轴上球差、色差的控制方法大揭秘

轴上物点球差、色差、高级球差、色球差都是与孔径有关的像差,控制操作符的建立都可源于球差概念。首先我们复习球差概念,如图4-2所示。

图4-2　跟孔径有关的球差示意图

轴向球差δL′跟垂轴球差ΔT的关系如下:

如果知道某孔径光线在像面上的交点高度ΔT,该孔径光线在像方的孔径角θ,就能得到任意孔径的轴向球差δL′。因此需要ZEMAX进行光线追迹,查看ZEMAX对实际光线追迹的控制操作符,我们选用TRAY得到ΔT、RAGC得到该孔径光线的方向余弦,再经ACOS、TANG得到tanθ。

图4-4给出了控制球差实例的评价函数编辑器显示的屏幕拷贝图,用于控制某一物镜(图4-3)的单色球差方法;图4-4还给出了控制0.707h轴向色差的控制实例。

图4-3　控制球差应用的光学系统实例(www.xing528.com)

图4-4　控制图4-3所示光学系统的球差实例

由图4-4可以看出,控制的球差是全口径的球差,其中TRAY定义的光束孔径、波长号应与RAGC定义的光束孔径、波长号一致,其中第7操作符计算的结果就是轴上点中间波长、1.0h的球差,第16操作符计算的结果是轴上点0.707h孔径的轴向色差。

在任意孔径、任意波长的球差能够控制的基础上,我们可以建立任意孔径的轴向色差的控制操作符,也可以建立高级球差、色球差的控制。

图4-5给出了图4-3所示结构的高级球差、色球差的控制方法屏幕拷贝图。其中第1～7个操作符完成全孔径球差的计算,其结果可用于高级球差的计算;第6个操作符计算出的1.0h孔径光线在像方的孔径角,用于计算1.0h孔径的轴向色差,供计算色球差使用。其中,第15个操作符的结果是高级球差,第27个操作符的结果是色球差。需要注意,其中在计算轴向色差与色球差时,都要利用中间波长的像面为计算基准;另外,为了确保无误,应搞清楚这一系列控制符中,哪一个结果是想要控制的像差,并注意检查其值与ZEMAX中曲线给出的值是否一致。

图4-5　高级球差、色球差的控制

还须注意,ZEMAX给出的近轴位置色差的控制操作符计算结果,符号反了,为和实际结果相符,需乘以-1。在图4-5中,由第24个、第25个操作符完成。

当然,新版软件已经做了内建操作符的修改,我们在使用操作符时,需要设法检查其在评价函数编辑器中输出的数据是否正确。