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    [分享]zemax学习中对于书本上球差的一些疑问笔记 [复制链接]

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    离线blackke
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 10-21
    1. 为什么面 2 的曲率半径要设成变量? 8 v%o,"  
    因为曲率半径直接决定该面的光焦度和光线的入射角,从而决定该面贡献多少球差。 $1`2 kM5  
    球差校正的本质是"让各面贡献的正、负球差相互抵消":凸面(正光焦度)贡献正球差,凹面/二次曲面贡献负球差。 z-)O9PV  
    面 3 的曲率半径已经被 F/# 求解"锁死"了(用来保证焦距固定为 75 mm),所以能自由改变透镜"弯曲形状"的就只剩面 2 的曲率半径。 l!u_"I8j5  
    优化时,优化器一边改变面 2 的弯曲(曲率半径),一边改变面 3 的 Conic,找到"弯曲 + 非球面"的最佳组合,使总球差→0。 #S"nF@   
    • c yz3,3\e  
      2. 为什么面 2 有材料、面 3 不需要材料? [.wYdv35  
      c5GuM|*7  
      这是 ZEMAX 的一个约定:某个面的"材料(Glass)"列,填的是"该面到下一个面之间"的介质。
    • 5$C-9  
      面 3 到像面(面 4)之间是空气,所以面 3 留空(空 = 空气)。
    • \bw2u!  
      面 2 到面 3 之间是透镜玻璃本体,所以面 2 填玻璃(如 BK7 / K9)。 s?nR 4  
      -nV9:opD  
      3. 为什么面 3 的 F/# 要设成 1.5? P/_['7  
      @~a%/GQ#n*  
      这里的 1.5 是 F/#(F 数)求解,作用在面 3 的曲率半径上。它让 ZEMAX 自动反算出曲率半径,使系统焦距满足: / %io+94  
      f = 入瞳直径 D × F/# = 50 × 1.5 = 75 mm (SAs-  
      (书中步骤 2 已把入瞳直径设为 50 mm。) Qzw;i8n{  
      选 F/1.5 有两个目的:
      1. 固定焦距:让示例有一个明确、唯一的焦距 75 mm,后续优化才好比较。
      2. 放大球差:F/1.5 是"大相对孔径、快镜头",孔径相对焦距很大,光线偏折强,球差特别显著。这样才看得清"不同孔径区域光线汇聚在光轴上不同位置"的现象,校正效果也一目了然。如果 F 数很大(如 F/10),球差小到几乎看不出来,这个演示就没意义了。
      3. 4. 为什么面 3 的厚度要设为"边缘光线高度"?
      4. 这个"边缘光线高度(Marginal Ray Height)"是厚度求解,它让 ZEMAX 自动计算面 3 到像面的距离,把像面正好放在近轴边缘光线与光轴的交点处(即近轴焦点)。
      5. qlPT Ll  
        好处:不用手动算后焦距:软件自动把像面放到近轴焦平面。
      6. 给"球差"一个固定参照:球差的定义正是"实际边缘光线焦点 与 近轴焦点 的轴向差"。把像面固定在近轴焦点,球差就直观地表现为实际光线在像面上的弥散。
      7. 优化过程中像面始终跟着近轴焦点走:当你改变曲率半径和 Conic 时,焦距会变,像面自动跟随;优化器只需把实际边缘光线也"拉到"近轴焦点上,球差就趋近于零。 Qt<&WB fn  
        3(80:@|  
        5. 为什么评价函数要这样设置? )l DD\J7  
        {"KMs[M  
        这一节的目标非常专一:消除球差,所以评价函数(Merit Function)必须"能度量球差、并把球差往零方向压"。书中前面(图 3-14)已经演示过用 SPHA(Seidel 球差系数)操作数来查看球差值。
      8. 校正时(图 3-16"评价函数属性窗口")就是把球差(或等效的 RMS 光斑半径)作为优化目标驱动到 0:默认 RMS 光斑半径评价函数 + 高斯积分(Gaussian Quadrature)采样光瞳。
      9. 补充:为什么这样设点阵图就够了:本系统只有轴上点、单波长、单透镜,此时系统中唯一的像差就是球差。所以"最小化光斑半径" ≡ "消球差"——优化后光斑变为一个点(书中图 3-18 光斑为 0),球差被完全消除。球差的本质 = 光斑变大;所以消球差 = 把光斑压小。用"光斑半径"当优化目标,直接、直观、和整章几何光线方法一致,而且当前系统球差大、远离衍射极限,用几何光斑最合适。等将来做到接近衍射极限的高精度系统,再换成波前或 MTF。
      10. 92oFlEJ  
        :d'8x  
        优化前要设的三样东西 2<}%kQ`  
        e+fN6v5pU  
        要设的作用本例子里的具体设置
        ① 变量告诉 ZEMAX"允许改哪些参数"面2 曲率半径、面3 Conic
        ② 评价函数告诉 ZEMAX"什么叫好"(衡量球差大小的标准)RMS 光斑半径
        ③ 目标值 + 权重告诉 ZEMAX"好到什么程度、哪个更重要"目标 = 0(球差/光斑为 0),权重 = `e}B2;$A3  
     
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