差被加到每个镜头表面中。ZEMAX 使用TSTX 和TSTY 来表示

42、以度为单位的标准表面倾斜，使用TETX 和TETY 来表示以度为单位的非标准表面倾斜。S+A 不规则：如果被选中，则在每个标准表面上指定一个球形的象散不规则。详细内容可参见前面给出的TIRR 的描述。泽尼克不规则：如果被选中，将在每个标准表面上指定一个泽尼克不规则。详细内容可参见前面给出的TEXI 的描述。折射率：TIND 被用来模拟折射率的变化。阿贝常数：TABB 被用来模拟阿贝常数的变化。元件公差偏心X/Y：如果被选中，则偏心公差将被加到在每个镜头组上去。公差可以被定义为一个以镜头长度单位表示的固定偏心数量。倾斜X/Y：如果被选中，一个以度表示的倾斜公差将被加到每个镜头组和表面上去。重要的

43、一点是要注意系统默认镜头组绕着这个镜头组的第一个表面的顶点倾斜。关于绕着一些其它点倾斜的信息可参见在这一章前面介绍的TETX 和TETY 部分。除了公差定义以外，在这个对话框中还有另外两个选项：起始行：这个控制指出了默认公差应该被放在公差数据编辑界面中的哪个地方。如果行号大于1，那么从指定的行号开始附加新的默认公差。使用焦距补偿：如果被选中，则将定义一个默认的后焦距（象面之前的厚度）补偿。至少要使用一个补偿才能大大缓解一定的公差，然而，补偿是否被使用则要依赖于设计的具体情况。也可以定义其它补偿。更多的信息可参见“补偿的定义”部分。这里有六个按钮：OK：接受这些设置，并产生默认公差。Cancel

44、：关闭对话框，但不改变默认公差。Save：保存这个设置，以供特性使用。Load：恢复前面保存的设置。Reset：将设置恢复到默认值。Help：调用在线帮助系统。系统默认，ZEMAX 允许的Monte Carlo 分析从一个高斯“正态”分布中摘取一个任意值。一旦定义了默认公差，它们将和镜头文件一起被自动保存。如果在镜头数据编辑界面中插入另外的表面，则公差表面将自动被重新编号。补偿的定义在这里可以定义许多不同的补偿：任意一个表面或者一些表面的厚度（使用地最多），曲率，圆锥常数，任意的参数或者特殊数据值。多种结构操作数也可以被定义作为一个补偿。对于使用特殊组成的倾斜和偏心作为补偿，参数值是很有用的。

45、要被倾斜的表面必须已经被定义成一个坐标断点（或者也许是一个倾斜表面），并按要求带有一些适当的拾取求解。系统默认象面焦距被指定作为一个补偿。你可以增加或者删除补偿来使这个分析适合你的特殊情况，可以使用任意多的补偿。通常，使用更多的补偿将放宽公差，但使系统的实际校准复杂化。可以使用公差操作数COMP、CPAR、CEDV、和CMCO 来定义所有的补偿。操作数的定义在“公差控制操作数”一节中描述。当使用一个过程来定义公差程序时，补偿可以被修改，在模拟的校准过程的不同阶段可以定义不同的公差组合。关于这个选项的详细内容，可参见这一章后面的“公差过程的使用”部分。公差分析的执行一旦所有的公差操作数和补偿都被

46、定义好了，则可以执行公差分析了。为了执行公差分析，从主程序菜单栏中的工具菜单中选择公差规定。显示的对话框有几个控制，它们被说明如下：快速公差模式：本来，快速公差规定仅仅考虑了以近轴后焦距误差作为补偿的情况下的变化；其它所有的公差都将被忽略。快速模式对于粗略的公差规定是非常有用的，它的速度通常是标准模式的公差规定的50 倍。评价：评价控制被用来指出什么将被用作一个评价图形。其选项为：RMS 斑点尺寸（半径，x，或者y）：这对于那些不接近于衍射极限的系统来说是最好的选择；例如，那些象差大于1个波长的系统。这是一个最快速的选项。对于这个公差分析ZEMAX 总是采用质心参考。RMS 波前：这对于那些接

47、近于衍射极限的系统来说是最好的选择；例如，那些象差小于1 个波长的系统。它几乎和RMS 斑点尺寸一样快。对于这个公差分析ZEMAX 总是采用质心参考。评价函数：使用一个镜头定义好了的评价函数。这对于用户自定义公差规定标准来说是有用的。对于那些有非对称视场，或者有拦光的重要的表面口径的系统，用户自定义评价函数也是被要求的。如果使用了用户自定义评价函数，则没有边界约束将会被自动加到这个评价函数中。几何或者衍射MTF（平均，子午，或者弧矢）：这对于那些需要一个MTF 说明的系统来说是最好的选择。如果选择了平均，则使用子午和弧矢反应的平均值。如果选择了几何MTF，ZEMAX 将使用MTF 的近似值，这

48、样计算起来是快速的，对于公差规定目的来说是足够精确的。如果公差被放宽了，则基于MTF 公差规定的衍射可能是有问题的，这是因为如果OPD 误差太大了，则衍射MTF 可能是不可计算的，或者是没有意义的。如果空间频率是足够高的，并且对于MTF 的结果是足够差的，以致于在低于陪分析的频率的一些频率处达到了零，这尤其是正确的。MTF 是最慢的默认标准，基于计算的衍射要比几何慢一点。MTF 是子午和弧矢反应的平均值。MTF 被计算处的频率是在“MTF 频率”控制中被指定的。瞄准误差：瞄准误差被定义为轴上视场追迹的主光线的半径坐标除以有效焦距。这个定义产生了象的角度偏离的一个测量。ZEMAX 通过仅仅使用一

49、个BSER 操作数（关于BSER的详细内容可参见优化一章）来模拟瞄准误差。任意元件或者表面的偏心或者倾斜都将趋向于偏离主光线和增加BSER 操作数的值。瞄准误差总是在主波长处被计算的，以弧度表示。这个标准仅仅被那些半径对称系统所使用。注意，瞄准误差没有给出象质的指标；它仅仅是轴上光线偏离的一个测量。用户过程：一个用户过程是一个宏，象一个命令文件，它在公差规定过程中定义了用作镜头的校准和评估的过程。关于这个选项的详细内容，可以参见这一章后面的“公差过程的使用”部分。模式：模式是灵敏度或者反转灵敏度。灵敏度分析计算了对应于每个公差极值的评价函数的变化。反转灵敏度分析计算了每个公差的值，它导致了由最大标准指定的结果的降低。反转灵敏度模式将改变公差操作数的最小值和最大值。更多的信息可参见这一章中其它地方的关于“最大标准”和“反转灵敏度”的描述。过程：如果要使用用户过程评价函数，这就是这个过程的名称。用户过程必须是一个以扩展名TSC 结尾的ASCII 码文件，必须在与可执行的ZMEAX.EXE 程序相同的目录中。MTF 频率：如果MTF 被选择作为一个评价，那么这个控制是起作用的，被用来作为MTF 频率的定