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ZEMAX垂轴像差分析
公安部第一研究所 许正光
QQEmail:msxzg@
在像差理论中,我们为了描述一个光学系统的像差特性,采用不同的像差种类概念、从不同的角度衡量和定义了弥散斑的光束特性,给设计人员对于系统的像差情况有了一个比较清晰而客观的认识,有助于设计人员根据这些像差的大小认清主要矛盾,然后有目的的修改“结构参数”,从而像差设计速度更快,系统也更加的优秀。
ZEMAX中提供了“横向特性曲线”、“轴上像差曲线”、“畸变和场曲曲线”、“垂轴色差曲线”等四种像差曲线来分析光学系统的像差特性,基本上涵盖了目前像差理论专著中的“七类像差”,以子午光束像差为例:
五类单色像差:细光束像散、细光束子午场曲(或者平均场曲)、子午球差、子午彗差、畸变;
两类色差:轴上色差、垂轴色差;
高级像差采用“剩余像差”来衡量定义。在Zemax中,对于高级像差的描述是不够的。这七类像差,就像光学设计人员手中的“七件武器”,已经能够在完整的描述光学系统的像差特性,也是“光学设计入门”的必备功底。
能够设计出一个优秀的光学系统,关键在于能够首先是否懂得如何分析出描述系统的这些像差,然后懂得从何处下手对其进行“结构参数”调整。最先进的光学自动设计软件,也是不能够完全替代对于像差的分析,尤其是像差理论本身遭遇到高级像差之后,至今也没有获得重大的突破。理论尚没有突破的限制,因此平常的设计经验、丰富的理论知识对于设计人员来说,是非常重要的。
下面以子午光束的垂轴像差为例进行分析。如图一。
图一 横向特性曲线图(Ray fan)
根据设计人员的习惯,一般从
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