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镜头近轴区域的光程差校正

2020-8-18 12:28| 发布者: 安之竹| 查看: 1433| 评论: 0

摘要: 在透镜设计系统中,光线用于表示给定光源的波前(在波前的任何位置具有恒定的相位)。这些射线总是垂直于波前。

在透镜设计系统中,光线用于表示给定光源的波前(在波前的任何位置具有恒定的相位)。这些射线总是垂直于波前。在光线跟踪过程中,当光线与表面相互作用时,OpticStudio必须同时跟踪光线的方向和相位。对于仅适用斯涅尔定律的传统折射表面,这非常容易:射线的方向服从斯涅尔定律,并且相位仅从光程长度(OPL)中得出:



在基本传播的基础上,有一些特殊的表面可以改变射线的方向或相位。近轴透镜是这些表面之一,是无限薄的表面,可提供完美的像。使用近轴透镜,来自无限远的光线会完全交于一个点,并且不会出现像差:



由于近轴透镜非常薄且没有折射率,因此,OpticStudio必须添加光程差(OPD)补偿才能模拟真实的透镜。可视化的最简单方法是仅查看主光线(粉红色)和边缘光线(绿色):



首先,假设没有衍射,只有一个完美的球形波前会在像平面上产生一个完美的点。同样,完美球形波前的任何点都必须经过相同的光程才能到达球心。


由于主光线直接穿过镜头的中心,因此该光线在镜头的右侧传播了1mm的物理距离。然后边缘光线必须传播1.118毫米的物理距离。但是,要获得完美的图像,近轴镜头必须添加-0.118mm的负光程,以校正边缘光线传播的额外光程。


这个假设是完全有效的,反映了一个真实的镜头。如果上述例子有来自无限远平行于光轴的光线(仅考虑存在球差),则可以使用非球面透镜实现理想成像。


如果用与透镜每个面顶点相切的平面来分割这些光线,则可以看到边缘光线(ABCD)有4个细分,主光线(EF)有2个细分。



AC段在空气中,因此它们的光程短,而B段在镜头内部的光程比E段短。如果将几何路程乘以每个段的折射率,可以看到ABCD = EF(假设透镜折射率为2.0):



   尽管近轴透镜似乎是随机地从表面添加或减去相位,但实际上是这样做的目的是为了模拟真实透镜的效果,同时仍然产生完美的点图像。近轴表面有4种不同的OPD补偿模式,这些模式在帮助文件中有更详细的描述。


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