CODEV中孔径与光阑的关系

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需要明确的三个名词：

Aperture Stop：孔径光阑，限制轴上光束大小的孔径；

Clear aperture: 指每一透镜表面的通光孔径（或口径）；

Pupil: 指系统光瞳参数，有四种定义方式：入瞳直径、物方数值孔径、像方数值孔径、像方F数；

在所有的标准成像光学系统中，都有一个特殊的孔径，它是限制轴上光通过光学系统的大小的孔径。这个表面被定义为“孔径光阑”，或称为“光阑”。对于某些系统来说，光阑同时也是是唯一限制离轴光束的孔径。然而，在许多系统中，离轴光线会被除光阑以外的透镜孔径遮拦，如图1所示

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这种由非光阑面对离轴光束的“拦光”效应就是渐晕。有时，渐晕是光学设计者不想要的，因为它会使离轴光束到达像面的光线更少；但更通常的情况是，渐晕被有意地用来通过阻挡离轴光线来提高透镜的离轴视场光学性能或减少整个透镜系统的直径。

在CODEV中，渐晕系数与光瞳（四种定义：入瞳直径、物方数值孔径、像方数值孔径、像方F数）两者共同限制进入光学系统的光束。重要的一点是， “渐晕因子”不仅用于模拟透镜表面通光孔径的对光线的遮拦，还可用于模拟“光瞳像差”。

渐晕系数定义在光学系统入瞳位置。因为光学系统存在像差，一束在入瞳处不带有渐晕的光束可能会无法充满真实的光阑（当然，也有可能光线过饱和），在 CODE V 中，如果在光学系统内部的某个位置定义了孔径光阑，则渐晕因子会调整入瞳处的光线束以考虑通光孔径的拦光和光瞳像差(原句：In CODE V , thevignetting factors adjust the ray bundles at the Entrance Pupil to account forboth clipping by clear apertures and pupil aberrations, if the Aperture Stop isdefined somewhere within the optical system.)。图3显示了鱼眼镜头入瞳在不同视场角下形状的变化。

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在整个光学系统中，保持渐晕系数和表面孔径大小一致是很重要的。大多数分析功能基于透镜表面通光孔径大小来限制光线束(但使用渐晕因子来计算合理的默认表面孔径)。其他CODE V功能，最典型的如优化功能，使用光瞳参数和渐晕因子来定义入射光线束。这是一个有用的默认值，因为保持特定光瞳参数所需的通光孔径和渐晕可以随着系统的优化而改变。

加载一CODEV专利文件，默认的渐晕系数不为零，这些非零渐晕系数从哪里来？答案是，这些数据是基于需要多少离轴渐晕来减少像差并在镜片上具有合理的边缘厚度的估计值。通常由光学设计人员做出此决定。

此外，如果您放大孔径光阑区域（图 6），您可以看到在渐晕因子设置为零的情况下，离轴光线不会填充第三个区域的光阑，而位于底部的光线瞳孔稍微超出第二场的光圈。在CODEV中，根据定义，零渐晕因子表明近轴入瞳被刚好填充，所以光阑的欠填充/过填充表明该系统存在瞳孔像差。

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CODEV基于光瞳参数与渐晕因子计算透镜表面默认孔径。如果镜头经过优化，这些默认通光孔径可能会发生变化，但它们将与瞳孔规格和渐晕因子保持一致。这是 CODE V 默认计算值的好处，即在优化过程中使用渐晕因子来控制束大小，在最终设计结果获得之前，所需的通光孔径大小可以确定(原句：That is thebenefit of CODE V’s default behavior of using vignetting factors to control thebundle size during optimization, before the final, required clear aperturessizes are known)。

基于默认计算的表面孔径的渐晕因子系数可能不合适(It is importantto understand that the approximated vignetting factors may not be exactlyrealizable based on the computed default apertures for this lens, especiallywhen multiple off-axis fields are involve)。可以将表面设为固定值，然后重新计算渐晕系数与固定的表面孔径值一致。此外，小的负渐晕因子是该镜头存在瞳孔像差的另一个指标。对于没有瞳孔像差的系统和仅通过轴上光束的孔径光阑，离轴渐晕因子将为零或正。

用于生产的透镜孔径大小更改

在最终系统生产制造之前，对透镜外径尺寸进行规整（也包括光阑孔径大小），然后需要重新计算孔径参数（Lens >Calculate > Set Pupil Specification），重新计算渐晕系数与新的光瞳参数匹配（Lens >Calculate > Set Vignetting Data），重新评估镜头性能以确保性能不下降。

总结：

光圈和渐晕的三个主要要点：

1. 虽然光圈和渐晕可能看起来令人困惑，但 CODE V 中使用的方法既合乎逻辑又灵活。它允许您输入您知道的信息，并计算您可能需要的信息。

2. codev中的渐晕系数不仅可以表征表面孔径对光线束的遮挡，并考虑（解释）入瞳和光阑之间的光瞳像差。

3.保持透镜孔径大小和渐晕因子值一致！“镜头>计算”菜单中有许多工具可以实现这一点（以及等效的命令）。

最后要记住的一点是，在“Analysis >Geometrical和Analysis > Diffraction”菜单中，几乎所有的分析（例如，斑点图、MTF、PSF等）都使用透镜通光孔径大小值来限制射线束。默认情况下，这些孔径大小是根据光瞳参数和渐晕因子计算的，但它们也可以手动输入的值。默认情况下，Optimization, theLens View和 the Diagnostic analyses根据瞳孔和渐晕因子确定光线束。当孔径信息对你的工作很重要时，有一些方法可以告诉CODEV使用孔径的信息。

详细信息可以参考附件。

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图片上传的时候格式错误了，不过附件里有图，可以参考。