利用高級像差分析系統(tǒng)

我們在設(shè)計成像系統(tǒng)時，最重要的理論依據(jù)就是像差理論。雖然現(xiàn)在計算機(jī)使光線追跡變得異常輕松，各種光學(xué)設(shè)計軟件也不斷嘗試實現(xiàn)自動優(yōu)化，但是目前為止，我們在設(shè)計鏡頭時，還是必須以像差理論為指導(dǎo)。結(jié)構(gòu)決定像差，像差限制性能，因此我們需要在選擇初始結(jié)構(gòu)時就要評估它的限制在哪里，從而尋找到一個好的初始結(jié)構(gòu)；在設(shè)計過程中，只有了解像差的存在狀況后，才能對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行有針對性的修改，并根據(jù)效果確定修改是否合適，這樣不斷的去調(diào)整最終。這個工作就是我們在光學(xué)設(shè)計中的任務(wù)。

對于未校正系統(tǒng)，初級像差往往很大，這時候初級像差系數(shù)就非常有用。以前的設(shè)計師用初級像差來確定初始結(jié)構(gòu)，得益于時代進(jìn)步，我們現(xiàn)在一般可以跳過這個步驟，直接選擇現(xiàn)存的初始結(jié)構(gòu)，這樣我們的精力就可以放在像差的校正上。幾乎所有的成像設(shè)計軟件都可以把初級像差作為操作數(shù)加入到優(yōu)化函數(shù)中，結(jié)合光線追跡，我們可以迅速進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化。

但是，不幸的是，目前這些軟件的自動優(yōu)化功能還沒有先進(jìn)到讓我們在喝茶聊天的時候就完成設(shè)計，所以仍然需要我們?nèi)グl(fā)揮自己的聰明才智。我們必須不停的問自己，優(yōu)化為什么停止了，到底是什么限制了進(jìn)一步優(yōu)化，我該怎么去修改結(jié)構(gòu)參數(shù)和優(yōu)化函數(shù)。在跟這些問題日積月累的斗爭中，我們才不斷刷高自己的經(jīng)驗值。一般來講，當(dāng)你的優(yōu)化難以繼續(xù)的時候，主要是因為是系統(tǒng)當(dāng)前的結(jié)構(gòu)走到了盡頭，當(dāng)然也可能是優(yōu)化函數(shù)不合理需要修改。我們主要討論前者，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定了高級像差，而高級像差一般很懶，不怎么變動，我們知道光學(xué)設(shè)計的主要原理就是像差平衡：低級像差和高級像差之間的平衡、不同像差之間的平衡。所以殘留像差很大且難以降低，很可能就是高級像差太大無法平衡所致�，F(xiàn)在這些軟件一般不提供高級像差分析，所以我們很頭疼啊，高級像差它到底是什么樣子啊，是由哪部分結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的啊。這個問題，我們迫切需要知道。

我們不如來看看那些光學(xué)系統(tǒng)的高級像差到底是什么樣子的，這里以球差為例，分析四組7種不同光學(xué)系統(tǒng)的高級球差分布。

希望對大家深入理解光學(xué)設(shè)計和像差校正能有所幫助